遼河特細(xì)砂混凝土正交試驗(yàn)研究

岳川　宓永寧　陳浩　王振國(guó)　畢建成

摘要：針對(duì)遼河中下游特細(xì)砂產(chǎn)量大、亟待開(kāi)發(fā)利用的現(xiàn)狀，展開(kāi)遼河特細(xì)砂及特細(xì)砂混凝土相關(guān)研究。以遼河特細(xì)砂配制混凝土為研究對(duì)象，通過(guò)正交試驗(yàn)探討遼河特細(xì)砂混凝土的配合比。正交試驗(yàn)結(jié)果表明：C25特細(xì)砂混凝土的最優(yōu)配合比為水灰比0.55、砂率25%、減水劑摻量0.8%。

關(guān)鍵詞：特細(xì)砂；正交試驗(yàn)；因素；水平；減水劑；極差分析；特細(xì)砂混凝土

中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2015）03-0053-04

目前，從儲(chǔ)量、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)等方面來(lái)看，我國(guó)的中、粗砂資源均已不能滿足日益增長(zhǎng)的發(fā)展需求，其中天然中、粗砂資源缺乏，特細(xì)砂資源較豐富。我國(guó)珠江、長(zhǎng)江、黃河、遼河等流域中下游，以及寧夏、陜西、新疆、內(nèi)蒙等地多為特細(xì)砂，儲(chǔ)量非常豐富，而中、粗砂資源相對(duì)短缺。在逐漸開(kāi)采的過(guò)程中，天然中、粗砂逐漸減少，而特細(xì)砂資源越來(lái)越豐富?，F(xiàn)以遼河特細(xì)砂為例，利用遼河中下游流域特細(xì)砂的資源優(yōu)勢(shì)，探討開(kāi)發(fā)利用特細(xì)砂資源的潛在價(jià)值，為打破制約遼河中下游流域建設(shè)工程的壁壘做出貢獻(xiàn)，由點(diǎn)及面促進(jìn)特細(xì)砂資源在全國(guó)范圍內(nèi)的推廣及應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

在固定單方用水量的情況下，通過(guò)正交試驗(yàn)研究水灰比、砂率、減水劑摻量對(duì)C25特細(xì)砂混凝土流動(dòng)性、7 d抗壓強(qiáng)度、28 d抗壓強(qiáng)度的影響程度，確定滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度及施工技術(shù)要求的混凝土配合比方案。

2.2 試驗(yàn)原材料

水泥為遼寧山水工源礦渣硅酸鹽水泥，P·S 32.5，其物理力學(xué)性能如表1所示。細(xì)骨料為遼河特細(xì)砂，其物理力學(xué)性能見(jiàn)表2。粗骨料為粒徑5～20 mm的碎石，堆積密度1 490 kg/m3，表觀密度2 680 kg/m3。減水劑由沈陽(yáng)盛鑫建材有限公司生產(chǎn)，為SY-1E引氣減水劑。

1.3 正交試驗(yàn)

影響混凝土抗壓強(qiáng)度的因素主要有水泥強(qiáng)度、水灰比、骨料表面性質(zhì)、養(yǎng)護(hù)條件、養(yǎng)護(hù)齡期、外加劑及摻合料等。重點(diǎn)選取砂率、水膠比、減水劑摻量3個(gè)因素作為特細(xì)砂混凝士強(qiáng)度的正交試驗(yàn)因素。固定單方用水量為184 kg/m3，水灰比w/c選取0.45，0.50，0.55三個(gè)水平。

根據(jù)《混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，用中砂配置混凝土?xí)r的砂率控制在30%～38%之間較合適。試驗(yàn)結(jié)果表明，在特細(xì)砂混凝土配制過(guò)程中，由于特細(xì)砂比表面積大，其砂率應(yīng)比《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中的規(guī)定低5%～8%，故砂率應(yīng)在21%～30%之間?；谇捌谘芯砍晒?，試驗(yàn)選用22%，25%，28%3個(gè)水平。

特細(xì)砂比的表面積大，為達(dá)到同一稠度，需要在較粗、中砂中加更多的水，相應(yīng)的水泥用量會(huì)增加，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部熱量較難排除。熱量聚集會(huì)使混凝土內(nèi)外溫差加大，引起溫度裂縫，而減少用水量又很難滿足工作性能要求。故在用水量不變的條件下，添加減水劑能解決上述問(wèn)題。減水劑的摻量選用0.8%，1.0%，1.2%共3個(gè)水平。

L9（33）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表3?？己酥笜?biāo)為工作性（坍落度）、7 d抗壓強(qiáng)度、28 d抗壓強(qiáng)度。

2 結(jié)果與分析

2.1 工作性

正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

特細(xì)砂顆粒非常細(xì)，比表面積較大，用其配制的混凝土拌合物中包裹在骨料上的水泥漿膜厚度較小，流動(dòng)性比普通砂混凝土差。從某種意義上講，特細(xì)砂混凝土的工作性能與力學(xué)性能同樣重要，因此，正交試驗(yàn)選擇混凝土的工作性作為考核指標(biāo)，分析水灰比、砂率、減水劑摻量對(duì)特細(xì)砂混凝土拌合物工作性的影響，以坍落度來(lái)衡量。以坍落度為考察指標(biāo)的極差分析如表5所示。各不同因素對(duì)坍落度影響趨勢(shì)如圖1所示。

由表5和圖1可以看出：對(duì)特細(xì)砂混凝土坍落度的影響順序依次為減水劑摻、水灰比、砂率；減水劑摻量是影響特細(xì)砂混凝土坍落度的主要因素，水灰比次之，砂率影響最小。

