影响混凝土砌块抗压强度的因素分析
宁波诺亚智能设备有限公司技术部
混凝土砌块作为一种新型墙体材料，已在我国建筑工程领域得到广泛应用，相关的产品标准就是有两个国标、两个建材行业标准。作为砌块最主要的性能指标—强度等级（抗压强度），四项产品标准中有关抗压强度检测，均采用GB/T4111-1997《混凝土小型空心砌块试验方法》中规定的单块座浆试件直接试压，即不考虑块型尺寸影响因素。
本文在基于GB/T411-1997《混凝土空心砌块试验方法》中抗压强度试验与计算方法基础上，分析对砌块抗压强度（等级）的影响因素。
1 原材料对砌块抗压强度的影响
1.1 水泥
我国常用的水泥主要因混合材料品种和矿物掺量的不同而性能各不相同，硅酸盐水泥明显的早强作用，3d强度可达28d强度的40%，水泥化热高，使用于冬季生产；砌块的抗冻性好，但砌块后期强度发展较慢。普通硅酸盐水泥的早期强度比硅酸盐水泥稍低，但高于其它水泥，水泥水化热比其它水泥高，生产砌块的抗冻性较好。矿渣水泥的早期强度偏低，生产砌块的后期强度发展较快，水泥水化热低，砌块的抗冻性能可能会受影响，不适用于冬季生产。火山灰硅酸盐水泥的早期强度低，生产砌块的后期强度仍有较大发展，水泥水化热低‘抗冻性能差。粉煤灰硅酸盐水泥早期强度发展缓慢，砌块的后期强度有较大发展，一定要采用养护窑养护，不易露天自然养护，砌块的抗冻性不好。复合硅酸盐水泥的早期强度较低，水化热低，抗冻性差，不宜选用。
当需配制生产MU15以上（含）的高强混凝土砌块时，水泥宜采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。砌块强度≥MU10时，应采用42.5水泥；砌块强度≥MU20以上，宜采用52.5水泥。
1.2 骨料
生产强度＜MU15砌块时，抗压强度主要与水泥质量、掺加量及水灰比有关。当单方混凝土的水泥用量达到500kg时，再增加水泥用量，对提高砌块强度无明显作用；而骨料的粒径、粒形、级配、****砂率等，则上升为影响混凝土砌块强度的主要因素。
1.2.1 粗骨料
1.2.1.1 级配
由于受砌块的壁、肋厚度的影响，因此粗骨料粒径应为5mm～10mm、采用连续级配。采用合理的粗骨料级配，能保证混凝土密实度、提高强度和耐久性、降低水泥用量。若供应商提供的粗骨料不满足级配要求，可以搅拌投料时进行人工级配调整，即用2～3种不同粒径的石子按一定比例投料，或掺入一定比例某粒级的石子。良好的粗骨料级配应为：骨料间的空隙率最小，骨料的总比表面积小。
1.2.1.2 粒径及表面状况
常用粗骨料有卵石和碎石两种。卵石表面光滑，少棱角，表面积较小，与水泥浆粘结力交差，强度较低；碎石表面粗糙，多棱角，表面积较大，与水泥浆粘结力较强，在水灰比相同的条件下，通常比卵石混凝土砌块的强度高10%左右。
1.2.1.3 粗骨料强度
用于生产高强砌块的粗骨料，宜选用坚硬密实的石灰岩、辉绿岩、花岗岩、正长岩等火成岩类碎石。粗骨料强度可用岩石立方体强度和压碎指标表示，强度压碎指标越小，则表明粗骨料的强度越高。粗骨料若有风化状态或软颗粒过多，则会降低强度。
1.2.1.4 针片状含量
通常人们定义：凡颗粒长度大于该颗粒平均粒径2.4倍者，称之为针状颗粒；颗粒厚度小于平均粒径的0.4倍者为片状粒径。
由于针、片状颗粒易折断，粗骨料中该两种颗粒含量多时，会降低砌块的抗压强度。表1系混凝土砌块生产时对粗骨料中针、片状骨料含量的最基本要求。
1.2.2 细骨料
