預制混凝土護坡砌塊的質量狀況和性能檢驗

鄭冬保

（安徽省·水利部淮委水利科學研究院 蚌埠 233000）

預制混凝土護坡砌塊的質量狀況和性能檢驗

鄭冬保

（安徽省·水利部淮委水利科學研究院 蚌埠 233000）

預制混凝土護坡砌塊已廣泛應用于工程護坡，為了解其質量現狀，摸索其性能檢驗方法，文章通過對試驗過程和數據的統計分析，對預制混凝土護坡砌塊的質量狀況進行總結，探究科學的檢驗手段。

預制混凝土 護坡 砌塊 檢驗 質量

1 概述

預制混凝土護坡砌塊產品標準的欠缺導致其沒有統一的性能指標和技術要求，工程實際應用中無章可循，質量控制隨意性較大。為了調查研究預制混凝土護坡砌塊產品的技術性能和檢驗方法的合理性、科學性，保證不同產品性能對比的一致性，進行廣泛的采樣和大量的試驗研究，對成果進行統計，總結預制混凝土護坡砌塊的性能現狀，對尋求科學統一的檢驗方法進行闡述和探討。

2 物理性能試驗

2.1 試驗內容

預制混凝土護坡砌塊物理性能試驗項目包括：抗壓強度、抗折強度、體積密度、吸水率、慢凍試驗、快凍試驗。

2.2 試樣采集

為了保證預制混凝土護坡砌塊試樣具有廣泛的代表性，共籌集了5家生產單位的砌塊試樣，5家單位分布于全國不同的地區，共有8種不同規格類型的砌塊試樣，確認接收后分別進行了編號，依次按生產單位及規格類型區分編號為 1#～8#。

2.3 試件分布和標記

制作試件時，在同一砌塊上盡量制作出用于同一試驗項目的各種尺寸的試件，即力求使每種尺寸的試件都能分布到同一砌塊上。對于同一規格類型（即上述2.2條中同一編號）的試樣，對每一砌塊進行了編號標記，以示區分。對從同一砌塊上制取的同種尺寸的試件，按照試件的個數進行編號標記。從而，對于同一尺寸的試件，每個試件都有唯一的三級編號。例如：編號為“2-2-2”尺寸為160mm×80mm×40mm的長方體試件，表示從規格類型編號為2的第2個砌塊上制取的第2個160mm×80mm×40mm的長方體試件。

2.4 試驗結果

（1）8種試樣的40mm×40mm×40mm立方體抗壓強度平均值范圍為18.6～51.3MPa。

（2）8種試樣的抗折強度平均值范圍為5.1～8.8MPa，單組抗折強度最小為4.5MPa，最大為9.4MPa。

（3）8種試樣的干燥體積密度平均值范圍為2037～2235kg/m3，單組干燥體積密度最小為1999kg/m3，最大為2257kg/m3。僅有3#和5#試樣的160mm×80mm×40mm試件干燥體積密度平均值超過2200kg/m3。

5種試樣的自然干燥體積密度平均值范圍為2159～2290kg/m3。

（4）8種試樣的吸水率平均值范圍為2.9%～7.2%，單組吸水率最小為2.0%，最大為7.4%。

（5）慢凍試驗凍融循環次數均達到和超過100次。

（6）快凍試驗結果：160mm×40mm×40mm試件：1#、2#、6#、8#試樣的快凍凍融循環次數均小于25次，4#試樣位于25～50次，7#試樣位于50～75次，3#和5#試樣均達到75次。8種試樣凍融循環次數最大達到75次，最小的不到25次。

400mm×100mm×100mm試件：8#試樣的快凍凍融循環次數位于25～50次，2#試樣達到50次，7#試樣位于75～100次。

從2#、7#和8#試樣的快凍凍融循環次數可以看出，同一試樣400mm×100mm×100mm試件比160mm×40mm×40mm試件的凍融循環次數約高25次。

3 試驗結果統計分析和試件規格確定

3.1 抗壓強度

試驗采用的4種尺寸試件中，有100mm×100mm×100mm的立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件分別在普通混凝土抗壓強度試驗方法和芯樣強度試驗方法中被采用。為了使各種尺寸試件的結果與常規概念的混凝土性能指標具有可比性，找出結果換算系數，對實體2#、8#試樣進行了大量試件的抗壓強度試驗。

