遼河特細砂混凝土正交試驗研究

岳川　宓永寧　陳浩　王振國　畢建成

摘要：針對遼河中下游特細砂產量大、亟待開發利用的現狀，展開遼河特細砂及特細砂混凝土相關研究。以遼河特細砂配制混凝土為研究對象，通過正交試驗探討遼河特細砂混凝土的配合比。正交試驗結果表明：C25特細砂混凝土的最優配合比為水灰比0.55、砂率25%、減水劑摻量0.8%。

關鍵詞：特細砂；正交試驗；因素；水平；減水劑；極差分析；特細砂混凝土

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2015）03-0053-04

目前，從儲量、質量、經濟等方面來看，我國的中、粗砂資源均已不能滿足日益增長的發展需求，其中天然中、粗砂資源缺乏，特細砂資源較豐富。我國珠江、長江、黃河、遼河等流域中下游，以及寧夏、陜西、新疆、內蒙等地多為特細砂，儲量非常豐富，而中、粗砂資源相對短缺。在逐漸開采的過程中，天然中、粗砂逐漸減少，而特細砂資源越來越豐富。現以遼河特細砂為例，利用遼河中下游流域特細砂的資源優勢，探討開發利用特細砂資源的潛在價值，為打破制約遼河中下游流域建設工程的壁壘做出貢獻，由點及面促進特細砂資源在全國范圍內的推廣及應用。

1 材料與方法

1.1 試驗目的

在固定單方用水量的情況下，通過正交試驗研究水灰比、砂率、減水劑摻量對C25特細砂混凝土流動性、7 d抗壓強度、28 d抗壓強度的影響程度，確定滿足設計強度及施工技術要求的混凝土配合比方案。

2.2 試驗原材料

水泥為遼寧山水工源礦渣硅酸鹽水泥，P·S 32.5，其物理力學性能如表1所示。細骨料為遼河特細砂，其物理力學性能見表2。粗骨料為粒徑5～20 mm的碎石，堆積密度1 490 kg/m3，表觀密度2 680 kg/m3。減水劑由沈陽盛鑫建材有限公司生產，為SY-1E引氣減水劑。

1.3 正交試驗

影響混凝土抗壓強度的因素主要有水泥強度、水灰比、骨料表面性質、養護條件、養護齡期、外加劑及摻合料等。重點選取砂率、水膠比、減水劑摻量3個因素作為特細砂混凝士強度的正交試驗因素。固定單方用水量為184 kg/m3，水灰比w/c選取0.45，0.50，0.55三個水平。

根據《混凝土配合比設計規程》，用中砂配置混凝土時的砂率控制在30%～38%之間較合適。試驗結果表明，在特細砂混凝土配制過程中，由于特細砂比表面積大，其砂率應比《普通混凝土配合比設計規程》中的規定低5%～8%，故砂率應在21%～30%之間。基于前期研究成果，試驗選用22%，25%，28%3個水平。

特細砂比的表面積大，為達到同一稠度，需要在較粗、中砂中加更多的水，相應的水泥用量會增加，導致混凝土內部熱量較難排除。熱量聚集會使混凝土內外溫差加大，引起溫度裂縫，而減少用水量又很難滿足工作性能要求。故在用水量不變的條件下，添加減水劑能解決上述問題。減水劑的摻量選用0.8%，1.0%，1.2%共3個水平。

L9（33）正交試驗設計見表3。考核指標為工作性（坍落度）、7 d抗壓強度、28 d抗壓強度。

2 結果與分析

2.1 工作性

正交試驗結果見表4。

特細砂顆粒非常細，比表面積較大，用其配制的混凝土拌合物中包裹在骨料上的水泥漿膜厚度較小，流動性比普通砂混凝土差。從某種意義上講，特細砂混凝土的工作性能與力學性能同樣重要，因此，正交試驗選擇混凝土的工作性作為考核指標，分析水灰比、砂率、減水劑摻量對特細砂混凝土拌合物工作性的影響，以坍落度來衡量。以坍落度為考察指標的極差分析如表5所示。各不同因素對坍落度影響趨勢如圖1所示。