细骨料对高强砌块强度的影响较粗骨料要小，但砂子的粒径和级配仍是必须考虑的影响因素。河砂质量相对较好，山砂的含泥量或泥块往往过高，必须经冲洗后使用；海砂含油氯离子等有害离子，必须清洗达到建筑用砂的标准要求时方可使用。实验室的微观观察发现：山砂与水泥粘结性能比河砂好。
生产高强混凝土砌块时，砂子的细度模数以2.6～3.2的中砂为宜，粒径＜0.315mm的数量宜少。最好是细骨料的0.6mm累计筛余量大于70%，0.315mm累计筛余量达到90%，而0.15mm累计筛余量达98%。
1.3 矿物掺合料
矿物掺料不但能代替部分水泥，降低生产成本，同事也能改善新拌干硬性混凝土的成型性能等，提高混凝土砌块强度。
1.3.1 粉煤灰
是目前我国生产混凝土砌块时使用量****的矿物掺合料。一般来讲，掺加粉煤灰的混凝土砌块28d以前的强度低于基准混凝土砌块，90d以后强度才与基准砌块相等。若生产高强砌块，宜选用Ⅰ级灰；粉煤灰的掺加量原则上不宜超过水泥重量的25%。掺粉煤灰的混凝土砌块不宜再采用火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。考虑到砌块的其它性能要求，普通混凝土砌块的粉煤灰用量宜控制在水泥用量的50%以内。
1.3.1 磨细矿渣粉
掺加磨细矿渣粉的混凝土砌块，其密实度有较大提高，能提高混凝土强度‘改善砌块的抗渗性和抗冻性。但由于目前我国磨细矿渣粉价格仍偏高，因此在砌块采用的极少。
1.3.2 硅灰
硅灰是硅铁合金或硅合金生产中从电弧炉烟道中收集到的粉灰，，颗粒很细，活性二氧化硅含量很高，达85%～90%，火山灰活性最为强烈。掺加硅灰的混凝土砌块28d强度远远高于未掺的基准配合比砌块，通常1份硅灰相当于2～5份水泥产生的强度。
与水泥相比，相对价格极高，因此国内还没有在砌块生产中掺加硅灰的报道。
1.4 外加剂
在混凝土砌块生产中掺加外加剂，根据其最终要达到的目的不同，主要有：
抗渗剂：提高砌块的抗渗性能，在装饰砌块或清水墙用光面砌块生产时，原则上均需掺入。它对强度影响不大。
早强剂：主要作用是加速混凝土硬化，提高砌块的早期强度。在进行冬季生产蒸汽养护时常常采用，一般对砌块Id强度提高25%～35%，3d提高20%～30%，7d提高5%～10%，对28d以后强度影响不大。
减水剂：减水机能再混凝土工作性能不变的情况下，显著减少拌合物的用水量，以提高强度，改善其抗冻性、抗生性和泌水性。普通减水剂3d和7d强度比基准混凝土砌块强度提高10%～15%，28d提高5%～10%；高效减水剂3d强度可提高20%～30%，7d提高15%～25%，28d提高10%～20%。
特别要注意外加剂的适应性问题掺加效果与水泥的适应性有关（即二者的“协调匹配”问题），外加剂与矿物掺料也有适应性问题。
2 混凝土配合比对砌块抗压强度的影响
2.1 水灰比
由于受混凝土砌块成型工艺的特性—干硬性混凝土振动加压成型的影响，实际水灰比对砌块强度的影响大。资料介绍，理论上水泥完全水化的水灰比为0.24，大于0.24则存在毛细水，所以，混凝土用水量很大一部分是满足混凝土工作性能的要求。
生产砌块时确定水灰比时，最优先考虑的是成型性能，而不是砌块强度，即：****水灰比值，应是可成型、混凝土密实度****化，所需成型时间短、成型后坯体不变形。但并不是水灰比对砌块强度没有影响，表2是不同水灰比对砌块强度的影响。在满足工艺、砌块其它性能要求的前提下，水灰比仍是越小越好。
2.2 水泥用量
很多混凝土砌块生产企业有一个认识误
区：认为仅靠提高水泥用量就可以提高砌块强度。实际上不完全正确。
