淺談影響混凝土折壓比的因素

姜連甲，殷繼偉，馬永勝

（1. 哈爾濱精典新型干混建材科技有限公司，黑龍江 哈爾濱 150070；2. 哈爾濱佳連混凝土技術(shù)開發(fā)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150070）

0 引言

JTGD40—2011《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》中附錄 E 給出的混凝土抗壓強度，與抗彎拉（抗折）強度對應(yīng)關(guān)系表見表 1。

表 1 水泥混凝土強度和彈性模量經(jīng)驗參考值

很多客戶認(rèn)為可以通過混凝土抗壓強度推算出混凝土的抗折強度。以抗折強度 4.0MPa 為例，許多人認(rèn)為當(dāng)混凝土的抗壓強度達(dá)到 30MPa 時，混凝土的抗折強度一定可以達(dá)到 4.0MPa。更有許多預(yù)拌混凝土企業(yè)，在供應(yīng)道路混凝土?xí)r不按照 JTG/TF30—2014《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則》進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計，而僅僅使用普通的 C30 的混凝土配合比。

首先這種想法是不正確的，JTGD40—2011 標(biāo)準(zhǔn)中提到：“水泥混凝土材料（包括普通混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土、碾壓混凝土和貧混凝土等）的彎拉強度、抗壓強度、抗拉（劈裂）強度和彈性模量，隨混合料組成材料、養(yǎng)生條件和試驗方法的不同而變化。這些因素對各項強度和彈性模量指標(biāo)有不同程度的影響，難以在各項指標(biāo)之間建立理論轉(zhuǎn)換關(guān)系式?！睒?biāo)準(zhǔn)中給出的經(jīng)驗參考值并不適用所有的混凝土。

混凝土的折壓比是固定的嗎？混凝土抗壓強度越高，抗折強度就一定越高嗎？影響抗折強度與抗壓強度的因素有哪些？下文通過試驗進(jìn)行分析。

1 混凝土抗折強度與抗壓強度的關(guān)系

分別選取 20 家預(yù)拌混凝土企業(yè)，每家企業(yè)隨機抽取 20 組混凝土試件，在 28d 齡期時按照 GB/T 50081—2002 進(jìn)行混凝土的抗壓強度、抗折強度試驗。對比混凝土抗折強度與抗壓強度的關(guān)系，其中 70 組試驗數(shù)據(jù)見表 2。

通過數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，混凝土折壓比是 0.0758～0.1058 這個區(qū)間，而混凝土的抗折強度與抗壓強度并不呈線性趨勢。數(shù)據(jù)表明很多試件隨著混凝土的抗壓強度提高，混凝土的抗折強度不但沒有提高，反而有降低的可能。依據(jù)圖 1 的分布圖發(fā)現(xiàn)，做出的折壓比數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)中給出的推薦參考值相差甚遠(yuǎn)，下面通過試驗比對，影響混凝土折壓比的因素有哪些。

圖 1 混凝土折壓比分布圖

2 原材料對混凝土折壓比的影響

2.1 水泥對混凝土折壓比的影響

水泥的抗折強度、水泥中鐵鋁酸四鈣含量、水泥的比表面積、水泥的混合材摻量，這些因素對混凝土的折壓比都有很大的影響。試驗表明當(dāng)水泥的抗折強度越高時，混凝土的抗折強度也就越高。水泥中鐵鋁酸四鈣含量越高，混凝土的抗折強度越高。

表 3 為同一廠家以同樣的水泥配合比分別將水泥研磨成不同的比表面積，比對它的抗折強度與抗壓強度的關(guān)系，以及水泥 28d 的折壓比。發(fā)現(xiàn)水泥的比表面積越高，水泥的抗折強度越高，同時水泥的 3d 抗壓強度越高。水泥的 28d 抗壓強度則隨著比表面積的提高而有所下降。

表 2 試驗數(shù)據(jù)

