浅谈影响混凝土折压比的因素

2018-08-03姜连甲殷继伟马永胜

商品混凝土 2018年7期

关键词：公称片状抗折

姜连甲，殷继伟，马永胜

（1. 哈尔滨精典新型干混建材科技有限公司，黑龙江哈尔滨 150070；2. 哈尔滨佳连混凝土技术开发有限公司，黑龙江哈尔滨 150070）

0 引言

JTGD40—2011《公路水泥混凝土路面设计规范》中附录 E 给出的混凝土抗压强度，与抗弯拉（抗折）强度对应关系表见表 1。

表 1 水泥混凝土强度和弹性模量经验参考值

很多客户认为可以通过混凝土抗压强度推算出混凝土的抗折强度。以抗折强度 4.0MPa 为例，许多人认为当混凝土的抗压强度达到 30MPa 时，混凝土的抗折强度一定可以达到 4.0MPa。更有许多预拌混凝土企业，在供应道路混凝土时不按照 JTG/TF30—2014《公路水泥混凝土路面施工技术细则》进行混凝土配合比设计，而仅仅使用普通的 C30 的混凝土配合比。

首先这种想法是不正确的，JTGD40—2011 标准中提到：“水泥混凝土材料（包括普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、碾压混凝土和贫混凝土等）的弯拉强度、抗压强度、抗拉（劈裂）强度和弹性模量，随混合料组成材料、养生条件和试验方法的不同而变化。这些因素对各项强度和弹性模量指标有不同程度的影响，难以在各项指标之间建立理论转换关系式。”标准中给出的经验参考值并不适用所有的混凝土。

混凝土的折压比是固定的吗？混凝土抗压强度越高，抗折强度就一定越高吗？影响抗折强度与抗压强度的因素有哪些？下文通过试验进行分析。

1 混凝土抗折强度与抗压强度的关系

分别选取 20 家预拌混凝土企业，每家企业随机抽取 20 组混凝土试件，在 28d 龄期时按照 GB/T 50081—2002 进行混凝土的抗压强度、抗折强度试验。对比混凝土抗折强度与抗压强度的关系，其中 70 组试验数据见表 2。

通过数据对比发现，混凝土折压比是 0.0758～0.1058 这个区间，而混凝土的抗折强度与抗压强度并不呈线性趋势。数据表明很多试件随着混凝土的抗压强度提高，混凝土的抗折强度不但没有提高，反而有降低的可能。依据图 1 的分布图发现，做出的折压比数据与标准中给出的推荐参考值相差甚远，下面通过试验比对，影响混凝土折压比的因素有哪些。

图 1 混凝土折压比分布图

2 原材料对混凝土折压比的影响

2.1 水泥对混凝土折压比的影响

水泥的抗折强度、水泥中铁铝酸四钙含量、水泥的比表面积、水泥的混合材掺量，这些因素对混凝土的折压比都有很大的影响。试验表明当水泥的抗折强度越高时，混凝土的抗折强度也就越高。水泥中铁铝酸四钙含量越高，混凝土的抗折强度越高。

表 3 为同一厂家以同样的水泥配合比分别将水泥研磨成不同的比表面积，比对它的抗折强度与抗压强度的关系，以及水泥 28d 的折压比。发现水泥的比表面积越高，水泥的抗折强度越高，同时水泥的 3d 抗压强度越高。水泥的 28d 抗压强度则随着比表面积的提高而有所下降。

表 2 试验数据

图 2 为水泥混合材掺量对水泥 28d 强度的影响。根据图 2 得知，随着水泥中混合材掺量的提高，水泥的抗压强度下降并不明显，但水泥的抗折强度下降很明显，所以要配制折压比高的水泥应尽量选取混合材掺量较低的水泥。

表 3 水泥比表面积与水泥折压比的关系

图 2 水泥混合材掺量对水泥 28 d 强度的影响

2.2 粗骨料对混凝土折压比的影响

2.2.1 粗骨料针片状颗粒含量对混凝土折压比的影响

粗骨料的针片状颗粒含量、粗骨料的公称粒径、粗骨料的级配，都直接影响着混凝土的折压比。保证在其他原材料及配合比、养护等其他条件相同的情况下，逐一进行比对试验，通过试验说明针片状颗粒含量、公称粒径、骨料的级配，对混凝土的折压比有怎样的影响。

针片状颗粒含量对混凝土力学性能的影响见图 3。

图 3 针片状颗粒含量对混凝土力学性能的影响

依据图 3 发现，随着粗骨料的针片状颗粒含量提高，混凝土的抗压强度和抗折强度，均有所下降，但抗折强度下滑趋势明显要远远大于抗压强度，说明针片状含量对混凝土抗压强度的影响远远不如对抗折强度的影响大。

