摻混合煤矸石骨料混凝土抗滲性能影響因素的試驗分析

寧柱偉

遼寧省建設科學研究院有限責任公司（110005）

1 試驗方案

采用設計強度等級C50混凝土配比，進行L9（34）的四因素三水平正交試驗，混凝土中單方膠凝材料總量為514 kg/m3，粗骨料的總量為1 135 kg/m3，砂率38%。抗滲試驗采用GB/T 50082中滲透高度法，測量試件滲水高度以評價煤矸石混凝土抗滲性。

2 原材料

水泥為沈陽冀東水泥有限公司產42.5級普通硅酸鹽水泥。煤矸石為朝陽北票地區常年堆積的固體廢棄物，經破碎加工后粒徑5～26.5 mm。由普通碎石、自燃煤矸石和未燃煤矸石組成的混合體，經甄別，其中普通碎石占比約24%，自燃煤矸石約68.5%，未燃煤矸石約7.5%；堆積密度1 330 kg/m3，表觀密度 2 600 kg/m3，壓碎指標13%，1 h吸水率3.2%，24 h吸水率4.3%。碎石粒徑5～25 mm，堆積密度1 560 kg/m3，表觀密度 2 850 kg/m3，壓碎指標9.2%，河砂細度模數2.9，硅灰比表面積18 400 m2/kg。減水劑為沈陽依力達產聚羧酸高性能減水劑，含固量22%。

3 試驗結果及分析

煤矸石混凝土試件的 28 d滲水高度L9（34）正交試驗結果、極差分析結果見表1，方差分析見表2。對于煤矸石混凝土的28 d滲水高度，各因素的影響順序為：水膠比A、硅灰摻量D、減水劑摻量C、煤矸石摻量B。根據各指標不同水平平均值確定各因素的優化水平組合，即抗滲性最好的組合為A1B1C3D3。

對于煤矸石混凝土28 d滲水高度，水膠比的影響度顯著，硅灰摻量、減水劑摻量與煤矸石摻量的影響度相對不大，這其中減水劑摻量、硅灰摻量、煤矸石摻量的影響度又依次降低。

3.1 水膠比對混凝土抗滲影響

隨著水膠比從0.3上升到0.4，28 d滲水高度迅速增加。水灰比越大，包圍水泥顆粒的水層就越大，水在水泥石中形成相互連通的、無規則的毛細孔系統，使水泥石的孔隙率增加，混凝土抗滲性就差。相同條件下，隨著水灰比增大，毛細孔的半徑明顯增大，混凝土密實度減小，抗滲性明顯降低。

表1 L9（34）正交試驗方案、極差分析結果

表2 方差分析結果

由正交試驗中的方差分析可知，水膠比因素對煤矸石混凝土的抗滲影響程度最為顯著，因此，低水膠比的煤矸石混凝土的抗滲性能力顯著提高。

3.2 煤矸石摻量對混凝土抗滲性的影響

煤矸石對混凝土滲水高度的影響與摻量有關。煤矸石摻量越大，28 d滲水高度越大。根據方差分析，煤矸石摻量因素影響顯著度較低。

3.3 減水劑摻量對混凝土抗滲性的影響

減水劑摻量對混凝土滲水高度的影響較大。隨著減水劑摻量增加，煤矸石混凝土28 d滲水高度明顯降低。這可能是因為減水劑能改善混凝土的和易性,減少用水量,水分蒸發時留下的毛細孔管少,從而提高了混凝土的密實度和抗滲性。另外，聚羧酸減水劑有一定的引氣作用，使混凝土內部產生部分微小、均勻的氣泡,氣泡隔斷了混凝土內部連通的毛細管孔道，從而提高了混凝土的抗滲性。

由正交試驗中的方差分析可知，減水劑摻量因素對煤矸石混凝土的28 d抗滲能力影響程度較小。

3.4 硅灰摻量對混凝土抗滲性的影響

隨著礦物摻和料硅灰摻量的增加，混凝土的28 d滲水高度呈現出緩慢下降的趨勢。這說明隨著硅灰摻量的增高，混凝土的抗滲能力緩慢增加。這可能是因為硅灰的摻入可以顯著改善混凝土內部的微觀結構，通過火山灰效應和微集料效應，提高了混凝土的密實度，從而提高了抗滲能力。由正交試驗中的方差分析可知，硅灰摻量對煤矸石混凝土的影響顯著度較低。因此，高硅灰摻量混凝土的抗滲能力有所提高。

4 結語

混凝土的抗滲性能與密實程度密切相關，而混凝土的孔結構決定了其密實程度，影響混凝土密實度的因素都將影響其抗滲能力，煤矸石混凝土也不例外。

正交優化設計試驗結果表明：在四個影響因素中，水膠比對滲水高度的影響最為顯著，硅灰摻量的影響顯著度遠小于水膠比，煤矸石摻量和減水劑摻量的影響顯著度較低。

破碎混合煤矸石混凝土的滲水高度隨著水膠比的降低而顯著降低，隨著硅灰摻量的增加，煤矸石摻量的降低，減水劑摻量的增加而緩慢降低。