圖 2 為水泥混合材摻量對水泥 28d 強度的影響。根據(jù)圖 2 得知，隨著水泥中混合材摻量的提高，水泥的抗壓強度下降并不明顯，但水泥的抗折強度下降很明顯，所以要配制折壓比高的水泥應(yīng)盡量選取混合材摻量較低的水泥。

表 3 水泥比表面積與水泥折壓比的關(guān)系

圖 2 水泥混合材摻量對水泥 28 d 強度的影響

2.2 粗骨料對混凝土折壓比的影響

2.2.1 粗骨料針片狀顆粒含量對混凝土折壓比的影響

粗骨料的針片狀顆粒含量、粗骨料的公稱粒徑、粗骨料的級配，都直接影響著混凝土的折壓比。保證在其他原材料及配合比、養(yǎng)護(hù)等其他條件相同的情況下，逐一進(jìn)行比對試驗，通過試驗說明針片狀顆粒含量、公稱粒徑、骨料的級配，對混凝土的折壓比有怎樣的影響。

針片狀顆粒含量對混凝土力學(xué)性能的影響見圖 3。

圖 3 針片狀顆粒含量對混凝土力學(xué)性能的影響

依據(jù)圖 3 發(fā)現(xiàn)，隨著粗骨料的針片狀顆粒含量提高，混凝土的抗壓強度和抗折強度，均有所下降，但抗折強度下滑趨勢明顯要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抗壓強度，說明針片狀含量對混凝土抗壓強度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如對抗折強度的影響大。

針片狀顆粒對混凝土抗壓強度的影響，主要體現(xiàn)在混凝土中空隙率的增加，以及針片狀顆粒帶來的骨料剛性骨架力量變?nèi)?。針片狀顆粒含量對抗折強度的影響，主要體現(xiàn)針片狀骨料與混凝土中的膠凝材料膠結(jié)能力差，并且由于針片狀骨料自身的抗折能力差，也造成了混凝土中出現(xiàn)許多抗折能力差的薄弱點。因此隨著骨料中的針片狀顆粒含量增加，混凝土的折壓比降低。

2.2.2 粗骨料最大公稱粒徑對混凝土折壓比的影響

使用“單因素變量”法，分別選取不同公稱粒徑的卵石和碎石進(jìn)行大量的對比試驗，分析骨料最大公稱粒徑對混凝土折壓比的影響，見表 4。

表 4 骨料最大公稱粒徑對混凝土折壓比影響

根據(jù)表 3 的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，骨料的最大公稱粒徑直接影響混凝土的折壓比，當(dāng)碎石的公稱粒徑為 26.5mm、卵石的公稱粒徑為 19.0mm 時，混凝土的抗折強度最高、混凝土的折壓比最高。這是因為通常來說連續(xù)級配小粒徑的骨料與膠凝材料的膠結(jié)程度最好，但骨料的粒徑太小，則會出現(xiàn)骨架力量不足的情況。

2.2.3 骨料級配與混凝土折壓比的關(guān)系

JTGF30—2014 中規(guī)定粗集料與再生粗集料應(yīng)根據(jù)混凝土配合比的公稱最大粒徑分為 2～4 個單粒級的集料，并摻配使用。所以來驗證一下單粒級骨料與多個粒級骨料摻配，對混凝土折壓比的影響，見表 5。

表 5 骨料級配對混凝土折壓比影響

依據(jù)表 5 的試驗數(shù)據(jù)得知，當(dāng)使用單粒級骨料時，骨料的空隙率變大，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)不密實，造成混凝土的抗折強度偏低、混凝土的折壓比偏低，當(dāng)將 2 個或 2 個以上單粒級的骨料進(jìn)行級配時，混凝土空隙率變小，混凝土的抗折強度與折壓比有所提升。

3 配合比對混凝土折壓比的影響

3.1 砂率對混凝土折壓比的影響

使用多個強度等級配合比進(jìn)行對比試驗，在保證其他因素、條件不變的情況下，調(diào)整混凝土的砂率，對比砂率對混凝土抗壓強度、抗折強度、折壓比的影響（表6）。

