C80自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)探討

1.

前言自密實(shí)混凝土(SelfCompactingConcrete，簡(jiǎn)稱(chēng)SCC)是指在自身重力作用下，能夠流動(dòng)、密實(shí)，即使存在致密鋼筋也能完全填充模板，同時(shí)獲得很好均質(zhì)性，并且不需要附加振動(dòng)的混凝土。早在20世紀(jì)70年代早期，歐洲就已經(jīng)開(kāi)始使用輕微振動(dòng)的混凝土，但是直到20世紀(jì)80年代后期，自密實(shí)混凝土才在日本發(fā)展起來(lái)。國(guó)內(nèi)對(duì)自密實(shí)混凝土的研究與應(yīng)用開(kāi)始于90年代初期。1987年提出了流態(tài)混凝土概念，奠定了這一研究的基礎(chǔ)。1993年北京某集團(tuán)構(gòu)件廠(chǎng)在研制出C60~C80大流動(dòng)性高強(qiáng)度混凝土的基礎(chǔ)上開(kāi)始著手免振搗自密實(shí)高性能混凝土的研制，于1996年獲得了免振搗自密實(shí)混凝土的國(guó)家專(zhuān)利。對(duì)于高強(qiáng)C80混凝土，除在施工工藝方面進(jìn)行精心組織外，還必須從混凝土配合比入手研究混凝土的工作特性，本試驗(yàn)通過(guò)正交分析法找到了配制C80混凝土的最優(yōu)配合比。隨著社會(huì)的發(fā)展，資源的多元化利用，人口的日益增多，有限的人類(lèi)可利用資源變得更加珍貴，為了滿(mǎn)足人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展，高性能混凝土越來(lái)越成為建筑業(yè)未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

2.

試驗(yàn)工作2.1試驗(yàn)原材料2.1.1

水泥試驗(yàn)選用兩種強(qiáng)度等級(jí)的水泥，其化學(xué)成分如表1.1所示。表1.1

水泥的化學(xué)成分/%化學(xué)成分SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOSO3ILP·O42.5RP·O52.5R22.2721.215.153.278.266.7053.2158.811.802.172.432.064.103.822.1.2

骨料骨料采用重慶某攪拌站提供的硅質(zhì)骨料，分為粗細(xì)骨料兩種，其性質(zhì)如表1.2和1.3所示。（1）粗骨料表1.2

粗骨料性質(zhì)種類(lèi)粒徑范圍（mm）壓碎指標(biāo)（%）針片狀含量（%）表觀密度（kg/m3）破碎卵石5~103.912710破碎卵石10~203.922690（2）細(xì)骨料表1.3

細(xì)骨料性質(zhì)種類(lèi)細(xì)度模數(shù)含泥量（%）有機(jī)物含量岳陽(yáng)中砂2.71.1合格2.1.3

礦物摻合料為了尋找最佳的配比效果，在本次試驗(yàn)中，摻合料的種類(lèi)將按照不同比例進(jìn)行復(fù)合，測(cè)試其效果。各種摻合料的性能參數(shù)如下所示：表1.4

粉煤灰性能參數(shù)粉煤灰等級(jí)燒失量（%）細(xì)度（%）需水量（%）I級(jí)1.96.087表1.5

礦渣粉性能參數(shù)名稱(chēng)密度（g/cm3）比表面積（m2/kg）活性指數(shù)流動(dòng)度比（%）7d28d睿亮S952.94137596103表1.6