MU15以下混凝土砌块的强度虽然与水泥用量有关，但由于沙石骨料本身强度比水泥水化产物高得多，增加水泥用量可提高砌块强度。而对于高强混凝土砌块，随着混凝土强度与沙石本身强度的逐渐接近，沙石本身强度及其与水泥粘结力将直接影响抗压强度，水泥石强度将不再是决定混凝土砌块强度的唯一因素。当单方混凝土的水泥用量达到500kg后，再增加水泥用量对强度提高无明显作用，即强度与水泥用量已不成线性关系。
2.3 砂率
表3系砌块生产选择砂率的参考值。砂率
对砌块强度的影响，主要是受粗骨料规格、级配的影响，即粗骨料选定后，最合理的砂率也应可以确定—在不影响成型的前提下，****可能地填充粗骨料间留下的空隙。
砂率确定原则：①细砂的砂率小，粗砂的砂率应大，随砂的细度模数增大而增大。粗骨料粒径大则砂率小。②粗骨料为碎石则砂率大，粗骨料为卵石则砂率小。③水灰比大则砂率大水灰比小则砂率小，水灰比小则砂率小。④水泥用量大则砂率小，水泥用量小则砂率大。
3 生产工艺及设备对砌块抗压强度的影响
3.1 原料计量
原料的重量计量法比体积计量法更准确。原则上水泥、水、掺合料的称量误差不超过±2%，砂、石骨料的称量误差不超过±3%。经验数据表明，当砂子的称量误差为±8%、石子的称量误差为±5%时，砌块强度相应会降低或提高一个等级，即最少出现2.5MPa的波动。
3.2 混合搅拌
对干硬性混凝土而言，采用强制式搅拌机比采用单（双）卧轴式搅拌机
的搅拌均匀性好，即达到相同强度等级砌块所需的水泥用量可有降低，由于受搅拌机价格差异的影响，目前国内砌块生产企业绝大数仍选用了
卧轴式搅拌机，包括很多引进成型机的企业。这点是我们与欧美国家差
距之一。搅拌时间的长短对拌和物匀质性友明显影响，搅拌时间过短会降低混凝土砌块的强度。在相同的配合比和养护条件下，采用二次投料搅拌工艺混凝土的和易性化比一次投料搅拌工艺的好，砌块3d强度可提高20%、7d强度提高28%、28d强度可提高15%左右。若配置相同强度的混凝土，二次投料搅拌工艺可节约水泥15%～20%。当生产轻骨料混凝土砌块时，若所用轻骨料的吸水率大于10%，交班前应对轻骨料进行预湿，这样可提高混凝土砌块28d强度5%～35%。
3.3 成型
3.3.1 成型机振动方式
目前砌块成型机的振动方式分为台振和模振两种。台振是将振动电机置于台座下，另外也有在上压头上装有振动器，对砌块上表面施加振动。模振是在模箱的侧面上配备振动，振动直接传给模箱内混凝土，砌块密实性和均匀性较好。
一般的台振成型机，每块砌块配置的振动功率在1.1kW～1.6kW左右，用它生产高强砌块需有一定条件；模振成型机每单块砌块配置的振动功率在3kW～5kW，比较容易生产高强砌块。
3.3.2 振动成型参数
1）振动频率（n）和振幅（A）
频率的选择原则，是使强迫振动的频率尽可能接近混凝土骨料的自振频率，目的在于引起共振，但混凝土骨料颗粒粒径很多，自振频率各异，因此，实际生产常以骨料颗粒的****粒径和平均粒径为依据，选择适宜频率。一般来讲，干硬性混凝土宜采用高频率、小振幅。目前国产砌块成型机采用的频率多数为50Hz（3000次/min），振幅为0.3mm～1.2mm。当骨料粒径较小时，振幅宜选较小值。
2）振动加速度（a）
振动加速度是频率和振幅两者的函数，即：
a≈0.01An（cm/s²）
当它由小增大时，混凝土拌合物结构粘度下降加剧，加速度继续增大，粘度下降渐趋缓，当速度增大到一定数值时，粘度趋于常数。振动加速度作为混凝土振实效果的综合参数，是根据混凝土拌合物工作度（流动性）来选择的。不同配合比混凝土的粘度不同，所选振动加速度也应有所不同。一般来讲，干硬性混凝土选用的加速度应大一些。
