摘要：淺析高強混凝土的原材料選擇和利用正交法選擇C60高強混凝土最優配合比的過程。
關鍵詞：高強混凝土 配合比 正交試驗 因素
前言
隨著高層建筑及大跨度的結構不斷發展，對混凝土強度的要求也越來越高，采用高強混凝土可以減少結構截面尺寸、降低結構自重和減輕地基基礎的負荷。但是由于高強混凝土對原材料要求高實際施工中質量不易控制，因此我國對高強混凝土應用并不廣泛。根據合肥市建委相關專家調查統計，合肥目前絕大多數使用的仍是普通強度等級混凝土，C55以上等級的高強混凝土應用還不到1%。而全國高強混凝土平均應用比例也僅為6%左右。因此在我國高強混凝土技術的應用的推廣勢在必行，下面本人淺析利用正交法配制高強混凝土過程。
1.原材料的選擇
1.1水泥
水泥品種通常選用強度等級不低于42.5級的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和早強型硅酸鹽水泥。本試驗選用銅陵海螺牌42.5級普通硅酸鹽水泥，該品牌水泥質量穩定、富余強度高。水泥的安定性、標準稠度凝結時間和細度等指標均符合GB175-2007規定。
1.2骨料
1.2.1細骨料
砂宜選用質地堅硬級配良好的河砂，為避免因砂過細導致拌和物的坍落度減少，細度模數要大于2.6。泵送混凝土還要求0.315mm篩孔的通過量不應少于15%，0.16mm篩孔的通過量不應少于5%。砂中不容許有泥塊存在，必要時要沖洗后使用。本試驗采用的細度模數為2.8的天然河砂級配良好，表觀密度為2.65×103 kg / m3，堆積密度1.45 ×103kg / m3，含泥量、泥塊含量等滿足JGJ52-2006規定。
1.2.1粗骨料
配制高強混凝土在原材料選擇上與普通混凝土最大的區別是必須選用壓碎指標小于10%以下的碎石或卵石，粒徑要小，且級配良好，有利于改善拌和物性能和提高混凝土質量。本試驗采用天然石灰巖碎石，壓碎指標6%，粒徑為5~20連續級配，針片狀含量3%，含泥量、泥塊含量等均滿足JGJ52-2006規定。
1.3外加劑
配制高強混凝土選用外加劑原則是：有較大的減水率、較高的增強率，無引氣性或引氣性極低。本試驗采用YS-2高效減水劑各項指標均滿足GB/T8076-1997的規定，并在使用前與水泥做低水灰比下的相容檢測。經反復試驗調整YS-2高效減水劑的最佳摻量為2%，減水率為16%。
1.4摻合料
粉煤灰在高強混凝土中作用是利用其內含物質潤滑作用降低水灰比，以及細粉末填充效應和火山灰活性效應，提高混凝土強度和改善綜合性能，摻量一般控制在15%~30%。本試驗選用淮南坪圩電廠Ⅰ級粉煤灰，其細度、燒失量、需水比均滿足GB1596-2005規定。
2.配合比設計
原材料選擇是得到高強混凝土的前提和基礎，而合理的確定高強度混凝土的配合比是保證高強混凝土達到設計要求的另一個方面。混凝土配合比設計實際上就是對各種原材料在單位體積內的用量進行計算和摻配。
2.1基準水灰比的確定
高強混凝土水灰比的計算不能簡單的采用普通混凝土的強度公式，應根據試驗資料進行統計，在沒有統計資料情況下一般C50~C60不低于1.15倍的強度等級，C70~C80不低于1.12倍的強度等級，水膠比控制在0.25~0.42。通過初步試驗數據分析確定C60基準水膠比為0.37。2.2砂率的確定
高強混凝土砂率一般非泵送砼砂率控制在：28%?34%，泵送：34%?44%。本試驗用36%、38%、40%三種進行正交試配。
2.3正交試驗確定配合比
本試驗目標是配制C60高強混凝土，要求指標不單是強度，還要突出工作性能和耐久性。配制方法是使用海螺牌P.O42.5級水泥、YS-2高效減水劑和淮南坪圩電廠Ⅰ級粉煤灰，通過正交優化處理找出最優配合比。
2.3.1初步確定三因素
三因素水平表 表1
|
因素 |
水膠比 |
粉煤灰（%） |
砂率（%） |
|
1 |
0.39 |
15 |
36 |
|
2 |
0.37 |
20 |
38 |
|
3 |
0.35 |
25 |
40 |
2.3.2采用相應的正交表安排試驗
由于是三因素水平，故選擇L934正交表安排試驗，試驗結果一并列入表2
正交試驗設計分析表 表2
因素
試
驗號 |
水膠比 |
粉煤灰 |
砂率 |
空列 |
28天抗壓強度（MPa） |
坍落度T(mm) |
擴展度K(mm) |
綜合指標 |
|
A |
B |
C |
D |
|
1 |
1（0.39） |
1（15%） |
1（36%） |
1 |
58.5 |
205 |
450 |
304 |
|
2 |
1（0.39） |
2（20%） |
2（38%） |
2 |
65.0 |
215 |
480 |
321 |
|
3 |
1（0.39） |
