基于正交C30自密實混凝土試驗的研究

（江海職業技術學院土木工程學院，江蘇 揚州 225100）

目前，混凝土結構加固技術在我國正處于發展階段，增大截面法是一種較為常用的加固方法。加固梁構件時，由于梁中有鋼筋且原有梁和模板間的空隙較小，因此普通混凝土很難填充，但是自密實混凝土具有優異的流動性能及抗離析性，在澆筑過程中能憑借自身重力自由流動，穿越鋼筋間隙填充模板[1-2]，彌補了普通混凝土的不足。然而，自密實混凝土性能受原材料性能、產地、摻入量影響很大，因此本文選取減水劑、石子、砂子、粉煤灰、礦粉、水泥、水7個因素進行正交試驗。

1 試驗概況

1.1 原材料

水泥采用亞東牌P·O42.5級，密度3020kg/m3；粗骨料選用粒徑5～16mm連續級配的石子，壓碎值9.99%，表觀密度2720kg/m3；細骨料選用細度模數2.7的中砂，表觀密度2620kg/m3，泥含量1.5%；粉煤灰密度2520kg/m3，細度6.0%，需水量92%，燒失量1.03%，含三氧化硫0.61%；礦粉采用S95級礦粉，密度2860kg/m3，流動度比98%，含水量0.3%，燒失量0.66%，三氧化硫2.65%；高效減水劑為棕色PCA-9聚羧酸，通過外加劑混凝土試驗，得其摻量1.0%時，減水率15%；水選取揚州自來水。

1.2 試驗方案及配合比

影響自密實混凝土性能的因素較多，特選用正交表L18（61×36）為試驗方案，因素水平見表1，配合比及試驗結果見表2。通過比較，表1中各組別材料體積比之和在1上下波動，相差7%左右，在合理范圍之內。

2 試驗結果與分析

2.1 性能及強度試驗結果

2.1.1 坍落擴展度試驗結果

拌合物坍落擴展度反應其填充性能（見表2）。第1、9、12、14、16組的拌合物性能均勻，稠，其值均小于等于500mm，其中第1組成橢圓形，長邊超過500mm；第6、8、17、18組值大于500mm，但是中間堆積，其中8組拌合物邊緣呈現泌水狀態，第18組有離析；第2、3、4、5、7、10、11、13、15組性能均勻，性能良好，且第13組的值達到730mm。

2.1.2 T500試驗結果

由表2可見，第9、12、14、16組由于坍落擴展度小于500mm，其T500均沒有數值，第1組單邊超過500mm，記錄了T500為4.71秒，剩余的13組T500均小于2秒；13組的中邊差小于2cm，其余17組均大于2cm，可見粗骨料在細骨料中的拌合性能不是很好。

表1 正交試驗因素水平

表2 材料配合比及試驗結果（kg）

表3 性能、強度極差分析

2.1.3 抗壓強度試驗結果

試件的抗壓強度如圖1，試件28天強度均比7天時大幅增長，第9組增長最多，增長了49%，增長最小的是第14組，增長了25%；18組試件的7天強度為28天的69%～80%，這是因為雙摻礦粉彌補了粉煤灰早期強度的不足。

圖1 18組試件的抗壓強度

2.2 各因素對性能、強度影響程度

試驗結果的極差分析見表3。對T500進行分析時，由于第12、14、16組擴展度小于500mm，對應T500數據缺失，故賦予T500=25s來進行研究。

由表3可見，水泥體積含量是影響拌合物性能及強度的最主要因素，因此水泥的性能及含量是配比中最不能忽略的因素。7個因素中，水泥、砂子、減水劑、粉煤灰是影響坍落擴展度及T500的主要因素，礦粉最弱。水泥、礦粉、減水劑、水是影響試件抗壓強度的前4個主要因素，粉煤灰排在后，這是由于早期粉煤灰的火山效應還沒有充分發揮，水化反應主要由水與水泥、礦粉、減水劑引起[3]。中邊差主要反應粗細骨料的配合性能，其值在2cm以內是最好的[4-5]，碎石、砂子是影響中邊差最主要因素。

2.3 各因素水平對性能、強度影響程度

圖2為各因素體積含量變化對拌合物性能及試件強度的影響趨勢。

圖2 各因素水平對坍落擴展度、T500、中邊差、7d強度、28d強度的影響

從圖2（a）、（b）、（c）可知，拌合物通過性性能在水泥體積分數最小、粉煤灰最大、砂子及水體積分數較大時性能最優，這是因為粉煤灰體積比水泥大，在一定摻量內可以起到潤滑作用，而細骨料大可以很好融合在漿體里面，帶動漿體流動。

從圖2（d）、（e）可見，影響試件強度的前5個因素水泥、礦粉、水、減水劑、粉煤灰分別在水泥體積分數0.104、礦粉0.025、水0.1795、減水劑4.2kg/m3、粉煤灰0.036時，試件7天強度與28天抗壓強度均達到最大值，此時礦粉的體積分數是膠凝材料總體積的15.2%，粉煤灰是21.8%。從圖2（a）、（e）知，除水泥因素外，其余因素水平對坍落擴展度及28天強度影響趨勢完全一致，由此得出坍落擴展度對試件強度也有重要影響。

綜上所述，采用極差綜合比較法，兼顧經濟性，最終選B1C1D3E2F3G2，減水劑取值1.1%時為最優方案，經試驗驗證，對應的性能如表4。

表4 最優方案測試結果

3 結論

1）7個因素中水泥、砂子、減水劑、粉煤灰是影響拌合物通過性的最主要因素；水泥、礦粉、水、減水劑是影響試件強度的最主要因素。

2）水泥體積分數最小、粉煤灰最大、砂子和水體積分數較大時，拌合物通過性性能最優；粉煤灰體積分數稍大于礦粉時，試件強度最大。

3）除水泥因素外，其余因素水平對坍落擴展度及28天強度影響趨勢完全一致，可得坍落擴展度值對試件強度有重要影響。

4）性能及強度最優方案：減水劑1.1%，碎石體積分數0.28、砂子0.31、粉煤灰0.036、礦粉0.025、水泥0.07、水0.1795；對應水膠比0.48，28天強度值45.36MPa；從而為進一步深入研究C30的優化、配置C40提供了一定的參考價值。