低温对沙漠砂C25混凝土抗压强度影响

孙雪 马映昌

（宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏 银川 750021）

0 前言

混凝土在水工建筑物领域中是一种被普遍应用的材料。混凝土的强度和耐久性是混凝土力学性能中最重要的特性，因此受到普遍关注。粉煤灰是掺入混凝土的一项可代替水泥的胶凝材料，能大大降低工程造价，也可改善混凝土和易性、耐久性，降低水化热。我国西北部寒冷地区昼夜温差变化较大，因此混凝土冬季施工越来越受到重视。宁夏地区拥有大量沙漠砂，如能良好利用沙漠砂资源，适当代替混凝土中砂，对提高西部建设的经济效益及有效合理运用当地自然资源可起到重要作用。

目前，低温条件下的混凝土力学性能有国内外广大专家学者进行了大量的研究分析[1-8]，刘海峰等[9-11]研究了在常温或高温情况下沙漠砂混凝土抗压劈裂抗拉等力学性能影响，但针对沙漠砂混凝土低温下力学性能的研究还比较少。

本文设计L16(45)正交试验，分析低温下沙漠砂C25混凝土的粉煤灰掺量、沙漠砂替代率、温度和龄期对其抗压强度的影响，为冬季施工中沙漠砂C25混凝土的力学性能提供参考。

1 试验原材料

试验的粗骨料来源于宁夏镇北堡机械碎石，按5～10mm：10～20mm=3：7（质量）的比例配制；水泥来源于宁夏赛马牌普通硅酸盐早强水泥，强度等级为42.5；细骨料选用宁夏镇北堡生产的人工水洗砂和宁夏盐池县毛乌素沙漠砂；粉煤灰采用含水率为0.2%，烧失量为2.8%的I级粉煤灰，生产于宁夏大坝电厂；减水剂选用减水率高于25%的高性能减水剂，生产于北京幕湖外加剂有限公司；水为当地的饮用水。

2 试验方案

表1 正交试验方案

本文中沙漠砂混凝土的强度设计值等级为C25，设计4因素4水平L16(45)正交试验是为了简化试验次数，同时按照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）的要求进行混凝土配合比设计。确定了水胶比0.65，砂率37%，进而探究粉煤灰掺量、沙漠砂替代率、温度、龄期对沙漠砂C25混凝土在低温条件下抗压强度的影响。沙漠砂C25混凝土试验方案如表1所示，沙漠砂C25混凝土正交试验配合比设计计算如表2所示。

表2 正交实验配合比

制作试件尺寸为100mm×100mm×100mm，拆模后在标准养护条件下养护（温度20±2℃，相对湿度95%）。7d、14d、28d、56d后用高低温试验箱对试件进行低温处理，考虑20℃、-10℃、-20℃、-30℃、-40℃五个温度等级，将温度降至预设温度，放置高低温试验箱内保持4h，这样视为试件内外温度一致，使用万能试验机测定试件抗压强度测试。计算处理后结果如表3所示。表3中低温下抗压强度值表示为试验的平均值，总共102块试块。每组试件试验强度与其平均值差值均小于15%，质量良好，制作差异对强度的影响较小。

表3 正交试验结果

3 试验结果与分析

本次正交试验研究了通过改变粉煤灰掺量、沙漠砂替代率、温度、龄期四个因素，满足该条件的四水平正交表为L16（45），共实验两次，采用重复正交试验的数据处理方法进行处理。

3.1 极差分析

由于本次试验设计为四因素四水平，因此使用五因素水平正交试验表进行计算，其中一列作为空白列。设置空白列的作用是为了减小试验的随机误差，也称为误差列。对比极差值因素A、B、C、D大小，得出各因素对沙漠砂C25混凝土低温下抗压强度影响的主次顺序。对沙漠砂C25混凝土低温下抗压强度进行极差分析，结果如表4和图1所示。如图1所知：在水胶比0.65、砂率37%的情况下，沙漠砂C25混凝土低温下抗压强度主次顺序为C>D>A>B。

表4 试验结果极差分析数据表

图1 低温下沙漠砂C25混凝土抗压强度影响极差分析数据图

3.2 方差分析

表5 试验结果方差分析

1）粉煤灰掺量A对应F值为3.71，大于f0.95（3，25）=2.99。因此在低温条件下，改变粉煤灰掺量A可显著影响沙漠砂C25混凝土的抗压强度。

2）沙漠砂掺量B对应F值为2.45，小于f0.95（3，25）=2.99。因此在改变沙漠砂掺量B的情况下，不显著影响沙漠砂C25混凝土低温下的抗压强度。

3）温度C对应F值为13.25，大于f0.99（3.25）=4.63。因此在改变温度C的情况下，高度显著影响沙漠砂C25混凝土低温下的抗压强度。

4）龄期D对应F值为4.76，大于f0.99（3.25）=4.63。因此改变龄期D对沙漠砂C25混凝土抗压强度在低温条件下有显著影响。

4 结论

本文进行了低温下沙漠砂C25混凝土抗压强度正交试验，通过对实验结果进行方差分析和极差分析，可以得到结论如下：

1）在水胶比0.65、砂率37%的情况下，沙漠砂C25混凝土低温下抗压强度主次顺序为温度C>龄期D>粉煤灰掺量A>沙漠砂掺量B；

2）在水胶比0.65、砂率37%的情况下，因素粉煤灰掺量A和因素龄期D对低温下沙漠砂C25混凝土抗压强度有显著影响，因素沙漠砂替代率B对沙漠砂C25混凝土低温下抗压强度影响不显著，因素温度C对沙漠砂C25混凝土低温下抗压强度影响有高度显著影响。