针片状颗粒对混凝土抗压强度的影响，主要体现在混凝土中空隙率的增加，以及针片状颗粒带来的骨料刚性骨架力量变弱。针片状颗粒含量对抗折强度的影响，主要体现针片状骨料与混凝土中的胶凝材料胶结能力差，并且由于针片状骨料自身的抗折能力差，也造成了混凝土中出现许多抗折能力差的薄弱点。因此随着骨料中的针片状颗粒含量增加，混凝土的折压比降低。

2.2.2 粗骨料最大公称粒径对混凝土折压比的影响

使用“单因素变量”法，分别选取不同公称粒径的卵石和碎石进行大量的对比试验，分析骨料最大公称粒径对混凝土折压比的影响，见表 4。

表 4 骨料最大公称粒径对混凝土折压比影响

根据表 3 的数据发现，骨料的最大公称粒径直接影响混凝土的折压比，当碎石的公称粒径为 26.5mm、卵石的公称粒径为 19.0mm 时，混凝土的抗折强度最高、混凝土的折压比最高。这是因为通常来说连续级配小粒径的骨料与胶凝材料的胶结程度最好，但骨料的粒径太小，则会出现骨架力量不足的情况。

2.2.3 骨料级配与混凝土折压比的关系

JTGF30—2014 中规定粗集料与再生粗集料应根据混凝土配合比的公称最大粒径分为 2～4 个单粒级的集料，并掺配使用。所以来验证一下单粒级骨料与多个粒级骨料掺配，对混凝土折压比的影响，见表 5。

表 5 骨料级配对混凝土折压比影响

依据表 5 的试验数据得知，当使用单粒级骨料时，骨料的空隙率变大，混凝土内部结构不密实，造成混凝土的抗折强度偏低、混凝土的折压比偏低，当将 2 个或 2 个以上单粒级的骨料进行级配时，混凝土空隙率变小，混凝土的抗折强度与折压比有所提升。

3 配合比对混凝土折压比的影响

3.1 砂率对混凝土折压比的影响

使用多个强度等级配合比进行对比试验，在保证其他因素、条件不变的情况下，调整混凝土的砂率，对比砂率对混凝土抗压强度、抗折强度、折压比的影响（表6）。

表 6 砂率对混凝土折压比的影响

通过表 6 的试验数据发现，无论是 C30、C40、C50 混凝土，随着砂率的提高，混凝土的抗压强度没有抗折强度下降得明显，所以可以得知，无论在配制何种强度等级的混凝土时，砂率越高混凝土折压比越低。想要配制高抗折强度、高折压比的混凝土，在满足施工要求的情况下应尽量降低砂率。

3.2 粉煤灰掺量对折压比的影响

在保证水胶比不变、浆骨比不变、砂率不变、混凝土的表观密度不变的前提，掺入不同比例的粉煤灰，进行比对试验，分析不同掺量的粉煤灰对混凝土折压比的影响。

3.2.1 胶凝材料性能

水泥和粉煤灰复检后的性能见表 7 和表 8。

3.2.2 比对试验数据

粉煤灰掺量对混凝土强度的影响试验结果见表 9。

表 7 P·O 42.5 水泥复检性能

表 8 Ⅱ级粉煤灰复检性能 %

表 9 粉煤灰掺量对混凝土折压比的影响

通过表 9 的试验数据可以看出，加入粉煤灰后，混凝土的抗折强度有所下降，且随着粉煤灰掺量的提高，混凝土的抗折强度下降的越明显。混凝土的抗压强度在10%～20% 的掺量下，不但没有降低，而且要大于纯水泥的混凝土。所以随着粉煤灰掺量增加，混凝土的折压比呈明显下降趋势。但粉煤灰的掺量大于等于 30%时，混凝土的抗折强度下降平缓，而抗压强度则下降较明显，混凝土的折压比有回升的趋势。

3.3 含气量对混凝土折压比的影响

在保证混凝土其他材料配合比不变的情况下，向混凝土掺入气泡密小均匀的引气剂，根据引气剂的掺量调整混凝土的含气量。通过对比混凝土 28d 抗压强度，以及抗折强度找出其中的关系。含气量对混凝土折压比的影响见表 10 和图 4、5。

表 10 混凝土含气量对混凝土折压比的影响

图 4 粉煤灰掺量对 C 35 等级混凝土强度的影响

图 5 粉煤灰掺量对 C 50 等级混凝土强度的影响

根据表 10 的数据以及图 4、图 5 的曲线发现，当混凝土其他材料配合比不变的情况下，混凝土的含气量提高，混凝土的抗压强度下降很明显，而混凝土的抗折强度不但没有下降而且有明显的提高。当混凝土含气量每提高 1% 时，混凝土的抗压强度下降 3%～4%，而混凝土抗折强度也并不是含气量越高，混凝土的抗折强度越高，超过 3% 以上时，混凝土的抗折强度呈缓慢的趋势下降。所以随着混凝土含气量的增加。混凝土的折压比也随之提高。