预制干硬性混凝土空心砌块质量检验方法研究

姚浩刚，徐 婕

（浙江公路技师学院，浙江杭州310030）

0 引言

预制干硬性混凝土空心砌块是一种新型工程建筑材料，早期在工业与民用建筑中作为预制混凝土砖块替代粘土砖得到推广应用，21世纪以来逐步在城市建设路面用砖等方面发展应用。预制干硬性混凝土空心砌块技术主要是由高频台模振动加高压的机械化流水线加工成干硬性高强度混凝土坯块，通过养护和劈裂工艺深加工而成。它具有强度高、装饰效果好、施工简便、质量控制好、适用性广及良好的耐腐蚀性、耐水性和抗冻性等优点。但在使用中还存在一些问题：

首先，由于航道护岸用预制干硬性混凝土空心砌块大多是用机械化制造的振压成型的低水灰比干硬性混凝土结构，属特殊型混凝土结构。这类砌块在工业与民用建筑领域应用比较多，但在水运和交通工程质量控制和检验方法序列中目前尚无可以直接遵循的规范和标准。

其次，我国对于现有混凝土砌块的检测没有一个统一的可操作性强的规范，特别是对于混凝土砌块的强度检测基本沿用《混凝土小型空心砌块》（GB/T4111-1997）。其抗压强度表示方法为建筑砖强度表示法，其强度指标为MU。该指标不考虑砌块内部结构情况，如空心率、壁厚、宽厚比等因素，抗压强度试验时以极限破坏荷载除于压板（砖块外围尺寸）面积得到的相对的模糊强度值，常用作特定规格产品的相对强度指标。这对建筑工程界通用的常用规格建筑用砖还是比较适合的，但针对目前交通建设工程中使用的预制干硬性混凝土砌块现状出现了难于解决的矛盾。

1 预制干硬性混凝土砌块的材料特性

预制干硬性混凝土砌块一般是指水灰比小于0.5、含水率小于10%的水泥混凝土集料通过专用的机械设备压制和振捣制作成型的砌块。这种砌块的主要特性有三个。

1.1 低水灰比干硬性

为了保证砌块一次成型，即时脱模后不变形，所以采用0.2～0.45的水灰比，成型时砌块含水率为4%～8%（重量比）。

1.2 抗压强度高

由于预制干硬性混凝土砌块采用最佳的材料配合比，使用自动计量装置准确布料，成型时采用专用机械在施加高频激振力的同时再加之高压使之密实，所以根据不同配合比生产的砌块的28d强度可达到20～50 MPa，早期强度也明显高于普通混凝土，如3 d强度可达40%，7 d强度可达80%。而且随着时间的推移，在超过28 d后砌块的后期强度还会继续缓慢提高10%～20%。

1.3 密度相对较小，透水性较大

由于成型时集料的含水量较低，集料颗粒间表面摩擦力较大，振捣和挤压成型时混凝土内部细小空隙无法完全挤密，其成型密度相对较小，一般干密度在2 100～2 250 kg/m3左右。但这不影响强度和抗冻性能，这一特性也为需要透水的结构提供了条件，如路面砖可以及时排除雨水等。

2 预制干硬性混凝土砌块强度检验方法选定

针对预制干硬性混凝土砌块的特点，该项研究主要是通过不同试验方法，分析对比，找出适合交通建设工程中预制干硬性混凝土砌块的检验方法。为此，重点设置了三种不同检验方法加以实际试验，分别为：切割立方体法、钻芯取样法和干硬性混凝土圆柱体抗压强度法。

2.1 切割取样法

将预制干硬性混凝土砌块实样通过专业加工厂切割，得到标准立方体试件。该法最符合混凝土常规检验标准，可以直接得到试件的抗压强度，也是进行试验数据分析的可靠参照值。

实验中主要针对中大型砌块进行强度试验设计，试件尺寸：150 mm×150 mm×150 mm、100 mm×100 mm×100 mm、70 mm×70 mm×70 mm。由此得到的试件抗压强度比较可靠，可以作为参照值进行数据分析，因此，能够以切割的标准立方体的抗压强度值作为基本数据系列。

2.2 钻芯取样法

该法也是混凝土常规检验方法系列之一，可以通过换算得到试件的抗压强度，也是试验数据分析的重要方法。实验中主要针对大部分可以取到芯样的砌块进行强度试验设计，试件尺寸：Φ100 mm×h100 mm、Φ70 mm×h70 mm的圆柱试件。

此法不同于《干垒挡土墙用混凝土砌块》（JC/T2094—2011）之处是可以通过换算得到试件的抗压强度标准值，而改变建筑类砌块的MU相对强度值。

2.3 同密度振压成型法（预制干硬性混凝土圆柱体抗压强度检验法）

该法基本原理是根据干硬性混凝土砌块机械化振压成型的方式，在砌块制作现场随机抽取代表性砌块进行体积测量和称重，测得该批次砌块湿密度，从而计算出制作成试件需要的集料重量，从砌块生产线下料口称取所需重量的集料制作试件。考虑到试验方法具有相关性和可比对性，采用试件成型后与圆柱体试件相同的无侧限试模，试件尺寸：Φ100 mm×h100 mm，并定义为“预制干硬性混凝土圆柱体抗压强度检验法”。