表 6 砂率對混凝土折壓比的影響

通過表 6 的試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，無論是 C30、C40、C50 混凝土，隨著砂率的提高，混凝土的抗壓強度沒有抗折強度下降得明顯，所以可以得知，無論在配制何種強度等級的混凝土?xí)r，砂率越高混凝土折壓比越低。想要配制高抗折強度、高折壓比的混凝土，在滿足施工要求的情況下應(yīng)盡量降低砂率。

3.2 粉煤灰摻量對折壓比的影響

在保證水膠比不變、漿骨比不變、砂率不變、混凝土的表觀密度不變的前提，摻入不同比例的粉煤灰，進(jìn)行比對試驗，分析不同摻量的粉煤灰對混凝土折壓比的影響。

3.2.1 膠凝材料性能

水泥和粉煤灰復(fù)檢后的性能見表 7 和表 8。

3.2.2 比對試驗數(shù)據(jù)

粉煤灰摻量對混凝土強度的影響試驗結(jié)果見表 9。

表 7 P·O 42.5 水泥復(fù)檢性能

表 8 Ⅱ級粉煤灰復(fù)檢性能 %

表 9 粉煤灰摻量對混凝土折壓比的影響

通過表 9 的試驗數(shù)據(jù)可以看出，加入粉煤灰后，混凝土的抗折強度有所下降，且隨著粉煤灰摻量的提高，混凝土的抗折強度下降的越明顯?；炷恋目箟簭姸仍?0%～20% 的摻量下，不但沒有降低，而且要大于純水泥的混凝土。所以隨著粉煤灰摻量增加，混凝土的折壓比呈明顯下降趨勢。但粉煤灰的摻量大于等于 30%時，混凝土的抗折強度下降平緩，而抗壓強度則下降較明顯，混凝土的折壓比有回升的趨勢。

3.3 含氣量對混凝土折壓比的影響

在保證混凝土其他材料配合比不變的情況下，向混凝土摻入氣泡密小均勻的引氣劑，根據(jù)引氣劑的摻量調(diào)整混凝土的含氣量。通過對比混凝土 28d 抗壓強度，以及抗折強度找出其中的關(guān)系。含氣量對混凝土折壓比的影響見表 10 和圖 4、5。

表 10 混凝土含氣量對混凝土折壓比的影響

圖 4 粉煤灰摻量對 C 35 等級混凝土強度的影響

圖 5 粉煤灰摻量對 C 50 等級混凝土強度的影響

根據(jù)表 10 的數(shù)據(jù)以及圖 4、圖 5 的曲線發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混凝土其他材料配合比不變的情況下，混凝土的含氣量提高，混凝土的抗壓強度下降很明顯，而混凝土的抗折強度不但沒有下降而且有明顯的提高。當(dāng)混凝土含氣量每提高 1% 時，混凝土的抗壓強度下降 3%～4%，而混凝土抗折強度也并不是含氣量越高，混凝土的抗折強度越高，超過 3% 以上時，混凝土的抗折強度呈緩慢的趨勢下降。所以隨著混凝土含氣量的增加。混凝土的折壓比也隨之提高。

4 結(jié)論

通過之前一系列的試驗，表明混凝土的抗折強度并不一定會隨著抗壓強度遞增。主要是因為混凝土的折壓比與水泥的性能、骨料的級配、骨料的公稱粒徑、骨料的針片狀顆粒含量、混凝土的砂率、混凝土中粉煤灰的摻量、混凝土的含氣量等因素有關(guān)。

那么要配制高折壓比的混凝土?xí)r，則需要盡量挑選折壓比高的水泥、采用 2～4 個單粒級進(jìn)行級配、選取適中公稱粒徑的骨料，選取針片狀顆粒含量低的骨料。在設(shè)計配合比時應(yīng)盡量降低混凝土砂率，應(yīng)盡量少摻粉煤灰，摻入優(yōu)質(zhì)的引氣劑，適量的提高混凝土的含氣量。