雖然砂率對(duì)特細(xì)砂混凝土拌合物坍落度的影響沒(méi)有減水劑摻量和水灰比顯著，但從極差計(jì)算結(jié)果中可知，減水劑摻量、水灰比、砂率對(duì)特細(xì)砂混凝土拌合物坍落度的影響較大。由此可以認(rèn)為，合理的減水劑摻量可以明顯改善特細(xì)砂混凝土的坍落度，從而改善特細(xì)砂混凝土的工作性，但是坍落度并不是衡量特細(xì)砂混凝土質(zhì)量?jī)?yōu)劣的最佳標(biāo)準(zhǔn)。一般來(lái)說(shuō)，新拌混凝土的坍落度能夠滿足施工要求即可。

2.2 強(qiáng)度

2.2.1 7 d抗壓強(qiáng)度 從表6極差計(jì)算結(jié)果和圖2可以看出：影響特細(xì)砂混凝土7 d抗壓強(qiáng)度的因素順序?yàn)樗冶?、減水劑摻量、砂率；水灰比是影響特細(xì)砂混凝土7 d抗壓強(qiáng)度的主要因素，其次是減水劑摻量，砂率最不明顯。

觀察數(shù)據(jù)可知：混凝土強(qiáng)度隨水灰比的減小而增大，減水劑摻量雖然沒(méi)有水灰比對(duì)混凝土7 d強(qiáng)度影響明顯，但其影響程度相差不大。減水劑作為表面活性劑，可定向吸附于水化的水泥顆粒表面，使其顯電性，增加水泥顆粒之間的排斥力，促使水泥漿體中絮狀結(jié)構(gòu)分散解體釋放出自由水，前期可以使更多的水泥顆粒水化，在同樣用水量的情況下改善特細(xì)砂混凝土的工作性，在相同工作性的情況下減少單位體積拌和需水量，提高特細(xì)砂混凝土早期的抗壓強(qiáng)度。砂率變化引起的特細(xì)砂混凝土7 d抗壓強(qiáng)度變化，在誤差范圍內(nèi)可以忽略不計(jì)。

2.2.2 28 d抗壓強(qiáng)度 由表7級(jí)差計(jì)算結(jié)果和圖3可知，對(duì)特細(xì)砂混凝土28 d抗壓強(qiáng)度影響次序依次為：水灰比、砂率、減水劑摻量，對(duì)混凝土28 d 抗壓強(qiáng)度的影響最大的是水灰比，其次為砂率，最后為減水劑摻量。特細(xì)砂混凝土強(qiáng)度隨水灰比增大而減小，在不改變水灰比的情況下，減水劑摻量對(duì)特細(xì)砂混凝土28 d抗壓強(qiáng)度的影響很小。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在試驗(yàn)選取的砂率范圍內(nèi)，混凝土強(qiáng)度隨著砂率的增大先增大并出現(xiàn)峰值，繼而呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。這主要是因?yàn)樯奥瘦^小時(shí)，砂漿量不足以完全包裹粗骨料的表面和填充骨料間的空隙，導(dǎo)致混凝土密實(shí)性差，進(jìn)而影響其抗壓強(qiáng)度，隨著砂率增加，密實(shí)性相應(yīng)增加，混凝土的強(qiáng)度近似與它的密實(shí)度成正比，故強(qiáng)度也隨之呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。而當(dāng)砂率增加到一定程度后，由于砂率過(guò)大，粗骨料的含量相對(duì)過(guò)少，骨料的空隙及總面積增大，在水灰比及水泥用量不變的情況下，混凝土拌和物則顯得干稠、流動(dòng)性差，骨料間的空隙率變大，從而導(dǎo)致密實(shí)性降低，引發(fā)了抗壓強(qiáng)度的下降。減水劑摻量對(duì)混凝土28 d 抗壓強(qiáng)度影響很小，減水劑沒(méi)有改變水灰比，對(duì)特細(xì)砂混凝土后期強(qiáng)度影響很小。

3 結(jié)論

由試驗(yàn)結(jié)果可知，用遼河特細(xì)砂配制的混凝土的抗壓強(qiáng)度和工作性都能滿足要求?？偟膩?lái)說(shuō)，使用特細(xì)砂配制混凝土應(yīng)遵循低流動(dòng)性、低砂率的原則，添加適量減水劑可以改善混凝土工作性，但其摻量不易太大，否則易造成泌水或者離析現(xiàn)象。適量的減水劑可以提高特細(xì)砂混凝土的前期強(qiáng)度，但在不改變水灰比和水泥用量的情況下，對(duì)后期強(qiáng)度幾乎沒(méi)有影響。

綜合考慮混凝土抗壓強(qiáng)度和工作性，C25特細(xì)砂混凝土的最優(yōu)配合比為：水灰比0.55，砂率25%，減水劑摻量0.8%。充分利用遼河特細(xì)砂，能夠有效緩解中、粗砂資源緊張問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，促進(jìn)特細(xì)砂資源化對(duì)遼河中下游地區(qū)的工程建設(shè)有重要意義。

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Abstract： The research is about superfine sand and superfine sand concrete according to the status of big yield of superfine sand in middle and downstream area in Liao River and demanding prompt exploitation. The article used the concrete made of superfine sand of Liao River as the research object， discussed the mixing proportion of superfine sand concrete of Liao River by orthogonal experiment. The result shows that the optimal mixing proportion of C25 superfine sand concrete is water cement ratio 0.55、sand ratio 25% and the content of water reducer 0.8%。

Key words： superfine sand； orthogonal experiment； factors； level； water reducer； range analysis； superfine sand concrete