低强度自密实混凝土优化配合比试验研究.pdf

2 0 1 3年 第 5 期 (总 第 2 8 3 期 ) Nu mbe r 5 i n 2 0】 3 ( To t a 1 No 2 8 3) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M I XED CONCRETE 低强度 自密实混凝土优化配合比试验研究 张晓平 ，赵学明 ，张浦阳 ( 1 中冶天工集团有限公司 ，山西 太原 0 3 0 0 0 3 ；2 天津大学 ，天津 3 0 0 3 1 9 ) 摘要： 采用通用原材料和正交试验的方法对低强度 自密实混凝土的配合 比进行了优化试验研究 ， 正交试验结果应用极差方法 进行 了分析， 利用高效减水剂、 增稠剂和缓凝剂复合 ， 采用正交试验法 ， 配制出了能满足施工和强度要求的低强度 自密实混凝土。 关键词 ： 混凝土 ；水胶 比；低强度；自密实；正交 中图分类号： T U 5 2 8 0 6 2 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 1 2 4 0 3 Re s ear c h on l o w s t r engt h s el f -c om pac t i ng c on cr e t e m i x des i gn opt i m i z a t i on t es t ZHANGXi a o - I i n g ， ZHAOXu e rui n g ， Z HANG Pu - y a n g ( 1 C h i n a Me t a l l u r g i c a l T i a n g o n g G r o u pC o ， L t d ， T a i y u a n 0 3 0 0 0 3 ， C h i n a ； 2 T i a n j i nU n i v e r s i t y ， T i a n j i n 3 0 0 3 1 9 ， C h i n a ) Abs t r act： Ad o pt t h e u ni v e r s a l r a w ma t e r i a l a nd o nho g o na l t e s t me t ho d t o pe r f o r m t h e o pt i mi z a t i o n t e s t r e s e a r c h f o r mi x d e s i g n o f l ow s t r e ng t h s e l f - c o mpa c t i n g c o n c r e t e， c on d u c t a n a l y s i s t o o aho g o n a l t e s t r e s u l t b y us i ng r an g e an a l ys i s ， t h e l o w s e n g t h s e l f - c o mp a c t i n g c o n - c r e t e wa s mi x e d wh i c h c o u l d me e t t h e r e q u i r e me n t o f b o t h o n c o n s t r u c t i o n a n d s t r e n gth b y u s i n g c o mp o s i t i o n o f t h e h i g h e ffic i e n c y wa t e r r e du c i n g a g e nt ， t h i c k e n e r a n d r e t a r d e r ， an d a d o p t i n g o nh o g o n a l t e s t me t ho d K e y wo r d s ： c o n c r e t e ； wa t e r c e me n t r a t i o； l o w s t r e n gth ； s e l f - c o mp a c t i n g ； o r t h o g o n a l 0 引言 2 试验方 法和 配合 比的选择 随着社会经济 的不断发展 ， 作为建筑企业面临着劳动 力成本越来越大 的难题 ， 低强度 自密实混凝土在满足工程 需要 和施工的前提下可节省劳动力 的投入成本 ， 减轻建筑 企业的负担 ， 在此情况下进行了低强度 自密实混凝土优化 配合 比试验研究。 