许元

（浙江广厦建设职业技术学院 浙江 东阳  322100）

摘要  通过正交试验法研究四个因素——用水量、水胶比、再生细骨料取代率、再生粗骨料取代率——对再生混凝土承重空心砌块抗压强度的影响规律，试验表明，用水量是影响再生混凝土砌块抗压强度的主要因素，在设计配合比时，要重视控制用水量。本试验条件下，再生混凝土承重砌块的最佳配合比是：用水量160㎏/m3，水胶比0.45、再生细骨料取代率30%，再生粗骨料取代率30%。

关键词 正交设计 再生混凝土承重砌块 再生骨料取代率 配合比

节约能源、保护环境、因地制宜、就地取材，推进墙体材料革新是当前我国在建筑行业中实现可持续发展的主要战略目标^[1]，混凝土砌块在全国范围内的迅速发展，为实现这个目标提供了较好的建筑材料。首先它的应用可以节约黏土资源，达到节能低碳、保护环境的目标；同时砌块用途广泛，施工便利，能提高工作效率。但是由于在混凝土砌块生产中大量使用天然砂石，而建设用天然砂石是不可再生资源，目前因开采量持续增加而日益匮乏。把建筑垃圾中的混凝土、砖瓦、砂石等废弃料加工成再生骨料，用于混凝土砌块中，能节省天然骨料的使用数量，最大限度的保护环境。本文通过正交试验法研究用水量、水胶比、再生细骨料取代率、再生粗骨料取代率对再生混凝土空心砌块抗压强度的影响，并对其配合比提出合理化建议。

1 试验材料

水泥：兰溪市立马建材有限公司生产，立马牌PC32.5复合硅酸盐水泥。

骨料：再生骨料取自某改造工程的废弃混凝土，经破碎筛分等生产工序而制成，天然砂石取自当地。骨料主要物理性能指标见表1。

水：当地饮用自来水。

表1                        骨料基本性能指标表

2 试验设计

本试验采用外型尺寸为190㎜×190㎜×190㎜的砌块，外壁厚30㎜，单孔，是用于190㎜单排孔砌块的配砖。以再生砌块抗压强度为研究对象，以用水量、水胶比、再生细骨料取代率、再生粗骨料取代率为试验因素，通过L₉（3⁴）正交试验分析法，研究上述试验因素对砌块抗压强度的影响规律，选择最佳配合比。

2.1配合比设计要点

砌块配料设计强度：由于混凝土抗压强度与混凝土砌块的抗压强度测定时，在试件的形状、尺寸、计算等试验方法上有较大区别，所以砌块用混凝土配料强度等级与混凝土设计强度等级并不相等，确定砌块配料的混凝土强度一般综合考虑砌块设计强度、成型工艺、养护条件、体型以及砌块空心率，其中混凝土砌块的设计强度（f_k）、混凝土标准立方体试件28d抗压强度（f_cu）与砌块空心率（K）之间的要满足关系式： ^[2]，同时考虑生产设备的差异，一般混凝土砌块的试配强度比设计强度再提高10%～15%。在查阅文献资料和规范要求的基础上，计算确定本试验条件下，砌块的配料试配强度为30 MPa。

根据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》^[2]中有关要求和计算步骤，计算水胶比（公式，，，αa=0.53,αb=0.20, =1,σ=5,fce,g=32.5 MPa , fcu,k=30 MPa , fcu,o=40MPa＞38.225 MPa，），确定用水量。根据文献资料，综合考虑试验条件，砂率确定为45%。

2.2 试验因素－水平选取

根据配合比设计要点，结合材料性能、试验条件，确定因素及水平情况见表2.