以 R40、R160、R100、R150和 Rφ100分別表示 40mm×40mm×40mm立方體試件、160mm×80mm×40mm長方體試件、100mm×100mm×100mm立方體試件、標準150mm×150mm×150mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件抗壓強度，其中 R40=0.8782R100、R160=0.6172R100、Rφ100=0.9015R100，而普通混凝土抗壓強度試驗方法中R100×0.95=R150，將R100等量 代 換 可 得 到 R150=R40×（0.95/0.8782）=1.0818R40，R150=R160×（0.95/0.6172）=1.5392R160，R150=Rφ100×（0.95/0.9015）=1.0538Rφ100。即 40mm×40mm×40mm立方體試件、160mm×80mm×40mm長方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件抗壓強度值尺寸換算系數分別為1.0818、1.5392和1.0538。Φ100mm×100mm芯樣試件抗壓強度值尺寸換算系數1.0538與相關標準中1.0很接近，保留兩位小數為1.05，40mm×40mm×40mm立方體試件和160mm×80mm×40mm長方體試件抗壓強度值尺寸換算系數保留兩位小數分別為1.08和1.54。

鑒于大部分國內標準中抗壓強度試驗均采用立方體或圓柱體試件，所以160mm×80mm×40mm長方體試件不宜采用?？傊?，對于不能制作出100mm×100mm×100mm、標準150mm×150mm×150mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件中任何一種的砌塊試樣，推薦抗壓強度試件為40mm×40mm×40mm立方體試件，抗壓強度值尺寸換算系數為1.08；對于能夠制作出100mm×100mm×100mm、標準 150mm×150mm×150mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件中任何一種的砌塊試樣，采用Φ100mm×100mm芯樣試件時抗壓強度值尺寸換算系數為1.05，100mm×100mm×100mm、標準 150mm×150mm×150mm立方體試件抗壓強度試驗按普通混凝土抗壓強度試驗方法中規定執行。

3.2 抗折強度

在此次試驗采用的3種尺寸試件中，僅有400mm×100mm×100mm的長方體試件在普通混凝土抗折強度試驗方法中被采用。為了使各種尺寸試件的結果與常規概念的混凝土性能指標具有可比性，找出結果換算系數，繪出實體2#試樣的160mm×40mm×40mm長方體試件與400mm×100mm×100mm長方體試件抗折強度的關系如圖1所示。1#～7#試樣的 160mm×40mm×40mm長方體試件與160mm×80mm×40mm長方體試件抗折強度的關系如圖2所示。以Rf40、Rf160和Rf400分別表示160mm×40mm×40mm長方體試件、160mm×80mm×40mm長方體試件和400mm×100mm×100mm長方體試件抗折強度，圖1中Rf40=1.0733 Rf400、圖 2中 Rf40=0.9345Rf160，等量代換可得 Rf160=Rf400×（1.0733/0.9345）=1.1485Rf400。普通混凝土抗折強度試驗方法中400mm×100mm×100mm長方體試件抗折強度與標準試件的尺寸換算系數為0.85，以Rf表示標準試件的抗折強度，即有 0.85Rf400=Rf。所以 Rf=0.85Rf400=Rf160×（0.85/1.1485）=0.7401Rf160，Rf=0.85Rf400=Rf40×（0.85/1.0733）=0.7920Rf40。即160mm×80mm×40mm長方體試件和160mm×40mm×40mm長方體試件抗折強度值尺寸換算系數分別為0.7401和0.7920，保留兩位小數分別為0.74和0.79。

總之，對于不能制作出400mm×100mm×100mm長方體試件的砌塊試樣，抗折強度采用160mm×80mm×40mm長方體試件時抗折強度值尺寸換算系數為0.74；采用160mm×40mm×40mm長方體試件時抗折強度值尺寸換算系數為0.79。對于能夠制作出400mm×100mm×100mm長方體試件的砌塊試樣，抗折強度試驗按普通混凝土抗折強度試驗方法中規定執行。

