大流動混凝土正交試驗對其和易性影響因素研究與分析

郝向東 王新嚴 邵景干

摘 要：大流動性混凝土定義為拌和物坍落度不低于160 mm的混凝土。在混凝土工程應用中，大流動混凝土拌和物的工作性容易發生泌水、離析等不良現象，造成這些不良現象的原因有很多：水泥成分，砂石料集配、粒徑、有害物質，摻和料的摻量，單位用水量，外加劑與水泥在相容性以及溫濕度外界因素等。

關鍵詞：大流動混凝土;泌水;坍落度;外加劑;摻和料

中圖分類號：TU528 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）10-0055-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.10.012

Research and Analysis on Influencing Factors of Workability of Large Flow Concrete by Orthogonal Test

HAO Xiangdong1? ? WANG Xinyan2? ? SHAO Jinggan1

（1.Henan Jiaoyuan Engineering Technology Group Co.，Ltd.， Research and Development Center of Green High Performance Material Application Technology Transportation Industry ，Zhengzhou 450046， China;

2. Henan Jianyuan Highway Ancillary Facilities Engineering Co.， Ltd.，Xinxiang? 453400 ，China）

Abstract：Large flow concrete is defined as the slump of the mixture is not less than 160 mm in concrete. Concrete engineering applications， the big flow the workability of concrete mixture are prone to bleeding， as well as the segregation phenomenon， there are a lot of the bad phenomena： the cement composition， the application of distribution， particle size and harmful substances， dosage of admixture， unit water consumption， additive compatibility with cement and external factors such as temperature and humidity.

Keywords： large flow concrete; bleeding water; slump; admixture; admixture

0 引言

大流動性混凝土由于其高流動性能、良好的工作性能等被普遍應用于工程各個方面，然而其大流動性能在較干硬性混凝土和塑性混凝土中容易發生泌水、離析等不良現象，造成混凝土的工作性差，后期力學性能、耐久性能和體積穩定性得不到足夠的保證。本研究就大流動性混凝土拌和物的和易性展開了相關分析與研究，旨在分析在眾多影響因素中哪些因素為較敏感因素。

1 試驗環境與材料

本試驗為了降低人為因素和外界環境因素有可能造成的試驗結果誤差，采取較為統一的試驗步驟并保持相關因素的一致性。

①拌和時環境溫度為20 ℃±5 ℃，相對濕度大于50%。

②拌和前，將材料放置在溫度為20 ℃±5 ℃的室內，放置時間超過24 h。

③為防止粗集料的離析，將集料分檔堆放，使用時再按一定比例混合。

④稱量的精確度：集料為±1%，水、水泥、摻和料和外加劑為±0.5%。

⑤粗集料、細集料均以干燥狀態為基準。

⑥液體外加劑先與水均勻混合。

⑦攪拌機為強制式攪拌機，使用前先用少量砂漿涮膛，避免試驗中混凝土中的水泥砂漿黏附筒壁上造成損失。

⑧攪拌機攪拌。按規定稱好原材料，往攪拌機內順序加入粗集料、細集料、水泥、粉煤灰。啟動攪拌機，將材料攪拌均勻，再拌和過程徐徐加水，全部加料時間不超過2 min。水全部加入后，繼續攪拌2 min，出鍋倒在鐵板上，再人工翻拌1～2 min，使拌和物均勻一致[1-2]。

