基于高抗折强度的蒸压混凝土配合比优化

尹新平王 浩

普通混凝土配合比设计的方法有许多。我国普通混凝土配合比设计一般是按经验查表先确定单位用水量和砂率，按混凝土绝对体积法或质量法计算出各材料组成。国内外不少学者也提出来独特的设计方法，但这些方法大部分都更多强调混凝土抗压强度。由于蒸压混凝土在蒸压过程中部分骨料参与水化反应等特殊性，蒸压混凝土配合比应该与普通混凝土的配合比设计方法有所区别。本实验用正交实验设计方法进行配合比设计，以期获得高抗折强度的蒸压混凝土配合比。

一、原料与实验方法

1.实验原料

石有卵石、碎石两种。粒径为5mm～20mm，经5mm和10mm筛筛分成5mm～10mm和10mm～20mm两种粒径。碎石的主要矿物组成为方解石，卵石的主要矿物成分为石英，部分白色或黄色卵石的矿物组成为石英、方解石和白云石。砂选黄砂，其主要矿物组成为石英。砂粉为黄砂磨细，比表面积为400m2/kg，其主要矿物组成为石英。水泥由熟料掺加6%石膏磨细获得，细度为345m2/kg。粉煤灰的细度为320m2/kg。钢渣是自然冷却钢渣，干燥后球磨而成，细度为315m2/kg。矿渣是水淬矿渣干燥后球磨而成，细度为325m2/kg。植物纤维是通过普通包装纸盒浸泡后获得的细小有机纤维。减水剂选用聚羧酸盐高效减水剂，减水率为28%。

2.样品的成型与养护

成型。采用40mm×40mm×160mm的棱柱体试块，3个一组，振动成型。

养护。将成型好的试块在标准条件下静置24小时，拆模后放入蒸压釜蒸压进行蒸压处理。蒸压制度为升温1.5h——恒温6h——降温0.5h，恒温温度为184℃。

二、实验结果与分析

1.正交试验结果

粒径为5mm～10mm和10mm～20mm的卵石比值取值0.5:0.5，固定浆集比0.30：0.68（孔隙率按2%计算），减水剂用量为水泥砂粉质量和的1.2%，以水胶比、掺和料掺量及砂率分别为三个因素，每个因素各选定四个水平，见表1，正交试验方案及结果见表2，实验结果的极差分析见表3。

表1 因素水平表

表2 正交实验结果

表3 正交实验结果的极差分析表

对抗折强度而言，比较各K值大小可知，掺和料优选砂粉，水胶比优选0.26,掺和料掺量优选水泥用量的30%，砂率优选0.42。根据极差R分析可知，各因素的主次顺序为：水胶比，砂率，掺和料掺量，掺合料种类。

为了寻求最优配合比，对抗折强度优选的配合比和正交试验中抗折强度最大的配合比进行实验，结果见表4。

表4 配合比优选

表4结果表明，对抗折强度而言，优选砂粉作为掺和料，其掺量为30%，水胶比为0.26，砂率0.42。对抗压强度而言，优选砂粉作为掺和料，其掺量为30%，水胶比为0.28，砂率 0.38。

2.蒸压混凝土的纤维掺量

考虑蒸压混凝土的抗折强度，根据上述正交试验结果，确定以下蒸压混凝土的配合比：粒径为5mm～10mm和10mm～20mm的卵石比值取值0.5:0.5，固定浆集比0.30：0.68，减水剂用量为水泥砂粉质量和的1.2%的前提下，以砂粉作为掺和料，其掺量为30%，水胶比为0.26，砂率0.42。

基于现有理论，制品受拉(弯)断裂时，纤维可提高混凝土的断裂韧性。国内外在实际工程中己经使用的纤维的主要品种有钢纤维、聚丙烯纤维、尼龙纤维、碳纤维、植物纤维、矿物纤维等。本实验选用硅灰石和植物纤维为纤维原料。

（1）蒸压混凝土中硅灰石的掺量

硅灰石掺量（占系统中水泥量的质量百分比）与混凝土抗折强度和抗压强度关系如图1、图2所示。

图1 硅灰石掺量与混凝土抗折强度关系

图2 硅灰石掺量与混凝土抗压强度关系

图1可以看出，随着硅灰石掺量的增加蒸压混凝土抗折强度呈现明显增强趋势并在掺量为15%～20%时达到最高并趋于稳定，继续增加掺量则抗折强度有所下降。当硅灰石掺量达到水泥用量的20%时，其蒸压混凝土试样的抗折强度提高40%以上。可见，硅灰石对蒸压混凝土的抗折强度有显著增强作用。

图2可以看出，在实验范围内，随着硅灰石掺量的增加，蒸压混凝土试样的抗压强度略有增加，但抗压强度值离散较大。

（2）蒸压混凝土中植物纤维的掺量

植物纤维掺量（占系统中水泥量的质量百分比）与混凝土抗折强度和抗压强度关系如图3、图4所示。

图3 植物纤维掺量与混凝土抗折强度关系

图3可以看出，随着植物纤维掺量的增加蒸压混凝土抗折强度呈现明显增强趋势并在掺量达到1.5%后，其抗折强度趋于稳定，其抗折强度提高的幅度为20%以上。

图4 植物纤维掺量与混凝土抗压强度关系

图4显示，植物纤维的掺入对蒸压混凝土抗压强度的影响较小。

三、结论

通过正交实验得出最佳配合比，并以此配合比为依据研究纤维材料对蒸压混凝土抗折强度的影响，结论如下：

粒径为5～10mm和10～20mm的卵石比值取0.5:0.5，减水剂用量为水泥砂粉质量和的1.2%的前提下，对其抗折强度而言，以砂粉作为掺和料，其掺量为30%，固定浆集比取 0.30：0.68，水胶比为 0.26，砂率 0.42 为优化后的蒸压混凝土配合比。

植物纤维和硅灰石均有利于蒸压混凝土抗折强度的提高。

在优化配合比的基础上，硅灰石的掺量以水泥质量的15%左右为宜，其抗折强度的提高幅度在30%以上，抗压强度略有增加。

在优化配合比的基础上，植物纤维的掺量以水泥质量的1.5%左右为宜，其抗折强度的提高幅度在20%以上，但抗压强度增幅不明显。