和高强 自密实混凝土相比， 低强度 自密实 混凝土水胶 比大 ， 混凝土拌合物 的流动性容易得 到保证 ， 而抗离析性和保水性很难满足要求 。 因此 ， 高流动性 、 抗 离 析性和保水性是互相矛盾的。 必须通过混凝 土原材料合理 匹配 、 合理 的选择外加剂和外加剂的合理掺量以达到新拌 混凝土高流动 I生、 抗离析 生 和保水性矛盾的统一 。 本研究通 过正 交试验 的方法对低强度 自密 实混凝 土配合 比进行 了 优化设计研究 ， 对工程应用可以起到很好的借鉴作用 。 1 试验原材料 ( 1 ) 水泥 ： 采用太原狮头牌 P O 3 2 5 R级水泥。 ( 2 ) 粉煤灰 ： 太原一电厂 I 级粉煤灰。 ( 3 ) 外加剂 ： 天津产 U N F萘系高效减水 剂 、 增 稠剂 和 木钙 。 ( 4 ) 砂子 ： 中砂 ， 级配 良好 ， 表观密度 2 6 5 0 k g r l l 3堆积 密度 1 5 0 0 k g m 。 ( 5 ) 石子 ： 石灰质 5 1 0 m i n连续级配 。 ( 6 ) 水 ： 自来水 。 收稿 日期 ：2 0 1 2 1 1 - 0 7 1 24 2 1 混凝 土性 能试 验 混凝 土拌合物和易性试验方法 按 G B T 5 0 0 8 0 - - 2 0 0 2 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 进行 ； 混凝土抗压 强度按 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试验方法 标准 进行测定。 2 - 2正 交试 验 首先采 用固定 砂石体积含量 法确定 自密实混凝土配 合 比， 在此基础上 ， 利用正交试验进行 自密实混凝土配合 比优化试验 。 自 密实混凝土配合比参数为： 粗骨料松堆体积 0 5 5 m 3 ， m， ； 砂在砂浆 中的体积取 4 5 ； 掺合料 和水泥质量 比取 3 8 ： 6 4 ； 水胶 比取 0 4 5 。 经计算配合 比如表 1 。 表 1 C 2 5混凝土配合比 k m 水泥 粉煤灰 石子 砂子 水 U N F Z C 2 8 2 1 63 85 8 7 6 5 2 00 3 6 4 0 4 0 2 2 1 试验 因素 ( 1 ) 粉煤灰掺量 ： 本试验采用 I 级粉煤灰作为混凝土掺 合料 ， 粉煤灰 的掺入可改善混凝土 的耐久性 ， 大掺量粉煤 灰还可以有效地控制混凝土拌合物 的坍落度损失 ， 但是随 着粉煤灰掺量的增加， 混凝土早期强度要降低。 综合因素考 虑 ， 粉煤灰掺量取 3 5 、 4 0 和 4 5 三个水平 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( 2 ) 砂率 ： 砂率对于 自密实混凝土拌合物的工作性影响 很大， 砂率过大， 可能无法保证 自密实混凝土流动 l生； 砂率过 小， 混凝土拌合物的稳定性差， 因此， 自 密实混凝土的砂率一般 在 4 3 0 - - 5 5 范围内， 本试验中取 4 3 、 4 8 和 5 2 三个水平。 ( 3 ) 高效减水剂掺量 ： 本次试验采用 了 U N F高效减水 剂 ， 试验发现 ： 当 U NF掺量低于 0 7 5 时 ， 混凝土拌合物初 始坍落度和坍落扩展度虽能满足 自密实混凝土的要求 ， 但 混凝土拌合物坍落度损失大， 9 0 mi n 后混凝土拌合物坍落 度和坍落扩展度均不能满足 自密实混凝土的要求 ； 当 U N F 掺量高于 0 9 5 时， 虽然混凝土拌合物初始坍落度 、 坍落 扩展度和 9 0 mi n 后的坍落度、 坍落扩展度均能满足自密实 混凝土的要求 ， 但是混凝 土拌合物泌水较严重 ， 因此 ， U N F 掺量取 0 7 5 、 0 8 5 和 0 9 5 三个水平。 ( 4 ) 增稠剂 ： 试验表明 ， 当增稠剂掺量低于 0 0 9 时 ， 混 凝土拌合物仍存在泌水现象 ； 增稠剂高于 0 1 时 ， 混凝土 拌合物虽没有泌水现象 ， 但混凝 土拌合物坍落度和坍落扩 展度的延时损失增大， 9 0 mi n 后坍落度和坍落扩展度不能满 足 自密实混凝土的要求。 因此 ， 增稠剂掺量取 0 0 8 、 0 0 9 和 表 2 因素水平表 2 2 2 考核指标 混凝土拌合物初始坍落度、 坍落扩展度和中边差以及 硬化后混凝土 7 、 2 8 d 强度。 考虑芯柱配筋的特点 ， 一般认为 自密实混凝土坍落度i2 5 0 mm、 扩展度5 5 0 mm和中边 差 2 5 m n q 就能满足 自密实的要求 。 2 3 正 交表 因选用的影响因素为 4 个 ， 各因素的水平数均为 3 个 ， 因此 ， 选 用 L 9 ( 3 4 ) ， 即 四因素三水 平的正交表。 按 ( 3 ) 安 排 的试验方案及试验结果如表 3 所示 ， 并对试验结果进行 了极差分析 ，分析结果见表 4 。 试验过程 中测定新拌混凝 土 3 0 、 6 O 、 9 0 m i n的坍落度 、 扩展度 、 中边差 ， 测定结果如表 0 1 三个水平。 试验 因素及水平见表 2 。 5 所示 。 表 3 试验方案及结果 注： 木钙掺量均为 0 2 ； N 7 初始有轻微泌水。 2 4 试验 结果分析 ( 1 ) 初始坍落度 ： 对于这个单指标 ， 坍落度越大越好 。 由 表 3 可知， 配合 比A 73。 C 2 D ( N 4 ) ， A 3 B C ， D ： ( N7 ) 最好 ， 但 N 4 ， N 7强度均不符合要求 ； 由表 4的极差分析结果 可知 ， 四个 因素对初始坍落度 的影响顺序 为 ： 砂率 B - -+ U N F掺量 c 一 粉煤灰掺量A 增稠剂掺量D。 因此， 对于初始坍落度， 好的因 素组合有 Al B l C 2 D L 、 AIBlC 2 D 2 、 A l B i C 2 D 3 、 Al B l C 3 D l 、 A【 B l C 3 D 2 、 A。B 。 C ， D ， ， 共 6 个 。 另外 ， 由于增稠剂掺量 D对初始坍落度 的影响最小， 可取为D 。 同理， 因素 C可取为 C 。 ， 所以， 对于 初始坍落度这个指标来说 ， 最优组合就可取为 A B c 2 D ： 。 ( 2 ) 初始坍落扩展度 ： 要求初始扩展度越大越好 。 故 由 表 3 可知 ， 配合 比A3 B 。 C D ： ( N 7 ) 最好 ， 但 N 7 不满足强度要 求 ； 由表 4 可知 ， 因素的影响顺序为 ： 粉煤灰掺量 A u N F 掺量 C、 增稠剂掺量 D一砂率 B， 因此 ， 对于初始坍落扩展 度来说 ， 最优 的因素组合为 A 2 。 ( 3 ) 中边差 ： 要求中边差越小越好 。 因此 ， 从表 3可知 ， 好的配合 比为 AB C 2 D ( N 2 ) 、 A 73 C 2 D ， ( N 4 ) ， 但 N 4强度不 符合 要求 ； 从 表 4可知 ， 因素 的影 响顺序 为 ： 粉煤灰 掺 量 A u N F掺量 c 一增稠剂掺量 D 一砂率 B。 好的因素组合 就 为 A B 1 C 2 D 、 A B 1 C 2 D 、 A。 B 2 C 2 D ： 、 AB 2 C 2 D 3 。 因素 B对 中 边差影 响最小 ， 取 B ， B ： 均可 。 因素 D的影响不 明显 ， 可取 为 D 。