⑨從拌和物制備完畢到試驗和易性時間控制在5 min內。

本試驗原材料具體情況見表1。

2 試驗影響因素選擇

在大流動混凝土拌和物中更容易發生拌和物離析、泌水、抓地等不良現象，甚至這些不良現象經常同時出現，拌和上表面會出現黃色漿體，粗骨料沉下，盛料很困難。分析不良現象產生的原因，調整拌和物狀態，通常會考慮減少外加劑摻量，尤其高性能減水劑摻量在輕微調整時拌和物狀態會顯著改變。但在運輸罐車內很難分辨混凝土拌和物的狀態，在卸出泵車料斗或者小推車中，一停止攪拌，混凝土拌和物骨料下沉，漿體上浮[3-4]。將拌和物倒在地上時，往往石子會堆積，漿體則慢慢流淌到遠處。發生扒底板結的混凝土拌和物容易漿石分離，容易堵塞泵管，即使勉強進行澆筑，也會造成混凝土結構分層或嚴重跑漿，使結構出現嚴重缺陷，甚至造成返工。高性能減水劑的減水率一般在30%左右，甚至更高。高性能減水劑摻量1%左右，可以明顯降低混凝土用水量。外加劑摻量過大，容易造成混凝土材料間分散，會明顯降低混凝土黏聚性，使較多的自由水被釋放出來，大大增加了混凝土滯后泌水的可能性[5-6]。隨著施工工藝對混凝土拌和物的高要求，混凝土配合比中摻加各種功能在外加劑越來越普遍，外加劑作為一種特殊成分，與傳統材料，像水泥、砂子、石頭的相容性要求被提出。外加劑在工程使用前，需要做相關相容性試驗，確保外加劑能夠與傳統材料良好結合，保證外加劑能夠實現應有的功能和作用。在混凝土中使用高性能減水劑，應先確認減水劑的相關物理與化學指標，如減水率、經時坍落度損失、經時含氣量損失、相容性試驗。高性能減水劑受溫度影響其性能會有明顯區別，冬季氣溫低時，摻高性能減水劑的混凝土就容易發生滯后泌水、離析等不良現象，其原因是水泥水化和溫度的變化影響到了高性能減水劑的各項性能。因此，對實驗室環境溫濕度以及原材料提前放置實驗室時進行溫濕度調整是非常有必要的[7-8]。

摻有高性能減水劑的大流動混凝土，高性能減水劑與水泥、摻和料、集料的匹配性問題，尤其與水泥的匹配性問題也是試驗中需要注意的問題，如果匹配性不好，單方面提高高性能摻量有可能造成拌和物嚴重的滯后泌水不良現象。此外，當水泥中的可溶性堿偏低時，水泥水化速度變慢，也常常出現滯后泌水現象。混凝土趴底的主要原因一般都是因為外加劑的摻量過大造成的，進而伴隨離析、泌水嚴重等現象，因此調整拌和物時須慎重考慮外加劑用量[9-10]。近年來，河砂的開挖逐漸減少，取代河砂的是機制砂和細砂，然而機制砂不同于河砂，在拌和物配合比設計中不能夠參照河砂的相關規范經驗來試配，否則會造成混凝土流動性不足，甚至出現離析、泌水現象，實際操作中機制砂取代河砂后一般要增大砂率。混凝土拌和物拌和時流動性、保水性都欠佳，一旦停止拌和就慢慢泌水，下沉的石子緊緊地與鐵板黏結在一起，很難用鐵鍬等工具鏟動，這一現象稱為抓底、板結[11-12]。產生抓底、板結的主要原因是外加劑摻量敏感，外加劑用量提高0.1%或用水量提高3～8 kg/m3，就會出現泌水現象。混凝土拌和物砂漿過多，石子含量較少，造成混凝土發散，流動性較差。大流動混凝土拌和物在試拌過程中如果出現了泌水、離析、流動性差等不良現象時，首先要通過調整砂石比例，讓集配達到合適在比例，其次考慮調整漿體含量，在水膠比不變的情況下，調整用水量來改變拌和物的流動性，最后考慮調整外加劑用量[13]。

3 正交試驗設計

影響大流動混凝土拌和物和易性的因素有很多，如砂石比例、用水量、外加劑、摻合料。為了判定各因素對大流動混凝土拌和物的敏感度，此次試驗中各因素的波動幅度統一在5%的水平上：其中用水量以200 kg/m3為基數、減水劑以1%為基數、砂率以40%為基數、粉煤灰摻量以膠凝材料總用量為360 kg/m3為基數（見表2）。

本次正交試驗考慮四因素、四水平在正交試驗L16（45）（見表3）。

4 正交試驗數據分析與研究

4.1 正交設計試驗后拌和物和易性及直觀分析（表4）

4.2 影響混凝土拌和物和易性試驗因素敏感度排序

本研究正交試驗小組中A1，B4，D4，C4試驗，混凝土拌和物發生了滯后泌水、離析不良現象，該現象出現的原因為該高性能減水劑摻量過大造成的，在處理數據中體現了混凝土拌和物的狀態對試驗因素的敏感程度排序依次為外加劑摻量、單位用水量、砂率、粉煤灰摻量。