硅灰性能參數(shù)名稱(chēng)SiO2含量（%）燒失量（%）比表面積（m2/kg）需水量比（%）錦藝硅灰923.2160001012.1.4

減水劑配制高強(qiáng)混凝土?xí)r高效減水劑是必不可少的原材料，在減水作用基本相同的情況下，為了測(cè)定不同減水劑達(dá)到的效果，試驗(yàn)選用柯帥、蘇博特和科之杰三種不同的高效減水劑。2.2試驗(yàn)方案為了找出可行性方案和理論最優(yōu)方案，以及影響混凝土性能的主要因素，在試驗(yàn)時(shí)間有限的情況下，正交試驗(yàn)?zāi)軌蚝侠碛行У膶?shí)現(xiàn)這一目的。在試驗(yàn)前期，先進(jìn)行數(shù)次基準(zhǔn)試驗(yàn)，選擇工作性較優(yōu)的數(shù)值或數(shù)值組合，作為正交試驗(yàn)的依據(jù)。本試驗(yàn)中正交試驗(yàn)的變量因素水平為水泥強(qiáng)度（A1：P?O42.5R、A2：P?O52.5R、A3：P?O52.5R），水膠比（B1：0.2、B2：0.22、B3：0.24），外加劑（C1：柯帥、C2：蘇博特、C3：科之杰），礦物摻合料（D1：礦渣粉渣、D2：硅灰、D3：礦渣粉+硅灰），其余因素保持不變。為了使正交試驗(yàn)表簡(jiǎn)潔，可以添加一個(gè)水泥強(qiáng)度等級(jí)水平，最后只需在處理數(shù)據(jù)的方式上稍做變化，便可達(dá)到等效的結(jié)論。采用等水平正交設(shè)計(jì)表L9（34），需進(jìn)行9次試驗(yàn)，如表1.7所示。制作試件時(shí)砂率均為38%，粉煤灰為97kg/m3，中砂665kg/m3。表2.1

試驗(yàn)配合比正交表L9（34）組號(hào)正交組合水泥強(qiáng)度水膠比外加劑品種摻合料硅灰礦渣粉1A1B1C1D1P·O42.5R0.20柯帥---802A1B2C2D2P·O42.5R0.22蘇博特60---3A1B3C3D3P·O42.5R0.24科之杰45424A2B1C2D3P·O52.5R0.20蘇博特45425A2B2C3D1P·O52.5R0.22科之杰---806A2B3C1D2P·O52.5R0.24柯帥60---7A3B1C3D2P·O52.5R0.20科之杰60---8A3B2C1D3P·O52.5R0.22柯帥45429A3B3C2D1P·O52.5R0.24蘇博特---80

3.

試驗(yàn)結(jié)果及分析按照上述配合比進(jìn)行拌和，測(cè)試各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如下表所示。表3.1

試驗(yàn)所測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)組號(hào)正交組合抗壓強(qiáng)度（MPa）坍落度（mm）擴(kuò)展度（mm）倒坍t（s）7d28d1A1B1C1D161.579.6260800*8208.52A1B2C2D279.197.6230620*63013.03A1B3C3D376.089.0240700*67011.04A2B1C2D386.899.3230660*65023.05A2B2C3D165.080.9250670*68019.06A2B3C1D264.183.3230660*6404.07A3B1C3D277.098.9190350*33023.08A3B2C1D365.592.3240700*6709.09A3B3C2D174.290.7240720*7509.0本次試驗(yàn)中，自密實(shí)混凝土的主要性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為擴(kuò)展度、28d抗壓強(qiáng)度和倒坍時(shí)間。這是一個(gè)多指標(biāo)正交試驗(yàn)，我們通過(guò)極差分析來(lái)判斷主次影響因素，以及采用多指標(biāo)功效系數(shù)法分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定理論最優(yōu)方案。3.1

極差分析極差分析是正交試驗(yàn)的基本分析方法，可以確定各因素對(duì)結(jié)果影響的主次順序以及各因素的可能最優(yōu)水平，以此為參考，設(shè)計(jì)出可能的最優(yōu)試驗(yàn)方案。如果某一因素極差最大，說(shuō)明該因素起到關(guān)鍵作用。3.1.1

擴(kuò)展度極差分析根據(jù)表3.1試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算出平均值k和極差△R：表3.2擴(kuò)展度極差分析數(shù)據(jù)A水泥強(qiáng)度等級(jí)B水膠比C外加劑種類(lèi)D摻合料組合K1706.7601.7715.0740.0K2623.3661.7671.7538.3K3623.3690.0566.7675.0△R83.488.3148.3201.7由數(shù)據(jù)分析得出在擴(kuò)展度方面摻合料組合影響最大，單使用礦渣粉擴(kuò)展度最好；外加劑種類(lèi)影響較大，使用柯帥減水劑效果較好；水膠比影響其次，水膠比為0.24時(shí)較好；水泥強(qiáng)度等級(jí)影響最小，P?O42.5水泥略高。3.1.2倒坍時(shí)間極差分析表3.3

