自然煤矸石轻骨料混凝土的塌落度分析

杨力辉，杨丽君，李 晨

（第四工程代建管理办公室，沈阳 110005）

混凝土塌落度是指混凝土的和易性，其中包括混凝土的保水性、流动性和黏聚性。本文主要通过分析聚丙烯纤维自燃煤矸石轻骨料混凝土的5种影响因素，得到有意义的结论。

1 试验材料

本研究采用均匀试验设计方法安排试验，在确定每种影响因素变化范围的前提下进行试验。本文采用的原材料主要有六种。一是水泥，采用河北省唐山冀东水泥厂生产的盾石牌42.5普通硅酸盐水泥（P.O）。二是砂子，采用阜新市他本镇他本河中砂，细度模数为2.98，堆积密度为1 550 kg/m3，级配合格。三是聚丙烯纤维，采用江苏省射阳县强力纤维有限公司生产的聚丙烯纤维。四是外加剂，采用上海花王化学有限公司生产的“迈地150”早强高效纯萘系减水剂。五是水，采用自来水，符合《混凝土用水标准》（JGJ 63—2006）对水质的要求。六是煤矸石，煤矸石是在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低并具有一定强度的岩石。

2 自燃煤矸石轻骨料混凝土配合比设计

下面采用均匀设计来安排试验，选定5个影响因素（水泥、水、砂率、聚丙烯纤维、减水剂），安排10组试验，即5因素10水平均匀设计，对应均匀设计表为U10(105)，如表1所示。

表1 实验室试验配合比

一是水泥，掺量范围是490～535 kg/m3。二是水，掺量范围是165～210 kg/m3。三是砂率，本次试验选用密实状态的体积砂率，选用范围是36%～45%。四是聚丙烯纤维，在保证纤维总量不变的情况下，本文取Y形和圆形聚丙烯纤维总含量的范围是0.0～0.9 kg/m3，试图通过掺不同掺量、不同截面的纤维，达到增强﹑增韧的目的。五是外加剂，掺量范围是1.0～2.0 kg/m3。

本试验考虑的因素比较多，为了减少试验次数，试验选用的均匀设计表的使用表列号S=5，均匀度偏差D=0.241 4。

3 混凝土拌合物工作性能检测

将混凝土拌合物试样用铁铲分三层均匀地装入筒内，使捣实后每层高度为筒高的三分之一左右。每层用弹头形捣棒插捣25次。插捣沿螺旋方向由外向中心进行，各次插捣在截面上均匀分布。通常用坍落度表示流动性的大小，黏聚性检查方法是用捣棒在已坍落的混凝土锥体两侧面轻轻敲打，此时锥体若逐渐整体下沉，表示黏聚性良好，塌落度筒提起后无稀浆或仅有少量稀浆自底部析出，则表示混凝土拌合物保水性也良好[1]。具体检测结果如表2所示。

表2 聚丙烯纤维轻骨料混凝土拌合物的工作性能检测结果

4 塌落度试验数据处理及分析

根据表3所测的数据，为了进一步分析各个组分对聚丙烯纤维轻骨料混凝土拌和物流动性的影响，利用均匀设计软件建立了相关数学模型，采用回归分析方法进行处理[2-3]。根据规范要求的精度，考虑二次项的交互影响，就可以满足要求。

利用均匀设计软件，以表2试验数据为样本得到混凝土拌和物塌落度回归方程（见式（1））、方差分析表（见表3）以及回归方程拟合对比图（见图1）。图1中，样本数值为圆圈，方程拟合值为圆点，若垂直距离小，则拟合精度高。

表3 塌落度方差分析

图1 塌落度回归方程拟合对比图

5 回归方程二次项交互影响情况分析

回归方程二次项交互影响是很重要的，塌落度的变化直接受到一次项和二次项的影响。因此，根据均匀设计软件，得出二次项交互影响示意图，如图2至图8所示。图2为水和水泥两个影响因素对纤维轻骨料混凝土塌落度的交互作用，混凝土的塌落度随着用水量的增加而加大。图3中，当砂率固定时，混凝土的塌落度会随着水泥的增加而减少。图4中，当砂率固定时，混凝土的塌落度会随着用水量的增加而加大。图5中，只有在减水剂和水都达到最大时混凝土的塌落度才能达到最大，当用水量最少时，无论是减水剂最少还是最多，混凝土的塌落度都会最小。图6是Y形聚丙烯纤维含量和砂率对混凝土塌落度的交互作用，砂率和Y形聚丙烯纤维含量都达到最小时，混凝土的塌落度会最大。图7是减水剂和砂率的交互作用，从图中可以看出，当砂率小于40%且减水剂大于1.5 kg/m3时，混凝土的塌落度会达到最大值，当减水剂很小时，混凝土的塌落度受砂率的影响不大。图8是减水剂和Y形聚丙烯纤维含量的交互影响作用，图中，塌落度达到最大的可能性比较大，当Y形聚丙烯纤维含量固定时，在减水剂增加到1.5 kg/m3的过程中，塌落度会逐渐增加，而在减水剂固定，Y形聚丙烯纤维含量增加的过程中，塌落度变化不大。由图中可以分析得出，各因素的影响程度为：X2和X5＞X1和X2＞X2和X3＞X1和X3＞X3和X4＞X3和X5＞X4和X5。

图2 X1和X2对Y5交互影响

图3 X1和X3对Y5交互影响

图4 X2和X3对Y5交互影响

图5 X2和X5对Y5交互影响

图6 X3和X4对Y5交互影响

图7 X3和X5对Y5交互影响

图8 X4和X5对Y5交互影响

6 结论

本文首先进行了自燃煤矸石轻骨料混凝土配合比设计，然后检测混凝土拌合物工作性能，处理和分析塌落度试验数据，最后分析回归方程二次项交互影响情况。研究表明，正确处理不同因素的交互影响，合理调整混凝土塌落度，可以改善混凝土的和易性。