基于高抗折強(qiáng)度的蒸壓混凝土配合比優(yōu)化

尹新平王 浩

普通混凝土配合比設(shè)計(jì)的方法有許多。我國普通混凝土配合比設(shè)計(jì)一般是按經(jīng)驗(yàn)查表先確定單位用水量和砂率，按混凝土絕對(duì)體積法或質(zhì)量法計(jì)算出各材料組成。國內(nèi)外不少學(xué)者也提出來獨(dú)特的設(shè)計(jì)方法，但這些方法大部分都更多強(qiáng)調(diào)混凝土抗壓強(qiáng)度。由于蒸壓混凝土在蒸壓過程中部分骨料參與水化反應(yīng)等特殊性，蒸壓混凝土配合比應(yīng)該與普通混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法有所區(qū)別。本實(shí)驗(yàn)用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，以期獲得高抗折強(qiáng)度的蒸壓混凝土配合比。

一、原料與實(shí)驗(yàn)方法

1.實(shí)驗(yàn)原料

石有卵石、碎石兩種。粒徑為5mm～20mm，經(jīng)5mm和10mm篩篩分成5mm～10mm和10mm～20mm兩種粒徑。碎石的主要礦物組成為方解石，卵石的主要礦物成分為石英，部分白色或黃色卵石的礦物組成為石英、方解石和白云石。砂選黃砂，其主要礦物組成為石英。砂粉為黃砂磨細(xì)，比表面積為400m2/kg，其主要礦物組成為石英。水泥由熟料摻加6%石膏磨細(xì)獲得，細(xì)度為345m2/kg。粉煤灰的細(xì)度為320m2/kg。鋼渣是自然冷卻鋼渣，干燥后球磨而成，細(xì)度為315m2/kg。礦渣是水淬礦渣干燥后球磨而成，細(xì)度為325m2/kg。植物纖維是通過普通包裝紙盒浸泡后獲得的細(xì)小有機(jī)纖維。減水劑選用聚羧酸鹽高效減水劑，減水率為28%。

2.樣品的成型與養(yǎng)護(hù)

成型。采用40mm×40mm×160mm的棱柱體試塊，3個(gè)一組，振動(dòng)成型。

養(yǎng)護(hù)。將成型好的試塊在標(biāo)準(zhǔn)條件下靜置24小時(shí)，拆模后放入蒸壓釜蒸壓進(jìn)行蒸壓處理。蒸壓制度為升溫1.5h——恒溫6h——降溫0.5h，恒溫溫度為184℃。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1.正交試驗(yàn)結(jié)果

粒徑為5mm～10mm和10mm～20mm的卵石比值取值0.5:0.5，固定漿集比0.30：0.68（孔隙率按2%計(jì)算），減水劑用量為水泥砂粉質(zhì)量和的1.2%，以水膠比、摻和料摻量及砂率分別為三個(gè)因素，每個(gè)因素各選定四個(gè)水平，見表1，正交試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的極差分析見表3。

表1 因素水平表

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的極差分析表

對(duì)抗折強(qiáng)度而言，比較各K值大小可知，摻和料優(yōu)選砂粉，水膠比優(yōu)選0.26,摻和料摻量優(yōu)選水泥用量的30%，砂率優(yōu)選0.42。根據(jù)極差R分析可知，各因素的主次順序?yàn)椋核z比，砂率，摻和料摻量，摻合料種類。

為了尋求最優(yōu)配合比，對(duì)抗折強(qiáng)度優(yōu)選的配合比和正交試驗(yàn)中抗折強(qiáng)度最大的配合比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 配合比優(yōu)選

表4結(jié)果表明，對(duì)抗折強(qiáng)度而言，優(yōu)選砂粉作為摻和料，其摻量為30%，水膠比為0.26，砂率0.42。對(duì)抗壓強(qiáng)度而言，優(yōu)選砂粉作為摻和料，其摻量為30%，水膠比為0.28，砂率 0.38。

