正交試驗(yàn)在盾構(gòu)管片混凝土配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

余海濤　武　斌　余官祥　何龍　羅新垚（深圳港創(chuàng)建材股份有限公司）

正交試驗(yàn)在盾構(gòu)管片混凝土配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

余海濤武斌余官祥何龍羅新垚
（深圳港創(chuàng)建材股份有限公司）

混凝土配合比設(shè)計(jì)對混凝土的質(zhì)量與強(qiáng)度起決定性作用，利用正交試驗(yàn)對配合比中影響混凝土性能的主要影響因素進(jìn)行分析。結(jié)果表明：水膠比對混凝土的工作性能和抗壓強(qiáng)度都影響極大，超細(xì)石粉對混凝土的工作性能和抗壓強(qiáng)度都存在副作用，而礦粉對混凝土的工作性能影響較小，對抗壓強(qiáng)度有略微的增強(qiáng)作用，利用正交試驗(yàn)可以得出最優(yōu)配合比。

混凝土；正交試驗(yàn)；盾構(gòu)管片

1　前言

近年來我國地鐵建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，各大城市地鐵建設(shè)項(xiàng)目競相開工，地鐵修建技術(shù)也得到了不斷的發(fā)展。目前全國在建的地鐵隧道大部分都采用盾構(gòu)法施工，在地鐵盾構(gòu)隧道施工中，管片作為結(jié)構(gòu)襯砌主體，對整個地鐵隧道的質(zhì)量和使用壽命起著關(guān)鍵作用［1］。地鐵盾構(gòu)混凝土預(yù)制管片一般使用C50高強(qiáng)混凝土，管片在鋼模里預(yù)制，澆搗結(jié)束后進(jìn)行靜置、蒸汽養(yǎng)護(hù)，混凝土強(qiáng)度達(dá)到20MPa之后從模具中吊出，放置在車間降溫4h后吊入水池侵泡養(yǎng)護(hù)7d，再淋水養(yǎng)護(hù)14d，然后進(jìn)入存放區(qū)保濕［2］。本文在借鑒以往盾構(gòu)管片混凝土生產(chǎn)配合比的基礎(chǔ)上，通過正交試驗(yàn)來探討水膠比、礦摻總量及礦摻比例對盾構(gòu)管片混凝土性能的影響，從而對配合比進(jìn)行優(yōu)化。

2　試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法

2.1試驗(yàn)原材料

①水泥 采用廣西貴港臺泥PO42.5R級水泥，密度3.15g/m3，28d抗壓強(qiáng)度53MPa。

②粉煤灰 采用廣東某廠生產(chǎn)的磨細(xì)石粉，比表面積420kg/m3。

③礦粉 采用小野田S95級礦粉

④砂 東莞河砂，細(xì)度模數(shù)2.7。

⑤碎石 金業(yè)5～25mm碎石。

⑥減水劑 聚羧酸減水劑，減水率22.5%。

2.2試驗(yàn)方法

此次試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)方法，將水膠比、超細(xì)石粉摻量、礦粉比例作為影響盾構(gòu)管片28d強(qiáng)度的主要因素，每個因素有三個水平，各因素水平見表1。

表1　正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平表

表2　配合比kg/m3

表3　試驗(yàn)結(jié)果

3　試驗(yàn)結(jié)果

3.1工作性能極差分析

從表4分析結(jié)果可以看出，水膠比對混凝土的坍落度和擴(kuò)展度影響最大，礦粉摻量對混凝土的工作性能影響最小。因素A中，隨著水平的遞增，混凝土的坍落度和擴(kuò)展度都呈逐漸增大的趨勢，這主要是因?yàn)椋S著水膠比的增大，混凝土的單位用水量逐漸增多，混凝土的漿體量增多，且漿體粘度下降，因而流動性能增強(qiáng)。因素B隨著水平的遞增，混凝土的坍落度和擴(kuò)展度逐漸減小，這主要是因?yàn)槌?xì)石粉沒有類似優(yōu)質(zhì)粉煤灰的滾珠效應(yīng)，且超細(xì)石粉比表面積較大，包裹其表面需要的水較多，因而表現(xiàn)為混凝土拌合物的工作性能降低。

表4　工作性能極差分析

3.2抗壓強(qiáng)度極差分析

從表5分析結(jié)果可以看出，水膠比對混凝土的3d 和28d抗壓強(qiáng)度都影響最大，且隨著水平的遞增，混凝土3d和28d抗壓強(qiáng)度都呈逐漸降低的趨勢，這是因?yàn)椋S著水膠比的增大，混凝土的單位用水量增多，因而水蒸發(fā)后留下的連通孔隙越多，而這些孔隙不能承受壓力，因而造成混凝土抗壓強(qiáng)度下降。因素B隨著水平的遞增，混凝土3d和28d抗壓強(qiáng)度也都會呈逐漸降低的趨勢，但降低幅度小于水膠比對混凝土強(qiáng)度的影響，這主要是因?yàn)槟ゼ?xì)石粉的主要化學(xué)成分是碳酸鈣，而碳酸鈣是一種惰性材料，從理論上推斷它沒有任何活性，不會參與水化，雖有不少報道［3-4］認(rèn)為磨細(xì)石粉在水泥漿體中可以起到微集料填充效應(yīng)和微晶核效應(yīng)，但這些都對混凝土的強(qiáng)度發(fā)展貢獻(xiàn)很小。因素C隨著水平的遞增，混凝土3d和28d抗壓強(qiáng)度都會呈略微逐漸增長的趨勢，這主要是因?yàn)榈V粉的主要化學(xué)成分SiO2、Al2O3等能與水泥水化生產(chǎn)的Ca（OH）2反應(yīng)生成對強(qiáng)度發(fā)展有用的硅酸鹽凝膠和鋁酸三鈣凝膠，因而對混凝土的強(qiáng)度發(fā)展有一定的貢獻(xiàn)。

表5　抗壓強(qiáng)度極差分析

4　結(jié)論

⑴水膠比對混凝土的工作性能和抗壓強(qiáng)度都影響極大，超細(xì)石粉對混凝土的工作性能和抗壓強(qiáng)度都存在副作用，而礦粉對混凝土的工作性能影響較小，對抗壓強(qiáng)度有略微的增強(qiáng)作用。

⑵通過正交試驗(yàn)的極差分析，可以判定本混凝土試驗(yàn)的最優(yōu)配合比為A1B1C3。●

［1］黃歡.高性能混凝土在福州軌道交通1號線盾構(gòu)管片中的應(yīng)用［J］.混凝土，2014（10）：134-137.

［2］陳凱.地鐵免蒸養(yǎng)盾構(gòu)隧道管片混凝土的設(shè)計(jì)與制備及其工程應(yīng)用［D］.武漢理工大學(xué)，2010.

［3］余琴，黃振興，曹養(yǎng)華等.磨細(xì)石灰石粉在混凝土應(yīng)用的技術(shù)探討［J］.混凝土，2015（08）：108-111.

［4］鄧國才，田先忠，陳靜.摻入磨細(xì)石粉對混凝土性能的影響［J］.商品混凝土，2010（10）：22-26.

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