由表5和圖1可以看出：對特細砂混凝土坍落度的影響順序依次為減水劑摻、水灰比、砂率；減水劑摻量是影響特細砂混凝土坍落度的主要因素，水灰比次之，砂率影響最小。

雖然砂率對特細砂混凝土拌合物坍落度的影響沒有減水劑摻量和水灰比顯著，但從極差計算結果中可知，減水劑摻量、水灰比、砂率對特細砂混凝土拌合物坍落度的影響較大。由此可以認為，合理的減水劑摻量可以明顯改善特細砂混凝土的坍落度，從而改善特細砂混凝土的工作性，但是坍落度并不是衡量特細砂混凝土質量優劣的最佳標準。一般來說，新拌混凝土的坍落度能夠滿足施工要求即可。

2.2 強度

2.2.1 7 d抗壓強度 從表6極差計算結果和圖2可以看出：影響特細砂混凝土7 d抗壓強度的因素順序為水灰比、減水劑摻量、砂率；水灰比是影響特細砂混凝土7 d抗壓強度的主要因素，其次是減水劑摻量，砂率最不明顯。

觀察數據可知：混凝土強度隨水灰比的減小而增大，減水劑摻量雖然沒有水灰比對混凝土7 d強度影響明顯，但其影響程度相差不大。減水劑作為表面活性劑，可定向吸附于水化的水泥顆粒表面，使其顯電性，增加水泥顆粒之間的排斥力，促使水泥漿體中絮狀結構分散解體釋放出自由水，前期可以使更多的水泥顆粒水化，在同樣用水量的情況下改善特細砂混凝土的工作性，在相同工作性的情況下減少單位體積拌和需水量，提高特細砂混凝土早期的抗壓強度。砂率變化引起的特細砂混凝土7 d抗壓強度變化，在誤差范圍內可以忽略不計。

2.2.2 28 d抗壓強度 由表7級差計算結果和圖3可知，對特細砂混凝土28 d抗壓強度影響次序依次為：水灰比、砂率、減水劑摻量，對混凝土28 d 抗壓強度的影響最大的是水灰比，其次為砂率，最后為減水劑摻量。特細砂混凝土強度隨水灰比增大而減小，在不改變水灰比的情況下，減水劑摻量對特細砂混凝土28 d抗壓強度的影響很小。試驗結果顯示，在試驗選取的砂率范圍內，混凝土強度隨著砂率的增大先增大并出現峰值，繼而呈現減小的趨勢。這主要是因為砂率較小時，砂漿量不足以完全包裹粗骨料的表面和填充骨料間的空隙，導致混凝土密實性差，進而影響其抗壓強度，隨著砂率增加，密實性相應增加，混凝土的強度近似與它的密實度成正比，故強度也隨之呈現上升趨勢。而當砂率增加到一定程度后，由于砂率過大，粗骨料的含量相對過少，骨料的空隙及總面積增大，在水灰比及水泥用量不變的情況下，混凝土拌和物則顯得干稠、流動性差，骨料間的空隙率變大，從而導致密實性降低，引發了抗壓強度的下降。減水劑摻量對混凝土28 d 抗壓強度影響很小，減水劑沒有改變水灰比，對特細砂混凝土后期強度影響很小。

3 結論

由試驗結果可知，用遼河特細砂配制的混凝土的抗壓強度和工作性都能滿足要求。總的來說，使用特細砂配制混凝土應遵循低流動性、低砂率的原則，添加適量減水劑可以改善混凝土工作性，但其摻量不易太大，否則易造成泌水或者離析現象。適量的減水劑可以提高特細砂混凝土的前期強度，但在不改變水灰比和水泥用量的情況下，對后期強度幾乎沒有影響。

綜合考慮混凝土抗壓強度和工作性，C25特細砂混凝土的最優配合比為：水灰比0.55，砂率25%，減水劑摻量0.8%。充分利用遼河特細砂，能夠有效緩解中、粗砂資源緊張問題，實現資源的優化配置，促進特細砂資源化對遼河中下游地區的工程建設有重要意義。

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Abstract： The research is about superfine sand and superfine sand concrete according to the status of big yield of superfine sand in middle and downstream area in Liao River and demanding prompt exploitation. The article used the concrete made of superfine sand of Liao River as the research object， discussed the mixing proportion of superfine sand concrete of Liao River by orthogonal experiment. The result shows that the optimal mixing proportion of C25 superfine sand concrete is water cement ratio 0.55、sand ratio 25% and the content of water reducer 0.8%。

Key words： superfine sand； orthogonal experiment； factors； level； water reducer； range analysis； superfine sand concrete