干硬性混凝土圆柱体抗压强度方法是研究和建议推广的重要方法，试验得到的数据系列的可行性、合理性通过前面两种方法加以比对和验证，并找出这三种方法之间的联系。

试件制作方式：

同步振压法：将装满所需重量集料的试模安装在专用的带压力的小型振动台上，在施加激振力的同时对试模上压板施加压力，等试件达到设定尺寸时使用脱模机脱出试件，送养护室养护。

需要达到的目的：

（1）试件配合比与被检验的实体砌块一致；

（2）试件的结构密度与被检验的实体砌块一致；

（3）试件的成型方式与被检验的实体砌块基本一致；

（4）试件的强度测定方法简单，可操作性强；

（5）得到的试验结果具有代表性和较高的可信度；

（6）采用此试验法来解决其他试验难于解决的试验方案。

3 预制混凝土砌块不同检验方法试验结果评价分析

3.1 三种不同试验方法强度数据统计值（见表1～表3）

表1 切割立方体抗压三种强度比较一览表

表2 钻芯圆柱体抗压三种强度比较一览表

表3 干硬性混凝土圆柱体抗压三种强度比较一览表

从表1～表3的结果中看出，三种检验方法均能反应干硬性混凝土砌块的实际强度，但检验结果的均方差和变异系数偏大。经分析后认为具体原因是检验过程中存在偶然误差。

3.2 三种检验方法的相互关系分析

3.2.1 钻芯圆柱体与切割立方体强度比较（见表4）

表4 钻芯圆柱体与切割立方体三种强度的比较一览表

3.2.2 干硬性混凝土圆柱体与切割立方体强度比较（见表 5）

表5 干硬性混凝土圆柱体与切割立方体三种强度的比较一览表

各种检验方法的相互关系分析：通过对三种检验方法的试验结果进行了预处理，对数据的异常值进行了剔除。在数据剔除过程中，可以发现同名度无侧限检验法数据离散型较小，数据可靠性更高。最后通过最小二乘法结合MATLAB程序对三种检验方法之间进行拟合，探寻三种检验方法之间的相关性关系，为不同检验方法下混凝土强度之间的换算提供理论依据。

3.3 三种检验方法的相互关系

通过试验分析，可以得出三种检验方法的相互关系f（x）=a1x2+a2x+a1，见表6～表8所列。

表6 C20砌块三种方法的相互系数关系一览表

表7 C25砌块三种方法的相互系数关系一览表

表8 C30砌块三种方法的相互系数关系一览表

4 总结

通过对干硬性混凝土砌块的抗压强度各种检验方法的研究，提出了“同密度振压成型法”强度检验方法。

4.1 实体切割立方体试验法

该检验方法原理是在随机抽样的砌块实体上用切割机切取与目前常规混凝土试件一致尺寸的试件，按规范的养护方法并在规定时间点用常规混凝土抗压强度试验方法取得抗压强度代表值。该试验主要是为了满足较小砌块在无法取得标准试件的时候选用，这些试件得到的试验值可以通过换算得到标准抗压强度值。实体切割立方体强度试验法能够真实反映砌块的实际强度，但需要比较大型的专业切割设备，砌块本身也要有足够大的尺寸才能切割出适合试验的试件，普及相对比较困难。

4.2 钻芯取样法

该检验方法原理是在随机抽样的砌块实体上用取芯机钻取与目前常规混凝土芯样试件一致尺寸的试件，按规范的养护方法并在规定时间点用常规混凝土钻芯取样抗压强度试验方法取得抗压强度代表值。实用中主要针对大部分可以取到芯样的砌块进行强度试验设计。在该项试验研究中已经获得了相关的换算系数。实体钻芯取样强度试验法也能够较真实反映砌块的实际强度，操作比较方便，由于取芯直径可以在70 mm和100 mm中选取，适用范围相对较大，建议对壁厚和高度均大于70 mm的砌块优先采用此方法。

4.3 干硬性混凝土圆柱体抗压试验法

干硬性混凝土圆柱体抗压试验法是这次研究的重点，也是重要的创新成果之一。此方法在集料取样的真实性和及时性、试件与砌块成型的一致性、密度的一致性和养护条件的一致性方面于一体，而且与常规湿法混凝土试件制作方式基本相同，所以得到的试件强度试验结果也能够较好地反映砌块的真实强度，具有合理性、通用性和可操作性。此方法能够适合各种形式、各种规格的干硬性混凝土砌块的强度检验，具有相当好的应用和推广意义，也是重点推荐的试验方法。