张国华

（江苏省建工建材质量检测中心有限公司，江苏 南京 210009）

0 引言

砌体结构是建筑工程中最常用的结构形式，其中砖石砌体约占95%以上。粘土砖是我国传统的墙体材料，由于其严重浪费土地资源、能源资源以及烧制时排放出大量有害气体对环境造成严重危害，随着我国环境保护力度的加大和可持续发展战略的实施，许多地区已逐步淘汰烧结粘土砖，有些城市已经强制禁用烧结粘土砖，这为新型墙体材料的推广应用提供了良好的发展机遇。混凝土砖作为近年来才发展起来的一种新型墙体材料，因其节土、利废、低污染、利于施工等优点，已逐步得到社会的认可和广大消费者的接受。

力学性能是混凝土砖质量的重要性能指标之一，受混凝土材料的组成、微观结构、成型工艺、养护方式等因素影响。

本文通过统计分析江苏省承重和非承重混凝土砖抗压强度检测数据，获得混凝土砖力学性能波动基本规律。

1 统计分析方法

对141组混凝土砖抗压强度测试数据进行统计分析。统计样本明细如表1所示。

表1 统计样本数量明细

参照GB/T 50107-2010《混凝土强度检验评定标准》，以第i组抗压强度平均值fcu,i与相应的标准值fcu,k之比Rcu,i及141组平均比值mRcu按式（1）计算强度比标准差SRcu。按式（2）和式（3）对平均抗压强度mfcu、抗压强度单块最小值fcu,min进行评判。由于样本数远大于 10，故 λ1、λ2 分别取值 0.95、0.85。

通过式（4）计算概率度系数。

2 结果分析与讨论

2.1 混凝土砖力学性能总体质量水平

混凝土砖单块最小强度与平均强度之比统计结果和强度单块最小值与相应标准值比统计结果如图1，2所示。对照产品标准要求，非承重砖68个样本，平均值、单块最小值全部合格；承重砖73个样本，平均值全部合格，单块最小值不合格9组。总体合格品率93.6%，非承重100%，承重87.7%。由图2可知，混凝土砖强度单块最小值测定值大部分超过标准值20%以上，最高比值大于170%。根据国家标准要求，混凝土砖强度单块最小值应不小于平均值的80%，而相当数量的企业，由于技术手段的缺失，使强度单块最小值达到国标平均值指标的136%以上，导致全行业质量波动偏大。

图1 强度单块最小值与平均值之比统计结果

图2 强度单块最小值与相应标准值比统计结果

2.2 混凝土砖产业质量管理水平

表2汇总了按照GB/T 50107-2010《混凝土强度检验评定标准》对混凝土砖抗压强度进行统计分析的结果。141个统计样本的抗压强度与标准值之比的平均值为1.178；强度单块最小值与标准值之比的平均值为1.019；强度单块最小值与平均值之比的统计平均值为0.864。统计结果表明，混凝土砖抗压强度平均值处于控制范围内，单块最小值整体质量风险较大，处于控制边缘。

表2 抗压强度统计分析汇总

经计算，141个样本的平均强度比标准差为0.16，mfcu/(fcu,k+λ1﹒Sfcu)等于 1.057；抗压强度平均值的概率度系数为1.48，对应的强度保证率为93%。

综上可见，混凝土砖力学性能质量水平尚有较大的提升空间。

2.3 提升混凝土砖力学性能的技术途径

混凝土力学性能提升必须基于混凝土材料科学基础，重点加强以下几方面关键应用技术的研究。

（1）掺用减水剂，提高混凝土匀质性，实现均匀分散，缩短抗压强度单块最小值与平均值的差距，减少因强度波动带来的成本增加。

减水剂已成为现代混凝土必不可少的第五组分，而在混凝土砖生产中，减水剂应用技术并未得到普及。近年来，聚羧酸减水剂因具有可设计性，在国内外得到了广泛应用，这是一类由亲油性的以带有羧酸根阴离子基团为主链、以亲水性好的HPEG长侧链组成的梳形分子，在水泥上为齿型吸附且空间位阻大，因此，与通常的萘系、脂肪族高效减水剂相比，聚羧酸减水剂呈现出掺量低、增强效果好、工作性保持性好等特性。掺用减水剂时，根据原材料情况选择适宜的聚羧酸减水剂，如早强型、抗泥型和复合型。

（2）控制水胶比，优化胶凝材料组成，减少因水胶比过大产生连通孔隙，在提高混凝土砖力学性能的同时，提高产品的抗碳化性能和抗冻融耐久性。

按性能设计是混凝土可持续发展的基础和保证。最大限度地提高混凝土的绿色度或混凝土性价比，满足混凝土工作性、强度和耐久性的要求。水泥混凝土本质上是一种具有典型的分形材料，其微观结构具有统计自相似性。混凝土既可看成是由砂浆、骨料和界面区组成，也可以看成是由水泥石、气孔、骨料和界面区组成。而界面区厚度与水膜层厚度、浆体厚度有密切关系。水胶比大，混凝土微观分形维数低，性能下降。反之，合理的水胶比，既能满足生产操作，又保证孔隙连通率低，使混凝土具有优良的物理、力学性能和耐久性。

混凝土砖所用混凝土通常含有较大量的矿物外掺料，多数生产企业根据经验或文献数据并辅以少量验证试验确定外掺料用量，极少通过系统的试验研究、理论计算优化胶凝材料组成。如图3所示，相同外掺料用量时，外掺料组成变化对混凝土强度影响甚大。例如，外掺料为40%，外掺料中粉煤灰占比65%的混凝土强度约40 MPa，而粉煤灰占比35%时混凝土强度为30 MPa。因此优化胶凝材料组成十分重要。

图3 粉煤灰和外掺料对混凝土28 d强度的影响

（3）加强湿、热养护，结合内引水养护，提高混凝土砖内部相对湿度，促进水泥水化、硬化及火山灰反应，保障产品质量。

近年来，新能源在混凝土砖热养护中得到了广泛应用。通过50～60℃热水喷雾养护，可显著加快混凝土砖抗压强度形成。水胶比为0.42的混凝土砖，在60℃养护时间24 h后，继续浇水自然养护7 d，其度时积为6 720℃·h，混凝土抗压强度计算值达到标养28 d强度的86%；而掺自养护剂内引水养护及人工养护混凝土强度为标养28 d强度的103%。因此，采用自养护是提高混凝土砖平均抗压强度的有效技术途径，应大力推广。

3 结论

（1）141个统计样本的抗压强度平均值、单块最小值与强度等级标准值的比值分别为1.178、1.019，总体质量水平良好，但承重混凝土砖的抗压强度单块最小值波动较大，73个统计样本中出现9个不合格品。因此，保证承重混凝土砖质量是混凝土砖产业可持续发展的根本所在。

（2）141个统计样本抗压强度平均值的概率度系数为1.48，强度保证率仅为93%，可见提高混凝土砖产业质量管理水平刻不容缓。

（3）应大力提倡以水泥混凝土科学为基础，通过提高混凝土匀质性、控制水胶比，加强湿、热养护，减少混凝土砖质量波动。