3.3 體積密度

3.3.1 干燥體積密度

圖1 160mm×40mm×40mm長方體試件與400mm×100mm×100mm長方體試件抗折強度關系曲線圖

從實體2#、7#和8#試樣同一砌塊上的40mm×40mm×40mm、100mm×100mm×100mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件干燥體積密度分別與160mm×80mm×40mm長方體試件干燥體積密度的實驗結果關系可以看出，40mm×40mm×40mm、100mm×100mm×100mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件干燥體積密度與160mm×80mm×40mm長方體試件干燥體積密度的關系系數均接近于1.0，即4種不同尺寸試件的干燥體積密度結果幾乎一致。所以，無論采用40mm×40mm×40mm、100mm×100mm×100mm立方體試件、Φ100mm×100mm芯樣試件和160mm×80mm×40mm長方體試件中哪種試件，對砌塊干燥體積密度試驗的結果幾乎沒有影響，也就是說砌塊試樣干燥體積密度試驗可以直接采用以上4種尺寸試件中的任何一種。

3.3.2 自然干燥體積密度

5種試樣的自然干燥體積密度平均值范圍為2159～2290kg/m3。

3.4 吸水率

從實體2#、7#和8#試樣同一砌塊上的40mm×40mm×40mm、100mm×100mm×100mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件分別與160mm×80mm×40mm長方體試件常溫吸水率的實驗結果關系可以看出，40mm×40mm×40mm、100mm×100mm×100mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件與160mm×80mm×40mm長方體試件吸水率的關系系數分別為1.0516、0.9036、1.0139，也就是同一試樣不同尺寸試件吸水率試驗結果從大到小依次為40mm×40mm×40mm立方體試件、Φ100mm×100mm芯樣試件、160mm×80mm×40mm長方體試件、100mm×100mm×100mm立方體試件。即40mm×40mm×40mm立方體試件吸水率最大，參照相關巖石吸水率試驗方法中吸水率試件采用小尺寸立方體試件，故推薦砌塊試樣吸水率也采用40mm×40mm×40mm立方體試件。

3.5 慢凍試驗

圖2 160mm×40mm×40mm長方體試件與160mm×80mm×40mm長方體試件抗折強度關系曲線圖

幾種砌塊試樣的慢凍試驗結果表明：慢凍試驗凍融循環次數均達到和超過100次。100次凍融循環試驗后重量幾乎均未損失，反而部分試件有所增加，抗壓強度損失率均未達到25%；4種尺寸試件試驗結果之間的關系不是很明顯。為了與抗壓強度試件保持一致，推薦慢凍試件為：對于不能制作出100mm×100mm×100mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件的砌塊試樣，慢凍試驗試件為40mm×40mm×40mm立方體試件；對于能夠制作出100mm×100mm×100mm立方體試件和Φ100mm×100mm芯樣試件的砌塊試樣，根據需要和實際情況選擇其中一種試件。與普通混凝土相比，預制混凝土護坡砌塊成型拌和物屬于干硬性混凝土，流動性相對很小，均勻性較差，所以從同一成品砌塊上制取的不同試件的抗壓強度有一定的差異，這一點從抗壓強度結果中也可看出。這給慢凍試驗前凍融試件和對比試件的選取帶來困難，很難保證凍融試件與對比試件抗壓強度的一致，即使均取自同一砌塊。因此，慢凍試驗方法是否適用于檢驗預制混凝土護坡砌塊的抗凍性能值得進一步探討。

3.6 快凍試驗

對于能夠制作出400mm×100mm×100mm棱柱體試件的砌塊試樣，快凍試驗采用該種尺寸的試件，不能制作時采用160mm×40mm×40mm棱柱體試件并相應的進行結果換算。

對比同一編號試樣的快凍和慢凍試驗結果，可以看出快凍凍融循環次數明顯少于慢凍，這可能是因為快凍試驗的降溫速度比慢凍試驗快，且凍結終了時快凍試驗試件的中心溫度比慢凍試驗低。在試驗過程中，檢測了凍結終了時400mm×100mm×100mm試件的中心溫度，快凍試驗比慢凍試驗低1℃～2℃。

4 結語

用于試驗的預制混凝土護坡砌塊試樣來源于全國不同產地，試驗結果基本全面、客觀地反映了國內預制混凝土護坡砌塊的質量現狀。通過統計分析實驗結果，總結了抗壓強度、抗折強度、體積密度、吸水率、慢凍試驗、快凍試驗的試件尺寸。但限于取樣范圍有限，不能涵蓋全國大部分預制混凝土護坡砌塊產品，故其合理的性能檢驗方法還有待大量的試驗研究，以致最終出臺產品標準來確定