浮石混凝土早期抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究

沈 鴻 珍

(濱州學(xué)院,山東 濱州 256600)

天然浮石為常見的輕骨料，因其質(zhì)量輕、保溫性能優(yōu)良和材料成本低等特點(diǎn)，在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，特別是在建筑方面應(yīng)用廣泛，然而在我國天然浮石分布非常廣泛，其浮石的各方面性能各有不同，就需要對使用的天然浮石進(jìn)行各方面研究，進(jìn)而為領(lǐng)域服務(wù)?？刂茍D法可以通過數(shù)理計(jì)算、直觀圖對有關(guān)管理進(jìn)行分析，找出原因進(jìn)而保證動態(tài)管理的可控性。所以本文以天然浮石為混凝土粗骨料，其他組成與混凝土攪拌組成相同，配制LC30混凝土，進(jìn)而利用控制圖法對配制的LC30的7 d,28 d抗壓強(qiáng)度分析，以期分析試驗(yàn)過程和找出試驗(yàn)中的不足，進(jìn)而采取措施進(jìn)行調(diào)整。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料與設(shè)備

1.1.1試驗(yàn)原材料

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)[1]浮石作為粗骨料進(jìn)行混凝土配制，因其性能各有不同需要進(jìn)行測試，見表1，天然浮石見圖1。

表1 浮石性能測試表

1.1.2試驗(yàn)設(shè)備

150 tCH-5型壓力試驗(yàn)機(jī)、HJW-30型單臥軸混凝土攪拌機(jī)、YH-60Ⅱ型移動式恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)室(養(yǎng)護(hù)7 d,28 d)。

1.1.3配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)中，LC30浮石混凝土配合比根據(jù)技術(shù)規(guī)范[1]的要求，配制了所需的強(qiáng)度，選試了水泥用量、浮石用量、普通自來水用量、砂率、UNF-5型高效減水劑(Ⅰ級)量等，經(jīng)過幾次調(diào)整，確定了本試驗(yàn)中的配合比，見表2。

表2 LC30浮石混凝土配合比 kg/m3

1.2 試塊內(nèi)容及配制

1.2.1試塊內(nèi)容

浮石混凝土立方體(150×150×150)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用 3 個試件為 1 組，試塊分為7 d養(yǎng)護(hù)7組，和28 d養(yǎng)護(hù)7組。

1.2.2配制試塊及養(yǎng)護(hù)

浮石骨料多孔吸水性大,為避免在攪拌配制試驗(yàn)用的拌合物過程中，浮石吸收拌合物的水分，減少配合比的水分流失，需要在攪拌前1 h左右，對浮石用試驗(yàn)用的自來水浸泡。浮石、水泥和粉煤灰先在攪拌機(jī)內(nèi)干拌幾秒鐘，再加入砂子、水和減水劑攪拌2 min左右，停機(jī)觀察和易性，用標(biāo)準(zhǔn)桶監(jiān)測坍落度，控制在90 mm左右。把新拌混凝土盛入標(biāo)準(zhǔn)150 mm模盒，放置到振動臺上，控制在30振動成型，避免分層、表面離析等現(xiàn)象。成型后用小鏟剔去浮漿和補(bǔ)找模盒表面拌合物少的部分，因試驗(yàn)室空氣干燥進(jìn)而用薄膜覆蓋，24 h拆模盒。試塊需要放置到試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)7 d，28 d。在養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)避免直接沖淋試塊，試塊之間要根據(jù)實(shí)際情況間隔縫隙。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表3，表4，圖2。

