正交試驗在盾構管片混凝土配合比設計中的應用

余海濤　武　斌　余官祥　何龍　羅新垚（深圳港創建材股份有限公司）

正交試驗在盾構管片混凝土配合比設計中的應用

余海濤武斌余官祥何龍羅新垚
（深圳港創建材股份有限公司）

混凝土配合比設計對混凝土的質量與強度起決定性作用，利用正交試驗對配合比中影響混凝土性能的主要影響因素進行分析。結果表明：水膠比對混凝土的工作性能和抗壓強度都影響極大，超細石粉對混凝土的工作性能和抗壓強度都存在副作用，而礦粉對混凝土的工作性能影響較小，對抗壓強度有略微的增強作用，利用正交試驗可以得出最優配合比。

混凝土；正交試驗；盾構管片

1　前言

近年來我國地鐵建設規模不斷擴大，各大城市地鐵建設項目競相開工，地鐵修建技術也得到了不斷的發展。目前全國在建的地鐵隧道大部分都采用盾構法施工，在地鐵盾構隧道施工中，管片作為結構襯砌主體，對整個地鐵隧道的質量和使用壽命起著關鍵作用［1］。地鐵盾構混凝土預制管片一般使用C50高強混凝土，管片在鋼模里預制，澆搗結束后進行靜置、蒸汽養護，混凝土強度達到20MPa之后從模具中吊出，放置在車間降溫4h后吊入水池侵泡養護7d，再淋水養護14d，然后進入存放區保濕［2］。本文在借鑒以往盾構管片混凝土生產配合比的基礎上，通過正交試驗來探討水膠比、礦摻總量及礦摻比例對盾構管片混凝土性能的影響，從而對配合比進行優化。

2　試驗原材料及試驗方法

2.1試驗原材料

①水泥 采用廣西貴港臺泥PO42.5R級水泥，密度3.15g/m3，28d抗壓強度53MPa。

②粉煤灰 采用廣東某廠生產的磨細石粉，比表面積420kg/m3。

③礦粉 采用小野田S95級礦粉

④砂 東莞河砂，細度模數2.7。

⑤碎石 金業5～25mm碎石。

⑥減水劑 聚羧酸減水劑，減水率22.5%。

2.2試驗方法

此次試驗采用正交試驗方法，將水膠比、超細石粉摻量、礦粉比例作為影響盾構管片28d強度的主要因素，每個因素有三個水平，各因素水平見表1。

表1　正交試驗設計因素水平表

表2　配合比kg/m3

表3　試驗結果

3　試驗結果

3.1工作性能極差分析

從表4分析結果可以看出，水膠比對混凝土的坍落度和擴展度影響最大，礦粉摻量對混凝土的工作性能影響最小。因素A中，隨著水平的遞增，混凝土的坍落度和擴展度都呈逐漸增大的趨勢，這主要是因為，隨著水膠比的增大，混凝土的單位用水量逐漸增多，混凝土的漿體量增多，且漿體粘度下降，因而流動性能增強。因素B隨著水平的遞增，混凝土的坍落度和擴展度逐漸減小，這主要是因為超細石粉沒有類似優質粉煤灰的滾珠效應，且超細石粉比表面積較大，包裹其表面需要的水較多，因而表現為混凝土拌合物的工作性能降低。

表4　工作性能極差分析

3.2抗壓強度極差分析

從表5分析結果可以看出，水膠比對混凝土的3d 和28d抗壓強度都影響最大，且隨著水平的遞增，混凝土3d和28d抗壓強度都呈逐漸降低的趨勢，這是因為，隨著水膠比的增大，混凝土的單位用水量增多，因而水蒸發后留下的連通孔隙越多，而這些孔隙不能承受壓力，因而造成混凝土抗壓強度下降。因素B隨著水平的遞增，混凝土3d和28d抗壓強度也都會呈逐漸降低的趨勢，但降低幅度小于水膠比對混凝土強度的影響，這主要是因為磨細石粉的主要化學成分是碳酸鈣，而碳酸鈣是一種惰性材料，從理論上推斷它沒有任何活性，不會參與水化，雖有不少報道［3-4］認為磨細石粉在水泥漿體中可以起到微集料填充效應和微晶核效應，但這些都對混凝土的強度發展貢獻很小。因素C隨著水平的遞增，混凝土3d和28d抗壓強度都會呈略微逐漸增長的趨勢，這主要是因為礦粉的主要化學成分SiO2、Al2O3等能與水泥水化生產的Ca（OH）2反應生成對強度發展有用的硅酸鹽凝膠和鋁酸三鈣凝膠，因而對混凝土的強度發展有一定的貢獻。

表5　抗壓強度極差分析

4　結論

⑴水膠比對混凝土的工作性能和抗壓強度都影響極大，超細石粉對混凝土的工作性能和抗壓強度都存在副作用，而礦粉對混凝土的工作性能影響較小，對抗壓強度有略微的增強作用。

⑵通過正交試驗的極差分析，可以判定本混凝土試驗的最優配合比為A1B1C3。●

［1］黃歡.高性能混凝土在福州軌道交通1號線盾構管片中的應用［J］.混凝土，2014（10）：134-137.

［2］陳凱.地鐵免蒸養盾構隧道管片混凝土的設計與制備及其工程應用［D］.武漢理工大學，2010.

［3］余琴，黃振興，曹養華等.磨細石灰石粉在混凝土應用的技術探討［J］.混凝土，2015（08）：108-111.

［4］鄧國才，田先忠，陳靜.摻入磨細石粉對混凝土性能的影響［J］.商品混凝土，2010（10）：22-26.

廣東省硅酸鹽學會官方微信號gdgsyxh