自然煤矸石輕骨料混凝土的塌落度分析

楊力輝，楊麗君，李 晨

（第四工程代建管理辦公室，沈陽 110005）

混凝土塌落度是指混凝土的和易性，其中包括混凝土的保水性、流動性和黏聚性。本文主要通過分析聚丙烯纖維自燃煤矸石輕骨料混凝土的5種影響因素，得到有意義的結論。

1 試驗材料

本研究采用均勻試驗設計方法安排試驗，在確定每種影響因素變化范圍的前提下進行試驗。本文采用的原材料主要有六種。一是水泥，采用河北省唐山冀東水泥廠生產的盾石牌42.5普通硅酸鹽水泥（P.O）。二是砂子，采用阜新市他本鎮他本河中砂，細度模數為2.98，堆積密度為1 550 kg/m3，級配合格。三是聚丙烯纖維，采用江蘇省射陽縣強力纖維有限公司生產的聚丙烯纖維。四是外加劑，采用上海花王化學有限公司生產的“邁地150”早強高效純萘系減水劑。五是水，采用自來水，符合《混凝土用水標準》（JGJ 63—2006）對水質的要求。六是煤矸石，煤矸石是在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低并具有一定強度的巖石。

2 自燃煤矸石輕骨料混凝土配合比設計

下面采用均勻設計來安排試驗，選定5個影響因素（水泥、水、砂率、聚丙烯纖維、減水劑），安排10組試驗，即5因素10水平均勻設計，對應均勻設計表為U10(105)，如表1所示。

表1 實驗室試驗配合比

一是水泥，摻量范圍是490～535 kg/m3。二是水，摻量范圍是165～210 kg/m3。三是砂率，本次試驗選用密實狀態的體積砂率，選用范圍是36%～45%。四是聚丙烯纖維，在保證纖維總量不變的情況下，本文取Y形和圓形聚丙烯纖維總含量的范圍是0.0～0.9 kg/m3，試圖通過摻不同摻量、不同截面的纖維，達到增強﹑增韌的目的。五是外加劑，摻量范圍是1.0～2.0 kg/m3。

本試驗考慮的因素比較多，為了減少試驗次數，試驗選用的均勻設計表的使用表列號S=5，均勻度偏差D=0.241 4。

3 混凝土拌合物工作性能檢測

將混凝土拌合物試樣用鐵鏟分三層均勻地裝入筒內，使搗實后每層高度為筒高的三分之一左右。每層用彈頭形搗棒插搗25次。插搗沿螺旋方向由外向中心進行，各次插搗在截面上均勻分布。通常用坍落度表示流動性的大小，黏聚性檢查方法是用搗棒在已坍落的混凝土錐體兩側面輕輕敲打，此時錐體若逐漸整體下沉，表示黏聚性良好，塌落度筒提起后無稀漿或僅有少量稀漿自底部析出，則表示混凝土拌合物保水性也良好[1]。具體檢測結果如表2所示。

表2 聚丙烯纖維輕骨料混凝土拌合物的工作性能檢測結果

4 塌落度試驗數據處理及分析

根據表3所測的數據，為了進一步分析各個組分對聚丙烯纖維輕骨料混凝土拌和物流動性的影響，利用均勻設計軟件建立了相關數學模型，采用回歸分析方法進行處理[2-3]。根據規范要求的精度，考慮二次項的交互影響，就可以滿足要求。

利用均勻設計軟件，以表2試驗數據為樣本得到混凝土拌和物塌落度回歸方程（見式（1））、方差分析表（見表3）以及回歸方程擬合對比圖（見圖1）。圖1中，樣本數值為圓圈，方程擬合值為圓點，若垂直距離小，則擬合精度高。

表3 塌落度方差分析

圖1 塌落度回歸方程擬合對比圖

5 回歸方程二次項交互影響情況分析

回歸方程二次項交互影響是很重要的，塌落度的變化直接受到一次項和二次項的影響。因此，根據均勻設計軟件，得出二次項交互影響示意圖，如圖2至圖8所示。圖2為水和水泥兩個影響因素對纖維輕骨料混凝土塌落度的交互作用，混凝土的塌落度隨著用水量的增加而加大。圖3中，當砂率固定時，混凝土的塌落度會隨著水泥的增加而減少。圖4中，當砂率固定時，混凝土的塌落度會隨著用水量的增加而加大。圖5中，只有在減水劑和水都達到最大時混凝土的塌落度才能達到最大，當用水量最少時，無論是減水劑最少還是最多，混凝土的塌落度都會最小。圖6是Y形聚丙烯纖維含量和砂率對混凝土塌落度的交互作用，砂率和Y形聚丙烯纖維含量都達到最小時，混凝土的塌落度會最大。圖7是減水劑和砂率的交互作用，從圖中可以看出，當砂率小于40%且減水劑大于1.5 kg/m3時，混凝土的塌落度會達到最大值，當減水劑很小時，混凝土的塌落度受砂率的影響不大。圖8是減水劑和Y形聚丙烯纖維含量的交互影響作用，圖中，塌落度達到最大的可能性比較大，當Y形聚丙烯纖維含量固定時，在減水劑增加到1.5 kg/m3的過程中，塌落度會逐漸增加，而在減水劑固定，Y形聚丙烯纖維含量增加的過程中，塌落度變化不大。由圖中可以分析得出，各因素的影響程度為：X2和X5＞X1和X2＞X2和X3＞X1和X3＞X3和X4＞X3和X5＞X4和X5。

圖2 X1和X2對Y5交互影響

圖3 X1和X3對Y5交互影響

圖4 X2和X3對Y5交互影響

圖5 X2和X5對Y5交互影響

圖6 X3和X4對Y5交互影響

圖7 X3和X5對Y5交互影響

圖8 X4和X5對Y5交互影響

6 結論

本文首先進行了自燃煤矸石輕骨料混凝土配合比設計，然后檢測混凝土拌合物工作性能，處理和分析塌落度試驗數據，最后分析回歸方程二次項交互影響情況。研究表明，正確處理不同因素的交互影響，合理調整混凝土塌落度，可以改善混凝土的和易性。