4.3 混凝土拌和物坍落度受試驗因素影響分析

從正交試驗直觀分析各因素各水平平均值并進行了圖表分析：其中粉煤灰摻量對其拌和物坍落度影響見圖1、其中單位用水量對其拌和物坍落度影響見圖2、其中高性能減水劑摻量對其拌和物坍落度影響見圖3、其中砂率對其拌和物坍落度影響見圖4。

5 結論

①本試驗中在高性能外加劑對大流動混凝土的和易性影響最大，在一定范圍內隨外加劑用量增加，混凝土流動度增大，但外加劑用量較高時，混凝土拌和物易發生滯后泌水、離析等不良現象。

②單位用水量對大流動混凝土的和易性影響較大，隨著用水量的適當增加，混凝土拌和物的流動度增加、黏聚性降低，但過多的用水量會造成混凝土拌和物泌水、離析等不良反應。

③砂率對大流動混凝土的和易性的影響較大。隨著砂率的適當增加，混凝土拌和物的流動度增加，還能改善混凝土拌和物的黏聚保水性，但砂率過大會降低混凝土拌和物的流動度。

④粉煤灰摻量按照內摻法對大流動混凝土的和易性影響較小。隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土拌和物的黏聚性降低，拌和物的流動性增加。

⑤大流動混凝土拌和物在試拌過程中如果出現了泌水、離析、流動性差等不良現象，首先通過調整砂石比例，讓集配達到合適的比例，其次考慮調整漿體含量，在水膠比不變的情況下，調整用水量的多少來改變拌和物的流動性，最后考慮調整外加劑用量。

⑥高性能減水劑受溫度影響其性能會有明顯區別。冬季氣溫低時，摻高性能減水劑的混凝土就容易發生滯后泌水、離析等不良現象，其原因是水泥水化和溫度的變化影響到了高性能減水劑的各項性能。

⑦本次試驗未進行方差分析，可能存在試驗間的誤差分析。

參考文獻：

[1] 趙卓，唐偉東，張騰.高流動性混凝土工作性能試驗方法研究[J]，建筑科學，2006，22（5）：51-54.

[2] 劉小潔，余志武.自密實混凝土的研究與應用綜述[J].鐵道科學與工程學報，2006（2）：6-10.

[3] 葉燕華，陳麗華，杜艷靜.高效減水劑和增黏劑對自密實混凝土性能的影響[J].混凝土，2008（6）：64-67.

[4] 胡小芳，蘇志學.改進式坍落度筒法測定新拌混凝土流變性能[J].混凝土，2006（8）：64-69.

[5] 陳麗華，葉燕華，繆漢良，等.自密實混凝土工作性能試驗[J].南京工業大學學報（自然科學版），2008（3）：47-51.

[6] 陳麗華.自密實高性能混凝土力學性能試驗研究[D].南京：南京工業大學，2008.

[7] 王國杰，鄭建嵐，李軼慧.新拌自密實混凝土工作性測試方法的評價與探討[J].福州大學學報（自然科學版），2005（S1）：177-181.

[8] 謝友均，周士瓊，尹健.免振高性能混凝土拌和物工作性檢測方法及評價指標的研究[J].混凝土，1997（3）：10-14.

[9] 吳紅娟，李志國.自密實混凝土及其工作性評價[J].武漢工業學院學報，2004（2）：68-72.

[10] 張青，廉慧珍，王薊昌.自密實高性能混凝土配合比研究與設計[J].建筑技術，1999（1）：14-16.

[11] 中國土木工程學會.自密實高性能混凝土設計與施工指南：CCES 02—2004[P].北京：中國建筑工業出版社，2005.

[12] 雷元新，周紹纓，冼偉華，等.正交試驗法在自密實混凝土配合比設計中的應用研究[J].佛山科學技術學院學報（自然科學版），2002（3）：33-37.

[13] 蔡正泳，王足獻.正交設計在混凝土中的應用[M].北京：中國建筑工業出版社，1985.