C50泵送混凝土配合比優(yōu)化試驗(yàn)研究

引言近年來(lái)我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展迅速，混凝土用量急劇增加，導(dǎo)致天然砂資源面臨嚴(yán)重短缺。云貴川地區(qū)因地理因素，天然砂資源匱乏，采用機(jī)制砂作為泵送混凝土原材料是大勢(shì)所趨[1-3]。但機(jī)制砂表面粗糙，有尖銳棱角[4]，其中干粉制砂細(xì)粉含量高，用于C50泵送混凝土中，若配合比設(shè)計(jì)不合理，會(huì)導(dǎo)致混凝土需水量大、和易性差，進(jìn)而影響C50泵送混凝土的可泵性和強(qiáng)度[5-7]。正交試驗(yàn)法因具有試驗(yàn)次數(shù)少、代表性和規(guī)律性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于混凝土的研究中[8-11]。本文以貴州某地機(jī)制砂為細(xì)骨料，采用正交試驗(yàn)研究膠凝材料用量、水膠比、砂率等因素對(duì)C50泵送混凝土和易性和強(qiáng)度的影響。經(jīng)過(guò)配合比優(yōu)化，配制出泵送性能良好、強(qiáng)度符合要求的C50泵送混凝土，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1、試驗(yàn)部分

1.1原材料水泥：P·O42.5水泥，其物理性能指標(biāo)見(jiàn)表1。表1水泥物理性能指標(biāo)砂：機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)2.5，MB值0.5，堆積密度1713kg/m3。石：碎石，壓碎值7.0%，針片狀含量2.1%，有5~12mm連續(xù)級(jí)配小石和12~25mm連續(xù)級(jí)配中石兩種。外加劑：聚羧酸高性能減水劑，減水率20%以上。粉煤灰：六枝華潤(rùn)電廠生產(chǎn)，其化學(xué)成分和性能指標(biāo)見(jiàn)表2、表3。

表2粉煤灰化學(xué)成分wt/%表3粉煤灰性能指標(biāo)1.2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)在原C50泵送混凝土配合比基礎(chǔ)上，采用膠凝材料用量、粉煤灰摻量、水膠比、砂率、中石∶小石這五個(gè)因素進(jìn)行配合比正交優(yōu)化試驗(yàn)，外加劑摻量為2.0%，因素和水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表4。表4C50泵送混凝土正交試驗(yàn)因素和水平1.3性能測(cè)試方法坍落度及擴(kuò)展度：參照GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試。倒坍時(shí)間：先將坍落度筒倒置，將新拌混凝土分3層裝入坍落度筒中，每層插搗10次，然后迅速提起坍落度筒，同時(shí)用秒表計(jì)時(shí)，當(dāng)坍落度筒中混凝土全部流出時(shí)的時(shí)間即為混凝土倒坍時(shí)間t。混凝土抗壓強(qiáng)度：參照GB/T50081—2019《普通混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試。2、結(jié)果與分析

2.1正交試驗(yàn)根據(jù)市場(chǎng)對(duì)C50混凝土的泵送及強(qiáng)度要求，本試驗(yàn)選用混凝土坍落度、擴(kuò)展度及抗壓強(qiáng)度作為衡量C50混凝土性能的重要指標(biāo)，C50混凝土正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。通過(guò)極差及方差分析，判斷各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響及顯著性。表5正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及檢測(cè)結(jié)果2.1.1拌合物性能坍落度與擴(kuò)展度試驗(yàn)結(jié)果的極差分析見(jiàn)表6，方差分析見(jiàn)表7、表8。其中α1=α-150，β1=β-300，便于數(shù)據(jù)分析。由表6可知：（1）對(duì)于坍落度，因素A、B、C、D、E的極差分別為73mm、91mm、71mm、81mm和54mm。上述五個(gè)因素對(duì)混凝土坍落度的影響程度依次為B＞D＞A＞C＞E，其主次關(guān)系如圖1（a）所示。混凝土坍落度較大時(shí)，可泵性較好，其最佳組合為A4B5C2D3E3。（2）對(duì)于擴(kuò)展度，因素A、B、C、D、E的極差分別為107mm、234mm、98mm、165mm和106mm。上述五個(gè)因素對(duì)混凝土擴(kuò)展度的影響程度依次為B＞D＞A＞E＞C，其主次關(guān)系如圖1（b）所示?；炷翑U(kuò)展度較大，流動(dòng)性能較好，其最佳組合為A4B5C5D3E3。表6坍落度及擴(kuò)展度極差分析圖1拌合物性能正交試驗(yàn)主次影響因素曲線由表7可知，各因素對(duì)混凝土坍落度影響的顯著性依次為B＞D＞C＞A＞E。由于F4,8(0.05)＜FB＜F4,8(0.01)，故水膠比對(duì)坍落度的影響顯著；F4,8(0.20)＜FC、FD＜F4,8(0.10)，說(shuō)明砂率和粉煤灰用量對(duì)混凝土坍落度有一定的影響；FA、FE＜F4,8(0.20)，說(shuō)明膠凝材料用量及中石∶小石比例對(duì)混凝土坍落度影響不大。

