公路項目正交法設(shè)計混凝土配合比分析

楊青松

（貴州省公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時，高速公路建設(shè)水平不斷提升，混凝土配合比所用膠凝材料逐漸從單一水泥演變?yōu)閺?fù)雜的摻合料，不同外加劑性能存在差異，摻合料的廣泛應(yīng)用對混凝土性能提升起到重要作用[1-2]。科學(xué)配比混合料，獲得最有效的混凝土配合比，通過改善混凝土強(qiáng)度性能，保障項目工程施工質(zhì)量意義深遠(yuǎn)。

1 工程概況

某高速第三合同段（K44+100至K74+580，主線全長30.48 km）合同工期42月。該文所設(shè)計C50配合比主要用于該項目30 m、40 m T梁預(yù)制。

2 正交試驗法設(shè)計C50混凝土配合比

正交試驗法即通過交叉試驗的方法進(jìn)行參數(shù)分析，通過初始坍落度、60 min坍落度、3 d抗壓強(qiáng)度、7 d抗壓強(qiáng)度、28 d抗壓強(qiáng)度極差分析等，明確砂率、外摻料摻量、外加劑摻量、水膠比四個指標(biāo)因素對混凝土強(qiáng)度和工作性能的影響[3-4]。通過正交試驗獲得相關(guān)參數(shù)數(shù)值并繪制參數(shù)圖，從而獲得最佳砂率、外摻料摻量、外加劑摻量、水膠比取值，提高混凝土混合料配比的科學(xué)性。

2.1 原材料的選取

原材料選擇如下：水泥：雪峰牌P.O42.5級；碎石：生產(chǎn)區(qū)二級碎石，5~10 mm粒徑：10~25 mm粒徑30∶70；聚羧酸高性能外加劑；自產(chǎn)Ⅱ區(qū)機(jī)制砂；S95級粒化高爐礦渣。

2.2 正交設(shè)計參數(shù)

配合比設(shè)計優(yōu)化通過對水膠比、砂率、外摻料摻量、外加劑摻量四個指標(biāo)正交試驗獲取，每個指標(biāo)影響因素選擇3個，以L9（34）配制正交表并進(jìn)行正交試驗，詳見表1所示。

表1 C50配合比正交法設(shè)計參數(shù)表

2.3 正交材料用量

以體積法對各材料用量進(jìn)行計算，詳見表2所示。不同材料的密度情況如下：水泥3 100 kg/m3；機(jī)制砂表觀密度2 758 kg/m3；碎石表觀密度2 747 kg/m3；礦粉2 880 kg/m3。

表2 C50配合比正交法設(shè)計材料用量

2.4 正交配合比工作性能

結(jié)合項目工程情況和混凝土運(yùn)輸距離等指標(biāo)，坍落度設(shè)計值在160~200 mm區(qū)間內(nèi)。實測后不同配比材質(zhì)混凝土工作性能情況如表3所示。

表3 正交配合比工作性能

2.5 正交試驗數(shù)據(jù)

對初始坍落度進(jìn)行計算并分析極差，混凝土配合比試配之后進(jìn)行初始坍落度檢測，不同材料組合配比的檢測結(jié)果如表4所示。分析表4內(nèi)容可知，水膠比對混凝土初始坍落度影響最大，最佳組合為A3B3C2D3。

表4 初始坍落度及極差分析

進(jìn)行60 min坍落度和極差分析，保持在標(biāo)準(zhǔn)溫度下，測定60 min內(nèi)混凝土的坍落度和損失率，詳細(xì)結(jié)果如表5所示。對表5試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析，結(jié)果顯示60 min內(nèi)砂率是影響混凝土坍落度的最主要指標(biāo)，最佳組合為A2B2C2D2。

