大流動(dòng)混凝土正交試驗(yàn)對(duì)其和易性影響因素研究與分析

郝向東 王新嚴(yán) 邵景干

摘 要：大流動(dòng)性混凝土定義為拌和物坍落度不低于160 mm的混凝土。在混凝土工程應(yīng)用中，大流動(dòng)混凝土拌和物的工作性容易發(fā)生泌水、離析等不良現(xiàn)象，造成這些不良現(xiàn)象的原因有很多：水泥成分，砂石料集配、粒徑、有害物質(zhì)，摻和料的摻量，單位用水量，外加劑與水泥在相容性以及溫濕度外界因素等。

關(guān)鍵詞：大流動(dòng)混凝土;泌水;坍落度;外加劑;摻和料

中圖分類號(hào)：TU528 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）10-0055-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.10.012

Research and Analysis on Influencing Factors of Workability of Large Flow Concrete by Orthogonal Test

HAO Xiangdong1? ? WANG Xinyan2? ? SHAO Jinggan1

（1.Henan Jiaoyuan Engineering Technology Group Co.，Ltd.， Research and Development Center of Green High Performance Material Application Technology Transportation Industry ，Zhengzhou 450046， China;

2. Henan Jianyuan Highway Ancillary Facilities Engineering Co.， Ltd.，Xinxiang? 453400 ，China）

Abstract：Large flow concrete is defined as the slump of the mixture is not less than 160 mm in concrete. Concrete engineering applications， the big flow the workability of concrete mixture are prone to bleeding， as well as the segregation phenomenon， there are a lot of the bad phenomena： the cement composition， the application of distribution， particle size and harmful substances， dosage of admixture， unit water consumption， additive compatibility with cement and external factors such as temperature and humidity.

Keywords： large flow concrete; bleeding water; slump; admixture; admixture

0 引言

大流動(dòng)性混凝土由于其高流動(dòng)性能、良好的工作性能等被普遍應(yīng)用于工程各個(gè)方面，然而其大流動(dòng)性能在較干硬性混凝土和塑性混凝土中容易發(fā)生泌水、離析等不良現(xiàn)象，造成混凝土的工作性差，后期力學(xué)性能、耐久性能和體積穩(wěn)定性得不到足夠的保證。本研究就大流動(dòng)性混凝土拌和物的和易性展開(kāi)了相關(guān)分析與研究，旨在分析在眾多影響因素中哪些因素為較敏感因素。

1 試驗(yàn)環(huán)境與材料

本試驗(yàn)為了降低人為因素和外界環(huán)境因素有可能造成的試驗(yàn)結(jié)果誤差，采取較為統(tǒng)一的試驗(yàn)步驟并保持相關(guān)因素的一致性。

①拌和時(shí)環(huán)境溫度為20 ℃±5 ℃，相對(duì)濕度大于50%。

②拌和前，將材料放置在溫度為20 ℃±5 ℃的室內(nèi)，放置時(shí)間超過(guò)24 h。

③為防止粗集料的離析，將集料分檔堆放，使用時(shí)再按一定比例混合。

④稱量的精確度：集料為±1%，水、水泥、摻和料和外加劑為±0.5%。

⑤粗集料、細(xì)集料均以干燥狀態(tài)為基準(zhǔn)。

⑥液體外加劑先與水均勻混合。

⑦攪拌機(jī)為強(qiáng)制式攪拌機(jī)，使用前先用少量砂漿涮膛，避免試驗(yàn)中混凝土中的水泥砂漿黏附筒壁上造成損失。

⑧攪拌機(jī)攪拌。按規(guī)定稱好原材料，往攪拌機(jī)內(nèi)順序加入粗集料、細(xì)集料、水泥、粉煤灰。啟動(dòng)攪拌機(jī)，將材料攪拌均勻，再拌和過(guò)程徐徐加水，全部加料時(shí)間不超過(guò)2 min。水全部加入后，繼續(xù)攪拌2 min，出鍋倒在鐵板上，再人工翻拌1～2 min，使拌和物均勻一致[1-2]。