故好的配合比就为A B 2 c 2 D ( N 2 ) 。 ( 4 ) 7 d 强度 ： 强度越高越好 。 由表 3 可知配合比 A B C ： D ( N 2 ) 的 7 d 强度最高。 由表 4的级差分析可知， 各因素对混凝 土 7 d 强度的影响顺序为 ： 粉煤灰掺量 A 一砂率 B u N F掺 量 C 一增稠剂掺量 D。 所以 ， 好的因素组合为 A B c 2 D 和 A 1 B 2 C 2 D 2 ( N2 ) 。 。 ( 5 ) 2 8 d强度 ： 由表 3 可知配合 比 A B ： C 2 D ： ( N2 ) 的试 验强度最高。 由表4可知， 各因素对混凝土 2 8 d强度的影响 顺序为 ： 粉煤灰掺量 A U N F 掺量 c 一增稠剂掺量 D 一砂 率 B 。 因此， 好的因素组合为A B 2 C 2 D 和 A 。 B c 2 D ： ( N 2 ) 。 由 于增稠剂掺量 D对 2 8 d强度影响较小， 故可取为D ： ， 故最 优配合 比就为 A B C 2 D ( N2 ) 。 综上所述， 就可以得到 3 组可能的最优配合比 A B C 2 D ( N 2) 、 A B qDz 、 A 3 B C 3 D 2 。 通过对 A。 B C2 D 2 和 A733 C3 D2 两 组配合比进行试验， 结果表明， A。B qD ： ( N 2 ) I t 合 比所拌 1 2 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 4 正交试验结果极差分析 制的混凝土的各项考核指标 ， 均优于 A。B C 2 D ： 和 A ， B C 3 D ： 两组配合 比， 能满足工作性和强度要求 。 由表 5可以看 出， A 。 B ： c 2 D ( N 2 ) 所拌制 的混凝 土 3 0 、 6 0 、 9 0 mi n的坍落度 、 扩展度 、 中边差均能满足 自密实混凝 土 的要求 。 3结论 ( 1 ) 极差分析表 明粉煤灰掺量是影响 自密实混凝土拌 合物初始扩展度、 中边差以及硬化混凝土 7 、 2 8 d 强度主要因 素； 砂率是影响自密实混凝土拌合物初始坍落度主要因素。 ( 2 ) 利用高效减水剂 、 增稠剂和木钙复合 ， 采用正交试验 法， 配制出了能满足施工和强度要求的低强度自 密实混凝土。 ( 3 ) 自密实混凝 土对原材料质量波动敏感性强 ， 为了 确保 自密实混凝土质量 ， 在这方面仍需进一步研究。 参考文献 ： 1 】汪强 浅谈高强混凝土配合比设计L 刀 中国水运： 学术版， 2 0 0 7 ( 3 ) 1 2 6 【 2 】康忠寿 高强混凝土的配合比设计 J 】 - 山西建筑 ， 2 0 0 7 ( 2 ) 【 3 】戴会生 ， 王博 ， 田大萍 高强混凝土的配合比设计及试验研究【 J j 山东建材 ， 2 0 0 8 ( 1 ) f 4 】 孟祥丽， 赵桂霞 ， 曲殿义 ， 等 高强混凝土配合比设计浅析【 J J _ 北 方交通 ， 2 0 0 6 ( 6 ) 【 5 徐军， 戴春阳， 张磊 高强混凝土配合比优化设计【 J J 山西建筑， 2 0 0 7 ( 2 7 ) 6 韩建国， 阎培渝 ， 郑峰 高强混凝土配合比正交设计方法【 J 】 建筑 技术 ， 2 0 0 3 ( 1 ) 【 7 】戴鹏飞 高强混凝土配合比设计浅析【 J - E 方交通 ， 2 0 0 8 ( 3 ) 【 8 】陈建森高强混凝土配合比设计 J J _江苏建材 ， 2 0 0 2 ( 4 ) 作者简介： 联系地址 ： 联系电话 ： 张晓平( 1 9 6 3 一 ) ， 男， 高级工程师， 主要从事施工技术 管理。 山西省太原市大同路 2 6 8 号 中冶天工集团公司中原 分公司( 0 3 0 0 0 3 ) 1 5 0 3 4 0 75 8 6 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m