2.蒸壓混凝土的纖維摻量

考慮蒸壓混凝土的抗折強(qiáng)度，根據(jù)上述正交試驗(yàn)結(jié)果，確定以下蒸壓混凝土的配合比：粒徑為5mm～10mm和10mm～20mm的卵石比值取值0.5:0.5，固定漿集比0.30：0.68，減水劑用量為水泥砂粉質(zhì)量和的1.2%的前提下，以砂粉作為摻和料，其摻量為30%，水膠比為0.26，砂率0.42。

基于現(xiàn)有理論，制品受拉(彎)斷裂時(shí)，纖維可提高混凝土的斷裂韌性。國內(nèi)外在實(shí)際工程中己經(jīng)使用的纖維的主要品種有鋼纖維、聚丙烯纖維、尼龍纖維、碳纖維、植物纖維、礦物纖維等。本實(shí)驗(yàn)選用硅灰石和植物纖維為纖維原料。

（1）蒸壓混凝土中硅灰石的摻量

硅灰石摻量（占系統(tǒng)中水泥量的質(zhì)量百分比）與混凝土抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度關(guān)系如圖1、圖2所示。

圖1 硅灰石摻量與混凝土抗折強(qiáng)度關(guān)系

圖2 硅灰石摻量與混凝土抗壓強(qiáng)度關(guān)系

圖1可以看出，隨著硅灰石摻量的增加蒸壓混凝土抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯增強(qiáng)趨勢(shì)并在摻量為15%～20%時(shí)達(dá)到最高并趨于穩(wěn)定，繼續(xù)增加摻量則抗折強(qiáng)度有所下降。當(dāng)硅灰石摻量達(dá)到水泥用量的20%時(shí)，其蒸壓混凝土試樣的抗折強(qiáng)度提高40%以上。可見，硅灰石對(duì)蒸壓混凝土的抗折強(qiáng)度有顯著增強(qiáng)作用。

圖2可以看出，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著硅灰石摻量的增加，蒸壓混凝土試樣的抗壓強(qiáng)度略有增加，但抗壓強(qiáng)度值離散較大。

（2）蒸壓混凝土中植物纖維的摻量

植物纖維摻量（占系統(tǒng)中水泥量的質(zhì)量百分比）與混凝土抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度關(guān)系如圖3、圖4所示。

圖3 植物纖維摻量與混凝土抗折強(qiáng)度關(guān)系

圖3可以看出，隨著植物纖維摻量的增加蒸壓混凝土抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯增強(qiáng)趨勢(shì)并在摻量達(dá)到1.5%后，其抗折強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，其抗折強(qiáng)度提高的幅度為20%以上。

圖4 植物纖維摻量與混凝土抗壓強(qiáng)度關(guān)系

圖4顯示，植物纖維的摻入對(duì)蒸壓混凝土抗壓強(qiáng)度的影響較小。

三、結(jié)論

通過正交實(shí)驗(yàn)得出最佳配合比，并以此配合比為依據(jù)研究纖維材料對(duì)蒸壓混凝土抗折強(qiáng)度的影響，結(jié)論如下：

粒徑為5～10mm和10～20mm的卵石比值取0.5:0.5，減水劑用量為水泥砂粉質(zhì)量和的1.2%的前提下，對(duì)其抗折強(qiáng)度而言，以砂粉作為摻和料，其摻量為30%，固定漿集比取 0.30：0.68，水膠比為 0.26，砂率 0.42 為優(yōu)化后的蒸壓混凝土配合比。

植物纖維和硅灰石均有利于蒸壓混凝土抗折強(qiáng)度的提高。

在優(yōu)化配合比的基礎(chǔ)上，硅灰石的摻量以水泥質(zhì)量的15%左右為宜，其抗折強(qiáng)度的提高幅度在30%以上，抗壓強(qiáng)度略有增加。

在優(yōu)化配合比的基礎(chǔ)上，植物纖維的摻量以水泥質(zhì)量的1.5%左右為宜，其抗折強(qiáng)度的提高幅度在20%以上，但抗壓強(qiáng)度增幅不明顯。