表7坍落度方差分析由表8可知，各因素對(duì)混凝土擴(kuò)展度影響的顯著性依次為B＞D＞A＞E＞C。由于F4,8(0.05)＜FB＜F4,8(0.01)，故水膠比對(duì)擴(kuò)展度的影響顯著；F4,8(0.10)＜FD＜F4,8(0.05)，說(shuō)明砂率對(duì)混凝土擴(kuò)展度有影響；FA、FC、FE＜F4,8(0.20)，說(shuō)明膠凝材料用量、粉煤灰用量、中石與小石比例對(duì)混凝土擴(kuò)展度影響不大。

表8擴(kuò)展度方差分析2.1.2抗壓強(qiáng)度C50混凝土7d和28d抗壓強(qiáng)度極差分析見(jiàn)表9，方差分析見(jiàn)表10、表11。其中γ1=γ-50，η1=η-65，便于數(shù)據(jù)分析。由表9可知：（1）對(duì)于混凝土7d抗壓強(qiáng)度，因素A、B、C、D、E、F的極差分別為2.20MPa、5.00MPa、3.56MPa、3.06MPa、2.64MPa和3.72MPa。上述五個(gè)因素（除空白列）對(duì)混凝土7d抗壓強(qiáng)度的影響程度依次為B＞C＞D＞E＞A，其主次關(guān)系如圖2（a）所示。由于混凝土7d抗壓強(qiáng)度越高越好，故最佳組合為A4B1C2D4E1。（2）對(duì)于混凝土28d抗壓強(qiáng)度，因素A、B、C、D、E、F的極差分別為4.96MPa、5.52MPa、3.38MPa、2.24MPa、2.44MPa和3.10MPa。上述五個(gè)因素（除空白列）對(duì)混凝土28d抗壓強(qiáng)度的影響程度依次為B＞A＞C＞E＞D，其主次關(guān)系如圖2（b）所示。由于混凝土28d抗壓強(qiáng)度越高越好，故最佳組合為A5B1C4D5E2。表9抗壓強(qiáng)度極差分析圖2C50混凝土抗壓強(qiáng)度極差曲線由表10可知，各因素對(duì)混凝土7d抗壓強(qiáng)度影響的顯著性依次為B＞D＞C＞A＞E。由于F4,12(0.20)＜FB＜F4,12(0.10)，故水膠比對(duì)混凝土7d抗壓強(qiáng)度有一定的影響；FA、FC、FD、FE＜F4,12(0.20)，說(shuō)明膠凝材料用量、粉煤灰摻量、砂率及中石與小石比例對(duì)7d抗壓強(qiáng)度影響不大。表10混凝土7d抗壓強(qiáng)度方差分析由表11可知，各因素對(duì)混凝土28d抗壓強(qiáng)度影響的顯著性依次為A＞B＞C＞E＞D。以上五個(gè)因素中，對(duì)于混凝土28d抗壓強(qiáng)度而言，F(xiàn)4,12(0.05)＜FA、FB＜F4,12(0.01)，故膠凝材料用量、水膠比對(duì)28d抗壓強(qiáng)度的影響顯著；FC、FD、FE＜F4,12(0.20)，說(shuō)明粉煤灰用量、砂率、中石與小石比例對(duì)混凝土28d抗壓強(qiáng)度影響不大。表11混凝土28d抗壓強(qiáng)度方差分析2.2試驗(yàn)驗(yàn)證綜合考慮坍落度、擴(kuò)展度及抗壓強(qiáng)度的正交試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)實(shí)情況，既要滿足施工及強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，同時(shí)兼顧成本控制，篩選出配合比A3B5C4D3E3進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表12。由表12可知，混凝土拌合物的和易性較好，滿足泵送施工性能，且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)核算可節(jié)約混凝土生產(chǎn)成本。表12混凝土驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果結(jié)論

（1）就C50泵送混凝土的坍落度及擴(kuò)展度而言，水膠比對(duì)其影響顯著，砂率有一定影響，而粉煤灰摻量?jī)H對(duì)坍落度有影響。（2）對(duì)于C50混凝土抗壓強(qiáng)度，膠凝材料用量、水膠比對(duì)混凝土28d抗壓強(qiáng)度的影響顯著，且水膠比對(duì)7d抗壓強(qiáng)度有一定的影響，粉煤灰用量、砂率和中石與小石比例對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響