3）振动烈度（L）
振动烈度是与振动幅平方及频率立方的乘积成正比，即： L=A²n³
一般对干硬性混凝土而言，振动烈度L=200cm²/s³～600cm²/s3；特干硬性混凝土，振动烈度=600cm²/sm³～800cm²/sm³。
4）振动延续时间（t）
根据国外的实验数据，干硬性混凝土在不同振动频率下，振动延续时间的前2s～3s内，混凝土的振实效率****，而在10s～20s则作用非常小。
对于组分一定的干硬性混凝土拌合物，在一定振动频率和振幅情况下，或在一定振动加速度、振动烈度前提下，均有一个****的振动延续时间，即：混凝土拌合物充分振实所需的时间，此时物料内部已无气泡排出、不再深陷，若再延长振动时间则砌块坯体表面开始出现水泥浆。
成型机的一般振动延续时间很短，仅2s～3s，较长也≤10s。当然，采用台振机生产成型高度较大的制品时，除需要考虑加上压头振动外，振动延续时间相对较低高度制品要长。
3.4 养护制度的影响
混凝土砌块硬化过程是水泥化反应过程，
水泥水化反应的速度与下列三个因素有关：环境温度、温度和养护时间。
—温度较高时，水泥的水化、凝结和硬化
的速度较快，但养护初期的温度也不宜过高，以使混凝土内的水泥石粉布均匀；当环境温度低于0℃时，水泥的水化趋于停止，难以凝结硬化。
—水泥水化是水泥与水之间的化学反应，因此必须在水泥颗粒表面保持足够的水分，所以养护过程要保持环境相对湿度大于90%。
—在正常养护条件下，混凝土强度随养护龄期的增加而提高，初期增长较快，后期增长较慢，即使龄期延长到很久以后，强度仍有所增长。在实验室条件下，硅酸盐水泥的****养护温度为13℃。养护温度在4℃～23℃时间的混凝土强度较养护温度在32℃～49℃之间的高。
成型后砌块采用自然养护时，空气中湿度、温度变化对强度影响很大，砌块28d强度一般为标准养护的70%～95%，平均为85%。表4系砌块龄期强度的增长情况，实际上存放3个月的强度仍在增长。
表5系露天不同条件进行自然养护的砌块强度对比值，可取出结论：目前绝大多数采取推场自然养护的砌块生产企业，只要采取加盖草袋或塑料薄膜保持湿度的措施，砌块28d强度可有所提高；或也可以作为降低水泥用量、提高产品质量的建议措施之一。
4 砌块结构对抗压强度的影响
4.1 砌块空心率
通过大量试验，对不同材料组成的混凝土立方体（150mm立方体试件）强度与混凝土砌块强度之间的关系，按数理统计方法，得出经验公式：
RkR1=0.9577-1.129K
式中：Rk—混凝土空心砌块28d抗压强度；
R1—混凝土立方体试块28d抗压强度；
K—砌块的空心率
由此可见，砌块空心率的大小对砌块抗压强度有影响，空心率越大，砌块强度下降，但两者不是线性关系，空心率在一定范围内对强度影响不十分显著。当混凝土立方体抗压强度R1=29.4MPa～58.8MPa时，RkR1=
（上接第18页）同，抗压截面积大的大块成型块，其强度值较小，均方差也较小，小块型砌块强度值较大，均方差较大。
5）试验机加荷速度：严格意义上讲，试验方法对加荷速度有明确规定，不应成为影响试件强度的因素。实际上党试验压力机得加荷速度由1Moa/s增加到100MPa/s时，试件强度侧值增加可达10%加荷速度在10-4N/（mm²·s）～10-2N/（mm²·s）范围内变动时，强度侧值无显著差异，只有速度超过比值，强度测值才会增长。