⑨從拌和物制備完畢到試驗(yàn)和易性時(shí)間控制在5 min內(nèi)。

本試驗(yàn)原材料具體情況見(jiàn)表1。

2 試驗(yàn)影響因素選擇

在大流動(dòng)混凝土拌和物中更容易發(fā)生拌和物離析、泌水、抓地等不良現(xiàn)象，甚至這些不良現(xiàn)象經(jīng)常同時(shí)出現(xiàn)，拌和上表面會(huì)出現(xiàn)黃色漿體，粗骨料沉下，盛料很困難。分析不良現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，調(diào)整拌和物狀態(tài)，通常會(huì)考慮減少外加劑摻量，尤其高性能減水劑摻量在輕微調(diào)整時(shí)拌和物狀態(tài)會(huì)顯著改變。但在運(yùn)輸罐車內(nèi)很難分辨混凝土拌和物的狀態(tài)，在卸出泵車料斗或者小推車中，一停止攪拌，混凝土拌和物骨料下沉，漿體上浮[3-4]。將拌和物倒在地上時(shí)，往往石子會(huì)堆積，漿體則慢慢流淌到遠(yuǎn)處。發(fā)生扒底板結(jié)的混凝土拌和物容易漿石分離，容易堵塞泵管，即使勉強(qiáng)進(jìn)行澆筑，也會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)分層或嚴(yán)重跑漿，使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷，甚至造成返工。高性能減水劑的減水率一般在30%左右，甚至更高。高性能減水劑摻量1%左右，可以明顯降低混凝土用水量。外加劑摻量過(guò)大，容易造成混凝土材料間分散，會(huì)明顯降低混凝土黏聚性，使較多的自由水被釋放出來(lái)，大大增加了混凝土滯后泌水的可能性[5-6]。隨著施工工藝對(duì)混凝土拌和物的高要求，混凝土配合比中摻加各種功能在外加劑越來(lái)越普遍，外加劑作為一種特殊成分，與傳統(tǒng)材料，像水泥、砂子、石頭的相容性要求被提出。外加劑在工程使用前，需要做相關(guān)相容性試驗(yàn)，確保外加劑能夠與傳統(tǒng)材料良好結(jié)合，保證外加劑能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)有的功能和作用。在混凝土中使用高性能減水劑，應(yīng)先確認(rèn)減水劑的相關(guān)物理與化學(xué)指標(biāo)，如減水率、經(jīng)時(shí)坍落度損失、經(jīng)時(shí)含氣量損失、相容性試驗(yàn)。高性能減水劑受溫度影響其性能會(huì)有明顯區(qū)別，冬季氣溫低時(shí)，摻高性能減水劑的混凝土就容易發(fā)生滯后泌水、離析等不良現(xiàn)象，其原因是水泥水化和溫度的變化影響到了高性能減水劑的各項(xiàng)性能。因此，對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫濕度以及原材料提前放置實(shí)驗(yàn)室時(shí)進(jìn)行溫濕度調(diào)整是非常有必要的[7-8]。

摻有高性能減水劑的大流動(dòng)混凝土，高性能減水劑與水泥、摻和料、集料的匹配性問(wèn)題，尤其與水泥的匹配性問(wèn)題也是試驗(yàn)中需要注意的問(wèn)題，如果匹配性不好，單方面提高高性能摻量有可能造成拌和物嚴(yán)重的滯后泌水不良現(xiàn)象。此外，當(dāng)水泥中的可溶性堿偏低時(shí)，水泥水化速度變慢，也常常出現(xiàn)滯后泌水現(xiàn)象。混凝土趴底的主要原因一般都是因?yàn)橥饧觿┑膿搅窟^(guò)大造成的，進(jìn)而伴隨離析、泌水嚴(yán)重等現(xiàn)象，因此調(diào)整拌和物時(shí)須慎重考慮外加劑用量[9-10]。近年來(lái)，河砂的開(kāi)挖逐漸減少，取代河砂的是機(jī)制砂和細(xì)砂，然而機(jī)制砂不同于河砂，在拌和物配合比設(shè)計(jì)中不能夠參照河砂的相關(guān)規(guī)范經(jīng)驗(yàn)來(lái)試配，否則會(huì)造成混凝土流動(dòng)性不足，甚至出現(xiàn)離析、泌水現(xiàn)象，實(shí)際操作中機(jī)制砂取代河砂后一般要增大砂率?；炷涟韬臀锇韬蜁r(shí)流動(dòng)性、保水性都欠佳，一旦停止拌和就慢慢泌水，下沉的石子緊緊地與鐵板黏結(jié)在一起，很難用鐵鍬等工具鏟動(dòng)，這一現(xiàn)象稱為抓底、板結(jié)[11-12]。產(chǎn)生抓底、板結(jié)的主要原因是外加劑摻量敏感，外加劑用量提高0.1%或用水量提高3～8 kg/m3，就會(huì)出現(xiàn)泌水現(xiàn)象?；炷涟韬臀锷皾{過(guò)多，石子含量較少，造成混凝土發(fā)散，流動(dòng)性較差。大流動(dòng)混凝土拌和物在試拌過(guò)程中如果出現(xiàn)了泌水、離析、流動(dòng)性差等不良現(xiàn)象時(shí)，首先要通過(guò)調(diào)整砂石比例，讓集配達(dá)到合適在比例，其次考慮調(diào)整漿體含量，在水膠比不變的情況下，調(diào)整用水量來(lái)改變拌和物的流動(dòng)性，最后考慮調(diào)整外加劑用量[13]。

