多因素作用下混凝土早期強度及抗滲性能研究

王珊

摘要：隨著社會的建設發展，對工程的施工質量提出了更高要求，尤其是針對施工中常用的混凝土結構，通過控制其強度性和抗滲性，來提高工程結構的安全性和可靠性。本文以交互式實驗對西部地區的工程施工中混凝土結構進行驗證，從水膠比、養護溫度、引氣劑摻量這三種因素出發，驗證其對混凝土結構的早期強度和抗滲性能的影響。

關鍵詞：多因素作用;混凝土結構;早期強度;抗滲性能;實驗驗證

由于西部地區多為溝壑地形和鹽漬地形，再加上工程建設施工數量的不斷增加，受到西北地區冬季季節漫長的影響，使得工程混凝土結構的施工周期延長，且工程建設任務較為緊迫，從而導致混凝土早期強度在低溫和負溫下受到不同程度的影響。此外，綜合考慮經濟因素和起跳因素，使得混凝土灌注樁不得不建設在鹽漬土壤中。所以，低溫環境和負溫環境也會對混凝土結構的抗滲性能產生影響。

一、試驗驗證設計

本試驗驗證的是不同引氣劑摻量、不同水膠比、不同養護溫度對混凝土結構的抗壓強度和抗滲性能的影響。由于本次試驗同時考察了上述三個影響因素的作用，如果采用全面試驗的方式，那么，會使得試驗規模變大。所以，通過正交試驗方式來設計這3個因素的影響，并針對每個因素設置3個水平，詳見圖1。本次試驗采用齡期為28d的混凝土結構為試驗過程中的控制變量，并且試驗中的不同水膠比粉煤灰以及礦粉摻量均為15%。

（一）試件制備和養護時期

在進行正交試驗方案設計時，可以根據因素和水平表和混凝土配合比進行綜合考慮，如圖2所示。在基礎上，制定正交試驗中所用的混凝土結構，將稱重好的新拌混凝土拌合物，按照國家標準規定對新拌混凝土進行含氣量、和易性的測試，并將新拌混凝土填入到“100mm×100mm×100mm”和“150mm×150mm×150mm”的模具中，并經過振動臺進行振搗處理40s，在經過處理之后形成的混凝土結構，分別放入到溫度為“（3±0.2）℃”、“（-3±0.2）℃”的模擬箱中進行帶膜養護，并在養護4天之后拆除外部模具，再放入到20℃的養護工作環境中進行養護，并在1d之后進行拆模處理，然后有養護階段轉變至試驗齡期。

（二）正交試驗方法

1、強度測試法

針對混凝土結構強度進行測試，主要是采用MTS電液伺服壓力機，遵循國家相關標準對其進行抗壓強度測試，并按照相應的管理養護條件，對達到規定養護齡期的100mm×100mm×100mm混凝土結構進行試驗測試。

2、氯離子滲透性試驗法

利用氯離子多功能測定儀對混凝土結構中的氯離子進行滲透性的功能試驗，并嚴格按照國家標準要求中的電通量法進行功能試驗，并嚴格按照相應的養護條件對滿足養護規定齡期的150mm×150mm×150mm混凝土結構進行鉆心取樣處理，制作成100mm×50mm的圓柱形結構試件，在試驗處理之前，對圓柱試樣進行真空飽水處理。

二、試驗結果分析

（一）極差分析

在正交試驗過程中，利用極差對數據的離散程度進行體現，某個影響因素的極差值越大，其實際的離散程度越大，則表示這個因素在試驗范圍內的變化程度，導致試驗指標出現較大波動。所以，在正交試驗過程中，經常會將極差數值作為衡量這個因素對試驗結果的影響程度。在本次正交試驗過程中，水膠比影響因素是決定混凝土抗壓強度的主要影響因素，其次是養護溫度影響因素，而引氣劑因素對混凝土結構抗壓強度的影響最小。而且，針對混凝土結構抗氯離子滲透性能起到主要影響的是養護溫度，其次是水膠比影響因素，而引氣劑因素對混凝土結構滲透性能的影響最小。但同時，由此可以直觀看出混凝土結構的抗壓強度和抗滲性能之間是不存在關系的。

（二）方差分析

方差分析被稱為“變異數分析”、“F檢驗”，主要是以變量影響因素的方差數值為切入點，研究控制變量對觀測變量的影響。本次正交試驗為單個觀測正交試驗。其中，水膠比因素對混凝土結構影響強度十分顯著，而引氣劑因素和養護溫度因素對混凝土結構影響強度顯著。同等條件下，養護溫度因素對混凝土結構影響強度是小于引氣劑因素的影響，這并不是與以往的研究結果相悖，而是因為本次試驗是在多因素的交互作用下進行的，與水膠比因素的影響相比較，引氣劑和養護溫度對混凝土結構抗壓強度的影響程度降低。

（三）因素指標分析

根據正交試驗分析可知，引氣劑摻量的增加，導致混凝土結構的強度下降。而養護溫度的升高，導致混凝土結構的抗壓強度逐漸增大，說明養護溫度因素對混凝土結構強度的影響顯著，主要是因為在-3℃的養護環境下，溫度已經降低到冰點以下，由于混凝土結構中的大部分水分已經處于結冰狀態，導致其強度發展停滯，并且，孔隙中的水分結冰會使孔壁產生較大的壓力，使其穿裂縫問題，嚴重破壞了混凝土結構內部。

三、結語

第一，在水膠比、養護溫度、引氣劑這三種影響因素的交互作用下，對試驗分析結果進行正交分析可知“影響混凝土結構強度的因素是水膠比>養護溫度>引氣劑”。第二，通過對影響因素的指標進行分析，隨著水灰比的增加，混凝土結構強度降低，而隨著引氣劑摻量的增加，混凝土結構強度逐漸降低，以及養護溫度的逐漸升高，使得混凝土結構強度增大。正交試驗分析結果與單獨變量試驗的結果相同。第三，本次正交試驗中，混凝土結構的抗滲性能與抗壓強度之間時候沒有相關性的。

參考文獻：

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（作者單位：南京方園建設工程材料檢測中心）