表5 60 min坍落度損失及極差分析

進(jìn)行3 d抗壓強(qiáng)度和極差分析，標(biāo)準(zhǔn)條件下放置混凝土配比試件3 d，并在確定時間進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的檢測，獲得數(shù)據(jù)如表6所示。對表6內(nèi)容分析可知，3 d內(nèi)影響混凝土抗壓強(qiáng)度的最主要因素為水膠比，最佳組合為A1B3C2D3。

表6 3 d抗壓強(qiáng)度及極差分析

對混凝土7 d抗壓強(qiáng)度和極差數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，標(biāo)準(zhǔn)條件下將混凝土配比試件放置7 d，在規(guī)定時間內(nèi)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)檢測，所得數(shù)據(jù)詳見表7所示。由表7數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析可以看出，水膠比對7 d強(qiáng)度影響最大，最佳組合為A2B3C2D2。

表7 7 d抗壓強(qiáng)度及極差分析

對混凝土28 d抗壓強(qiáng)度和極差數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，標(biāo)準(zhǔn)條件下將混凝土配比試件放置28 d，在規(guī)定時間內(nèi)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)檢測，所得數(shù)據(jù)如表8所示。對表8數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析，可以看出，水膠比對28 d強(qiáng)度影響最大，最佳組合為A1B3C2D3。

表8 28 d抗壓強(qiáng)度及極差分析

2.6 最佳組合選取

依據(jù)現(xiàn)行公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，高性能混凝土中C50水膠比需小于0.36，結(jié)合不同影響因素下混凝土初始坍落度、60 min坍落度、3 d抗壓強(qiáng)度、7 d抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)數(shù)據(jù)，選定最佳組合，確定水膠比、砂率、摻和料摻量、外加劑摻量配比[5-7]，如表9所示。

表9 最佳組合選取

2.7 最佳配合比確定

結(jié)合上述分析，最終選定最佳組合為水膠比0.36，砂率44%，摻和料摻量20%，外加劑摻量1.3%。

結(jié)合試驗經(jīng)驗確定混凝土單位用水量為165 kg，并結(jié)合體積法確定基準(zhǔn)配合比：C∶S∶G∶K∶W∶減水劑=367 kg∶824 kg∶1 048 kg∶92 kg∶165 kg∶5.958 kg。經(jīng)試驗，實測容重為2 495 kg。經(jīng)試配驗證，3 d抗壓強(qiáng)度為55.92 MPa，7 d抗壓強(qiáng)度為60.71 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度為64.7 MPa，且工作性能滿足要求[8-9]。

3 最佳配合比在工程施工中的應(yīng)用

該配合比設(shè)計出來后，即用于現(xiàn)場30 m T梁預(yù)制。截至目前已澆筑200余片T梁。對施工情況進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果顯示施工配合比符合坍落度要求，混凝土運(yùn)送至澆筑現(xiàn)場時性能滿足施工需求。結(jié)合現(xiàn)場施工情況分析，混凝土澆筑實體表面光滑平整，無蜂窩面，外觀合規(guī)且質(zhì)量達(dá)標(biāo)，7 d抗壓強(qiáng)度最低值為設(shè)計強(qiáng)度值92%，28 d抗壓強(qiáng)度值為目標(biāo)值115%，均符合設(shè)計要求[10]。

4 結(jié)論

正交法設(shè)計配合比即采用正交試驗的方法分析影響因素對目標(biāo)作用，正交表中的任意兩列因素搭配概率一致，保障了各因子的分布均衡性。特別是在交通基礎(chǔ)建設(shè)高速發(fā)展的今天，外摻料的使用越來越廣泛，而適當(dāng)?shù)膿郊油鈸搅夏軌蛴行У亟档退嘤昧浚坏軌蚬?jié)能減排，還可提高混凝土抗壓性能、強(qiáng)度值，經(jīng)濟(jì)和社會效益明顯。正交法進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計，可以根據(jù)外摻料不同合理配置選料組合，從而獲得最佳的效果，確保混凝土使用效率。