倒坍時(shí)間極差分析數(shù)據(jù)A水泥強(qiáng)度等級(jí)B水膠比C外加劑種類(lèi)D摻合料組合K110.818.27.212.2K214.513.715.05.7K314.58.017.714.3△R3.710.210.58.6由數(shù)據(jù)分析可得出在倒坍時(shí)間方面外加劑種類(lèi)影響最大，使用柯帥減水劑其倒坍時(shí)間最短；水膠比影響較大，水膠比為0.24時(shí)效果較好；摻合料組合影響其次，只使用硅灰為宜；水泥強(qiáng)度等級(jí)影響不明顯；3.1.328d抗壓強(qiáng)度（非振搗）極差分析表3.4

抗壓強(qiáng)度極差分析數(shù)據(jù)A水泥強(qiáng)度等級(jí)B水膠比C外加劑種類(lèi)D摻合料組合K188.792.685.183.7K290.990.395.993.3K390.987.789.693.5△R2.24.910.89.8由數(shù)據(jù)分析可得出在混凝土28d抗壓強(qiáng)度方面外加劑種類(lèi)對(duì)強(qiáng)度值影響最大，使用科之杰減水劑強(qiáng)度較高；摻合料組合對(duì)強(qiáng)度影響較大，硅灰與礦渣粉共同摻加效果較好；水泥強(qiáng)度等級(jí)和水膠比對(duì)強(qiáng)度影響較小，宜使用P?O52.5R水泥和較小的水膠比。3.2

功效系數(shù)法分析本試驗(yàn)屬于多指標(biāo)試驗(yàn)，極差分析法僅僅分別針對(duì)某一指標(biāo)影響因素的重要程度進(jìn)行判斷，所以為了反映出各因素對(duì)多指標(biāo)的綜合效果并選出理論最優(yōu)組合，必須采用功效系數(shù)法進(jìn)行進(jìn)一步分析。功效系數(shù)是指選定某一指標(biāo)的最優(yōu)測(cè)試值作為基準(zhǔn)，計(jì)算其他測(cè)試值與基準(zhǔn)值的比值為功效系數(shù)。總功效系數(shù)是三個(gè)指標(biāo)功效系數(shù)的平均值。總功效系數(shù)指標(biāo)反映了坍落擴(kuò)展度、倒坍時(shí)間以及28d抗壓強(qiáng)度三個(gè)指標(biāo)的要求，將多個(gè)指標(biāo)化為一個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析。根據(jù)表3.1試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，將三個(gè)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)換為功效系數(shù)如下：表3.5

各因素指標(biāo)功效系數(shù)組號(hào)正交組合坍落擴(kuò)展度功效系數(shù)倒坍時(shí)間倒數(shù)功效系數(shù)28d強(qiáng)度功效系數(shù)總功效系數(shù)1A1B1C1D11.000.470.800.762A1B2C2D20.770.310.980.693A1B3C3D30.850.360.900.704A2B1C2D30.810.171.000.665A2B2C3D10.830.210.810.626A2B3C1D20.801.000.840.887A3B1C3D20.420.170.990.538A3B2C1D30.850.440.930.749A3B3C2D10.910.440.910.75由上表可計(jì)算出總功效系數(shù)平均值K和極差△R，如下所示：表3.6

功效系數(shù)極差分析A水泥強(qiáng)度等級(jí)B水膠比C外加劑種類(lèi)D摻合料組合K10.720.560.790.71K20.700.680.70.70K30.780.620.70△R0.020.220.170.01由數(shù)據(jù)分析可知：從△R可看出各項(xiàng)因子影響指標(biāo)的主次順序：水膠比＞外加劑種類(lèi)＞水泥強(qiáng)度等級(jí)＞摻合料組合；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析可看出理論最優(yōu)方案為A1B3C1D1。4.

結(jié)論1)

使用P