表3 LC30浮石混凝土7 d立方體抗壓強(qiáng)度

表4 LC30浮石混凝土28 d抗壓強(qiáng)度樣本數(shù)據(jù)與X-R圖計(jì)算表

由試驗(yàn)結(jié)果可知，雖然每組試塊的立方體抗壓強(qiáng)度值不同，但每組試塊的早期強(qiáng)度發(fā)展都較快。有一組試塊的7 d抗壓強(qiáng)度平均值為25.6 MPa，相當(dāng)于LC30抗壓強(qiáng)度的85.4%；28 d的抗壓強(qiáng)度平均值為34.6 MPa，超出了試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。由圖2知，7 d后試塊強(qiáng)度隨著齡期增加，試塊強(qiáng)度增長比7 d的較慢，究其原因是后期試塊強(qiáng)度主要是水泥石水化提高混凝土的強(qiáng)度，浮石本身的強(qiáng)度就不高，如圖3所示，試塊破壞面多發(fā)生在浮石破壞的地方。

如表3所示，7組試塊的總平均值為30.53 MPa，達(dá)到試驗(yàn)配合比的LC30浮石混凝土要求。但28 d立方體抗壓強(qiáng)度有三組均值沒有達(dá)到C30：29 MPa，28.6 MPa，28.1 MPa，有單體試塊抗壓強(qiáng)度為25.8 MPa，其破壞形態(tài)為圖3，破壞表現(xiàn)為試塊骨料級配中較大的浮石少，粒徑小的較大，明顯指出攪拌時有個別處攪拌不均勻，嚴(yán)重降低了試塊的強(qiáng)度性能。所以進(jìn)一步的研究，要加強(qiáng)均勻攪拌成型，優(yōu)化配合比，特別是大粒徑浮石的級配。

2.2 應(yīng)用X-R控制圖對試驗(yàn)結(jié)果分析

利用X-R圖對試驗(yàn)試件28 d立方體抗壓強(qiáng)度進(jìn)行質(zhì)量控制，數(shù)據(jù)如表4所示。

計(jì)算極差和均值的上下控制限：

其中，D4，D3,A2均為常數(shù)，通過常規(guī)控制圖[4]查得?？刂茍D中水平虛線為UCLR，LCLR，UCLX，LCLX，水平實(shí)線為平均極差和均值，UCL為上控制限，LCL為下控制限，CL為中心線。圖4為樣本極差控制圖，圖5為樣本均值控制圖。

如圖4所示，控制圖沒有表現(xiàn)有越出上下控制限的點(diǎn)，也沒有排列有缺陷點(diǎn)，樣本極差控制的點(diǎn)均控制在上下極差值之內(nèi)，每組離散度均勻分布在平均極差上下，表現(xiàn)為試驗(yàn)配制的浮石混凝土試塊樣本極差處于穩(wěn)定狀態(tài)，過程中處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)。

如圖5所示，每組強(qiáng)度均值的點(diǎn)分布在均值上下，沒有缺陷點(diǎn)，然而有4個平均數(shù)點(diǎn)跳出了UCL上控制限，LCL下控制限，出現(xiàn)異常。究其原因由于試驗(yàn)過程中浮石混凝土原材料及配制試塊等隨機(jī)性大，很容易引起偶然波動，而且試驗(yàn)樣本數(shù)較少，加之控制圖對樣本點(diǎn)的性質(zhì)敏感性強(qiáng)，故此過程為未處于均值統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)。下一步一方面控制試驗(yàn)原材料、配制的方法和過程，另一方面增加試驗(yàn)試塊的隨機(jī)組數(shù)等。這就是控制圖的優(yōu)越性，出現(xiàn)了異常波動或隨機(jī)性原因，進(jìn)一步分析原因，進(jìn)而采取措施進(jìn)行調(diào)整。

3 結(jié)語

通過試驗(yàn),每組試塊的早期強(qiáng)度發(fā)展都較快，7 d后試塊強(qiáng)度隨著齡期增加，試塊強(qiáng)度增長比7 d的較慢，增加率在20%～30%。究其原因是后期試塊強(qiáng)度主要是水泥石水化提高混凝土的強(qiáng)度。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)個別試塊骨料級配明顯細(xì)化，粗骨料浮石較少，嚴(yán)重降低了試塊的強(qiáng)度性能。利用X-R圖對試件立方體抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了質(zhì)量控制，指出試樣極差處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)，而均值未處于均值統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)，需要采取措施進(jìn)行調(diào)整。