杜 建,孙宁宁
(1.莒南县水利局,山东 临沂 276600;2.莒南县水务发展集团有限公司,山东 临沂 276600)
混凝土配合比设计及原材料组成对混凝土不同性能的影响很大,当配合比设计不合理或者原材料选取不当,结构会不同程度的出现裂缝问题,导致抗渗性能下降、抗压强度严重不达标等质量问题,严重影响整体结构的稳定性及质量安全性。针对混凝土质量原因导致的问题;开展配合比重新设计验证工作,委托材料种类、砂率、用水量、水胶比等重点因素重新设计验证,通过测试抗压强度、渗透系数、弹性模量及弹强比等关键指标,开展混凝土配合比设计工作[1]。
2020年8月14日,黄河水利委员会黄河水利科学研究院受“山西省晋中市水利建筑工程总公司沁河重点河道治理工程施工05标项目部”委托,根据委托单位提供的水泥、膨润土、黏土、砂、石子、减水剂等原材料,开展沁河重点段河道治理工程施工05标的混凝土配合比试验,以保证混凝土强度、抗渗性及弹强比满足设计要求,试验时间为2020年8月15日-2020年9月30日。
水泥采用P·O42.5级水泥,初凝时间156min,终凝时间271min,烧失量3.63%,3d抗压强度24.0MPa,3d抗折强度5.1MPa,氧化镁含量3.02%;试验采用河砂,细度模数2.6-2.7,含泥量2.7%,碎石5-25mm连续级配,压碎指标10%,含泥量0.6%;外加剂为聚羧酸减水剂,含气量2.2%,减水率24.0%;水为饮用水[2]。
本次配合比采用正交试验设计方式确定,试验因素为水泥掺量、膨润土掺量、砂率、水胶比4个因素,每种因素设计4个水平,共计16个试验组合,通过极差和方差分析,确定每种因素的影响规律,得到最优配合比。水平因素表,见表1。
表1 水平因素表
根据水平因素表,L16(45)的正交设计表,见表2所示。
表2 L16(45)的正交设计表
水泥掺量初步确定为38%-50%,膨润土掺量为18%-30%,砂率为53%-65%,水胶比为0.86-0.98。混凝土配合比,见表3。
表3 混凝土配合比
续表3 混凝土配合比
通过计算发现影响抗压强度最主要的因素为水泥掺量,其次为水胶比、砂率、膨润土。水泥掺量影响极为显著,试样抗压强度随着水泥掺量的增加而增大;影响弹性模量最主要的因素为水泥掺量,其次为水胶比、砂率、膨润土,水泥掺量影响较为显著;影响弹强比最主要的因素为砂率,其次为水泥掺量、水胶比、膨润土,砂率影响一般显著;影响渗透系数最主要的因素为水胶比,其次为膨润土、砂率、水泥掺量,水胶比影响相对显著[3-4]。
5.2.1 抗压强度
根据试验结果,按照正交试验结果分析方法,分别对各试样立方体抗压强度进行方差分析。其中空列极差R,是作为试验误差的估算值。立方体抗压强度多因素方差分析表,见表4,水泥掺量及水胶比影响极为显著。
表4 立方体抗压强度多因素方差分析表
5.2.2 弹性模量
按照正交试验结果分析方法,分别对各试样弹性模量进行方差分析。弹性模量多因素方差分析表,见表5,水泥掺量对弹性模量影响极为显著。
表5 弹性模量多因素方差分析表
5.2.3 弹强比
按照正交试验结果分析方法,分别对各试样弹强比进行方差分析。弹强比多因素方差分析表,见表6,砂率对弹强比影响一般显著。
表6 弹强比多因素方差分析表
续表6 弹强比多因素方差分析表
5.2.4 渗透系数
按照正交试验结果分析方法,分别对各试样渗透系数进行方差分析。渗透系数多因素方差分析表,见表7,水胶比对渗透系数影响相对显著。
表7 渗透系数多因素方差分析表
1)根绝所提供的的原材料,通过混凝土的坍落度及扩展度测试,保证混凝土的和易性,用水量的合理范围为260-280kg/m3,推荐用水量为270kg/m3。
2)根据渗透系数试验结果及极差、方差分析,水胶比对渗透系数影响相对显著,水胶比为0.86-0.90,胶凝材料质量>单方300kg,混凝土渗透系数较好地满足<1×10-7cm/s的控制标准,推荐水胶比为0.86;根据立方体抗压强度试验结果及极差、方差分析,水泥掺量对抗压强度影响极为显著,为保证施工配制强度达到2.8-4.3MPa,混凝土的水泥掺量范围为46-50%,推荐水泥用量为130-150kg/m3;根据弹性模量、弹强比结果及极差、方差分析,水泥掺量对弹性模量影响极为显著,砂率、水泥掺量、水胶比对弹强比均有影响,本次弹强比测试均满足要求,按照测试弹强比值450为标准,推荐砂率为53%-57%[5]。
3)通过正交优化试验,得到最佳混凝土配合比,即水泥用量为145kg/m3,膨润土用量为94kg/m3,黏土用量为75kg/m3,用水量为270kg/m3,砂子用量为864kg/m3,石子用量为652kg/m3,外加剂掺量为0.2%。