水工砂巖材料的配比強度影響因子試驗分析

王振平

(遼寧省鞍山水文局，遼寧 鞍山 114000)

近些年來，砂巖材料在許多水利工程建設過程中得到應用，其材料強度和類砂巖較為相似，但成本要明顯低于砂巖[1]。砂巖材料主要由石灰、骨料以及水泥三個要素組合，其配比方法對其強度影響較大。當前，許多學者通過試驗方法對其配比方案進行探討，取得一定研究成果[2-6]，但這些成果大都未能進行不同配比方案下的強度試驗，且未能對其影響主要因子進行探討。多個研究成果表明[7-10]，當配比方案達到最優，其強度可達到最大。為此，文章通過試驗方法，對不同水工砂巖材料的配比方案下的強度進行試驗探討，并對其強度影響主因進行分析。研究成果對于砂巖材料的優化使用具有重要參考。

1 試驗材料及試驗方案

石灰、骨料以及水泥是水工砂巖材料的重要成分，在具體使用時還需要增加外用添加劑增強其材料的強度，采用1.45mm的篩子對砂巖骨料進行篩選，強膠效果采用水泥進行加固。采樣細度為30um范圍內的鐵粉作為外用添加劑提高砂巖材料的導熱能力。不同砂巖材料配比參數，見表1，并采用正交相對方式設計兩種砂巖材料的配比方案，不同砂巖正交相對配比方案，見表2；試驗方案設計配比，見表3。

表1 不同砂巖配比參數

續表1 不同砂巖配比參數

表2 不同砂巖正交相對配比方案

表3 試驗方案設計配比

2 試驗結果

2.1 不同配比方案強度試驗結果

對不同砂巖材料配比方案下的進行導熱系數以及單軸抗壓強度的試驗分析，不同砂巖材料配比方案下的強度試驗指標結果，見表4。

對不同砂巖的特征指標進行10組相似試驗方法分析，從試驗分析結果可看出，不同試驗配比方案下粗粒石英砂巖飽和密度均低于中粒紅砂巖。兩種類型砂巖材聲波波速變幅相對較低。兩種類型砂巖在不同配比方案下的導熱系數變化受外界影響程度較低，且其單軸抗壓強度均>15MPa，單軸抗壓強度相對較高。

表4 不同砂巖材料配比方案下的強度試驗指標結果

2.2 砂巖材料最優配比方案分析

結合不同配比方案下兩種砂巖類型材料的強度特征指標試驗結果，將各試驗指標作為因變量，自變量為不同配比，建立各類型砂巖材料配比與強度指標的相關方程，方程如下所示，并對不同配比方案進行綜合對比，確定兩種砂巖類型材料的最優配比方案。各類型砂巖材料的最優配比結果，見表5；原料砂巖與類砂巖材料強度特征指標對比試驗結果，見表6。

粗粒石英相關方程：

(1)

中粒紅相關方程為：

(2)

表5 各類型砂巖材料的最優配比結果

表6 原料砂巖與類砂巖材料強度特征指標對比試驗結果

結合各類型砂巖材料配比和強度特征指標的相關方程，對不同配比下的強度指標進行分析，確定各類型砂巖材料的最優配比。粗粒石英砂巖最優配比方案為水泥與骨料比為0.53、水灰比為0.47，外加劑鐵粉的滲入質量比為6.9%，中粒紅砂巖材料其最優配比方案為水泥與骨料比為0.49、水灰比為0.53，外加劑鐵粉的滲入質量比為7.5%。在同一配比方案下，各類型砂巖材料與原料砂巖的強度指標較為接近，單軸抗壓強度可>25MPa，滿足水工材料的強度要求。

3 結 論

1)不同配比方案下粗粒石英砂巖飽和密度均低于中粒紅砂巖，材聲波波速變幅相對較低。兩種類型砂巖在不同配比方案下的導熱系數變化受外界影響程度較低，且其單軸抗壓強度均>15MPa，單軸抗壓強度相對較高。

2)在同一配比方案下，各類型砂巖材料與原料砂巖的強度指標較為接近，單軸抗壓強度可>25MPa，滿足水工材料的強度要求。