低溫對沙漠砂C25混凝土抗壓強度影響

孫雪 馬映昌

（寧夏大學土木與水利工程學院，寧夏 銀川 750021）

0 前言

混凝土在水工建筑物領域中是一種被普遍應用的材料。混凝土的強度和耐久性是混凝土力學性能中最重要的特性，因此受到普遍關注。粉煤灰是摻入混凝土的一項可代替水泥的膠凝材料，能大大降低工程造價，也可改善混凝土和易性、耐久性，降低水化熱。我國西北部寒冷地區(qū)晝夜溫差變化較大，因此混凝土冬季施工越來越受到重視。寧夏地區(qū)擁有大量沙漠砂，如能良好利用沙漠砂資源，適當代替混凝土中砂，對提高西部建設的經(jīng)濟效益及有效合理運用當?shù)刈匀毁Y源可起到重要作用。

目前，低溫條件下的混凝土力學性能有國內(nèi)外廣大專家學者進行了大量的研究分析[1-8]，劉海峰等[9-11]研究了在常溫或高溫情況下沙漠砂混凝土抗壓劈裂抗拉等力學性能影響，但針對沙漠砂混凝土低溫下力學性能的研究還比較少。

本文設計L16(45)正交試驗，分析低溫下沙漠砂C25混凝土的粉煤灰摻量、沙漠砂替代率、溫度和齡期對其抗壓強度的影響，為冬季施工中沙漠砂C25混凝土的力學性能提供參考。

1 試驗原材料

試驗的粗骨料來源于寧夏鎮(zhèn)北堡機械碎石，按5～10mm：10～20mm=3：7（質量）的比例配制；水泥來源于寧夏賽馬牌普通硅酸鹽早強水泥，強度等級為42.5；細骨料選用寧夏鎮(zhèn)北堡生產(chǎn)的人工水洗砂和寧夏鹽池縣毛烏素沙漠砂；粉煤灰采用含水率為0.2%，燒失量為2.8%的I級粉煤灰，生產(chǎn)于寧夏大壩電廠；減水劑選用減水率高于25%的高性能減水劑，生產(chǎn)于北京幕湖外加劑有限公司；水為當?shù)氐娘嬘盟?/p>

2 試驗方案

表1 正交試驗方案

本文中沙漠砂混凝土的強度設計值等級為C25，設計4因素4水平L16(45)正交試驗是為了簡化試驗次數(shù)，同時按照《普通混凝土配合比設計規(guī)程》（JGJ55-2011）的要求進行混凝土配合比設計。確定了水膠比0.65，砂率37%，進而探究粉煤灰摻量、沙漠砂替代率、溫度、齡期對沙漠砂C25混凝土在低溫條件下抗壓強度的影響。沙漠砂C25混凝土試驗方案如表1所示，沙漠砂C25混凝土正交試驗配合比設計計算如表2所示。

表2 正交實驗配合比

制作試件尺寸為100mm×100mm×100mm，拆模后在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護（溫度20±2℃，相對濕度95%）。7d、14d、28d、56d后用高低溫試驗箱對試件進行低溫處理，考慮20℃、-10℃、-20℃、-30℃、-40℃五個溫度等級，將溫度降至預設溫度，放置高低溫試驗箱內(nèi)保持4h，這樣視為試件內(nèi)外溫度一致，使用萬能試驗機測定試件抗壓強度測試。計算處理后結果如表3所示。表3中低溫下抗壓強度值表示為試驗的平均值，總共102塊試塊。每組試件試驗強度與其平均值差值均小于15%，質量良好，制作差異對強度的影響較小。

表3 正交試驗結果

3 試驗結果與分析

本次正交試驗研究了通過改變粉煤灰摻量、沙漠砂替代率、溫度、齡期四個因素，滿足該條件的四水平正交表為L16（45），共實驗兩次，采用重復正交試驗的數(shù)據(jù)處理方法進行處理。

3.1 極差分析

由于本次試驗設計為四因素四水平，因此使用五因素水平正交試驗表進行計算，其中一列作為空白列。設置空白列的作用是為了減小試驗的隨機誤差，也稱為誤差列。對比極差值因素A、B、C、D大小，得出各因素對沙漠砂C25混凝土低溫下抗壓強度影響的主次順序。對沙漠砂C25混凝土低溫下抗壓強度進行極差分析，結果如表4和圖1所示。如圖1所知：在水膠比0.65、砂率37%的情況下，沙漠砂C25混凝土低溫下抗壓強度主次順序為C>D>A>B。

表4 試驗結果極差分析數(shù)據(jù)表

圖1 低溫下沙漠砂C25混凝土抗壓強度影響極差分析數(shù)據(jù)圖

3.2 方差分析

表5 試驗結果方差分析

1）粉煤灰摻量A對應F值為3.71，大于f0.95（3，25）=2.99。因此在低溫條件下，改變粉煤灰摻量A可顯著影響沙漠砂C25混凝土的抗壓強度。

2）沙漠砂摻量B對應F值為2.45，小于f0.95（3，25）=2.99。因此在改變沙漠砂摻量B的情況下，不顯著影響沙漠砂C25混凝土低溫下的抗壓強度。

3）溫度C對應F值為13.25，大于f0.99（3.25）=4.63。因此在改變溫度C的情況下，高度顯著影響沙漠砂C25混凝土低溫下的抗壓強度。

4）齡期D對應F值為4.76，大于f0.99（3.25）=4.63。因此改變齡期D對沙漠砂C25混凝土抗壓強度在低溫條件下有顯著影響。

4 結論

本文進行了低溫下沙漠砂C25混凝土抗壓強度正交試驗，通過對實驗結果進行方差分析和極差分析，可以得到結論如下：

1）在水膠比0.65、砂率37%的情況下，沙漠砂C25混凝土低溫下抗壓強度主次順序為溫度C>齡期D>粉煤灰摻量A>沙漠砂摻量B；

2）在水膠比0.65、砂率37%的情況下，因素粉煤灰摻量A和因素齡期D對低溫下沙漠砂C25混凝土抗壓強度有顯著影響，因素沙漠砂替代率B對沙漠砂C25混凝土低溫下抗壓強度影響不顯著，因素溫度C對沙漠砂C25混凝土低溫下抗壓強度影響有高度顯著影響。