C50泵送混凝土配合比優(yōu)化試驗研究

引言近年來我國建筑行業(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重短缺。云貴川地區(qū)因地理因素，天然砂資源匱乏，采用機制砂作為泵送混凝土原材料是大勢所趨[1-3]。但機制砂表面粗糙，有尖銳棱角[4]，其中干粉制砂細粉含量高，用于C50泵送混凝土中，若配合比設(shè)計不合理，會導(dǎo)致混凝土需水量大、和易性差，進而影響C50泵送混凝土的可泵性和強度[5-7]。正交試驗法因具有試驗次數(shù)少、代表性和規(guī)律性強等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于混凝土的研究中[8-11]。本文以貴州某地機制砂為細骨料，采用正交試驗研究膠凝材料用量、水膠比、砂率等因素對C50泵送混凝土和易性和強度的影響。經(jīng)過配合比優(yōu)化，配制出泵送性能良好、強度符合要求的C50泵送混凝土，具有較高的應(yīng)用價值。

1、試驗部分

1.1原材料水泥：P·O42.5水泥，其物理性能指標(biāo)見表1。表1水泥物理性能指標(biāo)砂：機制砂，細度模數(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)級配小石和12~25mm連續(xù)級配中石兩種。外加劑：聚羧酸高性能減水劑，減水率20%以上。粉煤灰：六枝華潤電廠生產(chǎn)，其化學(xué)成分和性能指標(biāo)見表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正交試驗設(shè)計在原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∶小石這五個因素進行配合比正交優(yōu)化試驗，外加劑摻量為2.0%，因素和水平設(shè)計見表4。表4C50泵送混凝土正交試驗因素和水平1.3性能測試方法坍落度及擴展度：參照GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進行測試。倒坍時間：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，同時用秒表計時，當(dāng)坍落度筒中混凝土全部流出時的時間即為混凝土倒坍時間t?；炷量箟簭姸龋簠⒄誈B/T50081—2019《普通混凝土物理力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進行測試。2、結(jié)果與分析

2.1正交試驗根據(jù)市場對C50混凝土的泵送及強度要求，本試驗選用混凝土坍落度、擴展度及抗壓強度作為衡量C50混凝土性能的重要指標(biāo)，C50混凝土正交試驗設(shè)計及性能測試結(jié)果見表5。通過極差及方差分析，判斷各因素對試驗指標(biāo)的影響及顯著性。表5正交試驗設(shè)計及檢測結(jié)果2.1.1拌合物性能坍落度與擴展度試驗結(jié)果的極差分析見表6，方差分析見表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。上述五個因素對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?；炷撂涠容^大時，可泵性較好，其最佳組合為A4B5C2D3E3。（2）對于擴展度，因素A、B、C、D、E的極差分別為107mm、234mm、98mm、165mm和106mm。上述五個因素對混凝土擴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。混凝土擴展度較大，流動性能較好，其最佳組合為A4B5C5D3E3。表6坍落度及擴展度極差分析圖1拌合物性能正交試驗主次影響因素曲線由表7可知，各因素對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)，故水膠比對坍落度的影響顯著；F4,8(0.20)＜FC、FD＜F4,8(0.10)，說明砂率和粉煤灰用量對混凝土坍落度有一定的影響；FA、FE＜F4,8(0.20)，說明膠凝材料用量及中石∶小石比例對混凝土坍落度影響不大。

表7坍落度方差分析由表8可知，各因素對混凝土擴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)，故水膠比對擴展度的影響顯著；F4,8(0.10)＜FD＜F4,8(0.05)，說明砂率對混凝土擴展度有影響；FA、FC、FE＜F4,8(0.20)，說明膠凝材料用量、粉煤灰用量、中石與小石比例對混凝土擴展度影響不大。

表8擴展度方差分析2.1.2抗壓強度C50混凝土7d和28d抗壓強度極差分析見表9，方差分析見表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）對于混凝土7d抗壓強度，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。上述五個因素（除空白列）對混凝土7d抗壓強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抗壓強度越高越好，故最佳組合為A4B1C2D4E1。（2）對于混凝土28d抗壓強度，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。上述五個因素（除空白列）對混凝土28d抗壓強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抗壓強度越高越好，故最佳組合為A5B1C4D5E2。表9抗壓強度極差分析圖2C50混凝土抗壓強度極差曲線由表10可知，各因素對混凝土7d抗壓強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)，故水膠比對混凝土7d抗壓強度有一定的影響；FA、FC、FD、FE＜F4,12(0.20)，說明膠凝材料用量、粉煤灰摻量、砂率及中石與小石比例對7d抗壓強度影響不大。表10混凝土7d抗壓強度方差分析由表11可知，各因素對混凝土28d抗壓強度影響的顯著性依次為A＞B＞C＞E＞D。以上五個因素中，對于混凝土28d抗壓強度而言，F(xiàn)4,12(0.05)＜FA、FB＜F4,12(0.01)，故膠凝材料用量、水膠比對28d抗壓強度的影響顯著；FC、FD、FE＜F4,12(0.20)，說明粉煤灰用量、砂率、中石與小石比例對混凝土28d抗壓強度影響不大。表11混凝土28d抗壓強度方差分析2.2試驗驗證綜合考慮坍落度、擴展度及抗壓強度的正交試驗結(jié)果和現(xiàn)實情況，既要滿足施工及強度設(shè)計要求，同時兼顧成本控制，篩選出配合比A3B5C4D3E3進行驗證試驗，試驗結(jié)果見表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，且強度達到設(shè)計要求，經(jīng)過核算可節(jié)約混凝土生產(chǎn)成本。表12混凝土驗證試驗結(jié)果結(jié)論

（1）就C50泵送混凝土的坍落度及擴展度而言，水膠比對其影響顯著，砂率有一定影響，而粉煤灰摻量僅對坍落度有影響。（2）對于C50混凝土抗壓強度，膠凝材料用量、水膠比對混凝土28d抗壓強度的影響顯著，且水膠比對7d抗壓強度有一定的影響，粉煤灰用量、砂率和中石與小石比例對混凝土抗壓強度影響