3（25%） |
3（40%） |
3 |
65.3 |
210 |
500 |
324 |
|
4 |
2（0.34） |
1（15%） |
2（38%） |
3 |
78.3 |
210 |
470 |
314 |
|
5 |
2（0.37） |
2（20%） |
3（40%） |
1 |
80.3 |
215 |
500 |
328 |
|
6 |
2（0.37） |
3（25%） |
1（36%） |
2 |
80.9 |
210 |
500 |
324 |
|
7 |
3（0.37） |
1（15%） |
3（40%） |
2 |
79.8 |
210 |
500 |
324 |
|
8 |
3（0.35） |
2（20%） |
1（36%） |
3 |
78.2 |
210 |
500 |
324 |
|
9 |
3（0.35） |
3（25%） |
2（38%） |
1 |
81.3 |
200 |
500 |
316 |
|
KR1 |
188.8 |
239.5 |
239.3 |
|
|
|
|
|
|
KR2 |
216.6 |
223.5 |
227.5 |
|
|
|
|
|
|
KR3 |
217.6 |
224.6 |
225.4 |
|
|
|
|
|
|
RR |
28.8 |
16.0 |
13.9 |
|
|
|
|
|
|
KW1 |
949 |
966 |
964 |
|
|
|
|
|
|
KW2 |
942 |
973 |
964 |
|
|
|
|
|
|
KW3 |
952 |
951 |
976 |
|
|
|
|
|
|
RW |
10 |
22 |
12 |
|
|
|
|
|
由上表可知對于抗壓強度，從極差RR分析來看，影響順序依次為：水膠比、粉煤灰摻量、砂率，最佳組合為A3B3C2;對于工作性，從極差RW分析來看，影響順序依次為：粉煤灰摻量、砂率、水膠比，最佳組合為A1B2C1。下面圖1和圖2分別是因素的強度和工作性趨勢圖，兩圖也證實了極差分析的正確性。
由于該配合比設計首先要求的是強度達到C60，因此綜合得到的配合比為A3B3C1。因此確定水灰比為0.35、粉煤灰摻量為25%、砂率為36%。
2.4配合比驗證
由于高強混凝土設計配合比確定后還應用該配合比進行不少于6次的重復度驗進行驗證，要求其平均值不應低于配制強度，因此我們對該配合比進行了8次重復試驗驗證，其結果見表3。
重復驗證強度試驗結果 表3
項目
序號 |
7天強度（MPa） |
28天強度（MPa） |
60天強度（MPa） |
坍落度（mm） |
|
1 |
40.1 |
73.5 |
89.2 |
210 |
|
2 |
42.2 |
75.2 |
90.1 |
205 |
|
3 |
40.5 |
70.5 |
88.6 |
215 |
|
4 |
41.8 |
72.3 |
92.3 |
210 |
|
5 |
43.0 |
74.8 |
85.1 |
210 |
|
6 |
46.2 |
74.1 |
88.6 |
200 |
|
7 |
42.8 |
70.5 |
87.9 |
215 |
|
8 |
40.9 |
70.0 |
86.1 |
215 |
|
平均值 |
42.2 |
72.6 |
88.5 |
210 |
通過以上8組重復驗證試驗結果表明：其最小值及平均值均高于設計強度，在試驗中發現工作性能良好，因此，該配合比符合高強混凝土配制要求，可以用于實際工程中。
3.結束語
高強混凝土的配制技術要求較嚴格，對各種原材料質量和用量均有較嚴格要求，要想獲得優質的高強混凝土，首先必須對原材料進行優選。除了強度要求外，還必須要求有良好的工作性能和質量的穩定性，即在施工期內主要控制項目的性能不能產生較大的波動。其次，一些在普通情況下不太敏感的因素，在低水灰比的情況下會變的相當敏感，這就要求在配合比設計時必須對各種原材料、外加劑、摻合料及砂率應通過優化組合選最優配合比。由于普通組合試驗次數太多，耗費時間和精力，因此正交法優選配合比時顯得相當省時、省力、省材料，且得出的結果能合理反映客觀情況。個人認為正交法在高強混凝土配合比試驗中值得推廣。
(1)《普通混凝土配合比設計規程》(JGJ55-2000)[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2001.
(2)《混凝土外加劑應用技術規范》(GB50119-2003)[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2003.
(3) 張應立.《現代混凝土配合比設計手冊》[M]. 北京：人民交通出版社，2002.