3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

影響大流動(dòng)混凝土拌和物和易性的因素有很多，如砂石比例、用水量、外加劑、摻合料。為了判定各因素對(duì)大流動(dòng)混凝土拌和物的敏感度，此次試驗(yàn)中各因素的波動(dòng)幅度統(tǒng)一在5%的水平上：其中用水量以200 kg/m3為基數(shù)、減水劑以1%為基數(shù)、砂率以40%為基數(shù)、粉煤灰摻量以膠凝材料總用量為360 kg/m3為基數(shù)（見(jiàn)表2）。

本次正交試驗(yàn)考慮四因素、四水平在正交試驗(yàn)L16（45）（見(jiàn)表3）。

4 正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與研究

4.1 正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)后拌和物和易性及直觀分析（表4）

4.2 影響混凝土拌和物和易性試驗(yàn)因素敏感度排序

本研究正交試驗(yàn)小組中A1，B4，D4，C4試驗(yàn)，混凝土拌和物發(fā)生了滯后泌水、離析不良現(xiàn)象，該現(xiàn)象出現(xiàn)的原因?yàn)樵摳咝阅軠p水劑摻量過(guò)大造成的，在處理數(shù)據(jù)中體現(xiàn)了混凝土拌和物的狀態(tài)對(duì)試驗(yàn)因素的敏感程度排序依次為外加劑摻量、單位用水量、砂率、粉煤灰摻量。

4.3 混凝土拌和物坍落度受試驗(yàn)因素影響分析

從正交試驗(yàn)直觀分析各因素各水平平均值并進(jìn)行了圖表分析：其中粉煤灰摻量對(duì)其拌和物坍落度影響見(jiàn)圖1、其中單位用水量對(duì)其拌和物坍落度影響見(jiàn)圖2、其中高性能減水劑摻量對(duì)其拌和物坍落度影響見(jiàn)圖3、其中砂率對(duì)其拌和物坍落度影響見(jiàn)圖4。

5 結(jié)論

①本試驗(yàn)中在高性能外加劑對(duì)大流動(dòng)混凝土的和易性影響最大，在一定范圍內(nèi)隨外加劑用量增加，混凝土流動(dòng)度增大，但外加劑用量較高時(shí)，混凝土拌和物易發(fā)生滯后泌水、離析等不良現(xiàn)象。

②單位用水量對(duì)大流動(dòng)混凝土的和易性影響較大，隨著用水量的適當(dāng)增加，混凝土拌和物的流動(dòng)度增加、黏聚性降低，但過(guò)多的用水量會(huì)造成混凝土拌和物泌水、離析等不良反應(yīng)。

③砂率對(duì)大流動(dòng)混凝土的和易性的影響較大。隨著砂率的適當(dāng)增加，混凝土拌和物的流動(dòng)度增加，還能改善混凝土拌和物的黏聚保水性，但砂率過(guò)大會(huì)降低混凝土拌和物的流動(dòng)度。

④粉煤灰摻量按照內(nèi)摻法對(duì)大流動(dòng)混凝土的和易性影響較小。隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土拌和物的黏聚性降低，拌和物的流動(dòng)性增加。

⑤大流動(dòng)混凝土拌和物在試拌過(guò)程中如果出現(xiàn)了泌水、離析、流動(dòng)性差等不良現(xiàn)象，首先通過(guò)調(diào)整砂石比例，讓集配達(dá)到合適的比例，其次考慮調(diào)整漿體含量，在水膠比不變的情況下，調(diào)整用水量的多少來(lái)改變拌和物的流動(dòng)性，最后考慮調(diào)整外加劑用量。

⑥高性能減水劑受溫度影響其性能會(huì)有明顯區(qū)別。冬季氣溫低時(shí)，摻高性能減水劑的混凝土就容易發(fā)生滯后泌水、離析等不良現(xiàn)象，其原因是水泥水化和溫度的變化影響到了高性能減水劑的各項(xiàng)性能。

⑦本次試驗(yàn)未進(jìn)行方差分析，可能存在試驗(yàn)間的誤差分析。

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