表2                     四因素三水平选取表

2.3 正交试验设计             

根据正交与均匀试验设计原则^[4]，本试验按表进行设计,见表3。

 表3                       正交试验设计表

2.4 试验材料用量及试验结果数据

本试验材料用量及28d抗压强度试验结果数据，见表4。

表4          试验材料用量及试验结果数据表               单位：㎏/m3

3  试验数据计算和分析

3.1 极差计算

根据极差计算公式^[5]，砌块抗压强度极差计算结果见表5。砌块抗压强度与各因素水平的关系曲线图，见图1。

表5                       极差计算结果表

图1         再生混凝土砌块抗压强度与各因素水平的关系曲线图

3.2方差分析

利用正交设计助手软件，根据方差计算规则^[5]，砌块抗压强度方差计算结果。见表6。

表6                        抗压强度方差计算表

3.3 结果分析

根据《墙体材料应用统一技术规范》（GB50574-2012）中用于承重墙的最低强度等级要求，普通混凝土小型空心砌块强度等级是MU7.5^[6]。从表4中的9次试验结果来看，R1、R6、R8、R9组试验28d抗压强度都能满足承重砌块的要求，其中，R8组试验抗压强度最高，是8.7MPa，相应水平组合是：用水量160㎏/m3，水胶比0.40，再生细骨料取代率30%，再生粗骨料取代率100/%，R8组是这次试验最优配合比，还不能断定为最佳配合比。

在极差分析计算中，极差值越大，对结果影响越大。从表5中可知，四个影响再生混凝土抗压强度试验因素，影响程度依次为：再生细骨料、用水量、再生粗骨料、水胶比。

在方差分析计算中，因素的F比的大小反映其对抗压强度影响程度的大小。从表6中可以得到与极差计算分析相同的结果。

同一因素中均值最大的水平，是配合比应选最佳水平。从表5极差数据计算结果得出：用水量（Ⅲ）、水胶比（Ⅲ）、再生细骨料取代率（Ⅰ）、再生粗骨料取代率（Ⅰ）为砌块用混凝土配合比的最佳组合，即用水量160㎏/m3，水胶比0.45、再生细骨料取代率30%，再生粗骨料取代率30%。

从图1可以得到：

① 随用水量的增加，砌块抗压强度呈增加趋势，150㎏/m3是一个转折，以上增速比下快。同时需要考虑用水量增大，水泥用量也随之增加，生产成本就要增高。由于再生砌块所用混凝土必须是干硬性混凝土，加上再生骨料吸水率明显高于天然骨料，以致用水量对再生混凝土砌块影响较大。用水量大，砌块易成形，需要注意成形后易变形问题；用水量小，砌块除了成形困难，还需要注意养护，在养护过程中骨料需要继续吸收水分，养护不当，会致使水泥水化不充分，砌块强度达不到要求。

② 图中可以看出，水胶比对强度影响不大。

③ 随再生细骨料取代率的增加，砌块的抗压强度下降，取代率在30%到60%之间时，抗压强度值下降较快，当再生细骨料取代率为100%时，图中所有曲线其值为最低，这也说明了再生细骨料取代率对砌块的抗压强度影响较大。再生细骨料在生产过程中不可避免地混入了泥料和细微粉，这些物质都会阻碍水泥与骨料胶结，使砌块的强度降低^[7]。

④ 随再生粗骨料取代率的增加，抗压强度呈现为下降趋势，下降的速度明显比再生细骨料的取代率小，说明再生粗骨料的取代率比再生细骨料的取代率影响小。再生粗骨料在取代率30到60%区间的强度下降速度比取代率在60%到100%区间强度下降速度快。

4 结语

本试验说明 ，用水量是影响再生混凝土砌块抗压强度的主要因素，所以在设计配合比时，要重视控制用水量。再生混凝土承重砌块的最佳配合比是：用水量取160㎏/m3，水胶比取0.45、再生细骨料取代率取30%，再生粗骨料取代率取30%。

参考文献：

[1] 国办发〔2013〕1号文件，绿色建筑行动方案。

[2] 李庆繁.从一小砌块混凝土强度经验公式谈起【J】.砖瓦，2012，（10）：40－46

[3] 普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2011）【S】中华人民共和国住房和城乡建设部发布

[4] 方开泰，马长兴.正交与均匀试验设计【M】.北京：科学出版社，2001.

[5] 吴梅村.数理统计学基本原理和方法【M】成都：西南财经大学出版社，2006：207

[6] 《墙体材料应用统一技术规范》（GB50574-2012）【S】中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局联合发布

[7] 白国良，张锋剑等.再生混凝土砌块抗压强度和配合比试验研究【J】.建筑结构，2010，（12）：128-134