基于敏感性分析的機制砂混凝土抗壓強度研究

中圖分類號：U414.1 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.03.018

文章編號：1673-4874（2025）03-0062-04

0 引言

敏感性分析在理解不同影響因素對機制砂混凝土抗壓強度的影響方面有著重要作用。混凝土主要包括膠凝材料、粗骨料、細骨料、外加劑等，其中細骨料主要是采用細度模數較小的河砂。然而，由于部分工程地理位置的特殊性，不宜直接開采河砂，所以相關研究人員開始探索用全部或者部分機制砂取代河砂，如張廣田等[1-5]研究機制砂混凝土在和易性、耐磨性、彈性模量、壓縮性等方面的性能，并探索其在輕軌、隧道等工程中的應用。在研究機制砂混凝土性能過程中需分析各個因素對其影響或者敏感程度，余成行等[6-10]利用正交試驗、灰色關聯法等進行詳細研究，然而對機制砂混凝土在抗壓強度方面及影響因素的敏感程度方面的研究較少。

機制砂混凝土抗壓強度的影響因素主要集中在水膠比、粉煤灰摻量、礦渣摻量、機制砂替代率等。然而，在實際工程中，敏感性分析往往不被重視甚至被忽略。因此，研究各因素對機制砂混凝土抗壓強度的影響，優化機制砂混凝土設計配合比，以求得最佳設計配合比，并使其在諸多因素的綜合影響下，保證機制砂混凝土工程的安全、經濟和適用，具有重要意義。

1試驗材料與方案

機制砂混凝土主要組成部分包括制備混凝土時所用的膠凝材料、粗骨料、細骨料、礦渣摻合料、外加劑等。為分析機制砂混凝土抗壓強度的影響因素及其敏感性，分別選取水膠比、粉煤灰、礦渣、機制砂等作為主要影響因素進行抗壓試驗，測定不同影響因素摻量時的混凝土養護早期、后期抗壓強度值，并用敏感性分析法分析影響機制砂混凝土強度的因素大小順序。

試驗用的膠凝材料為PO42.5級的普通硅酸鹽水泥；礦渣摻合料為I級粉煤灰、S95級礦粉；粗骨料為連續級配碎石；細骨料為機制砂 + 天然砂，其中機制砂是由粒徑為 10～15mm 的石灰石碎石破碎而成，天然砂為當地河砂；外加劑為減水劑。分別改變影響因素的摻量制備成尺寸為（長 × 寬 × 高） 150mm×150mm×150mm 的混凝土試件，在標準養護室養護，利用抗壓強度試驗機分別測定早期、后期養護的混凝土抗壓強度值。

根據機制砂混凝土應用場景確定最佳混凝土的配合比設計，膠凝材料：粗骨料：細骨料：水：外加劑 Σ=Σ 0.45：1：0.7：0. 1 15：0.0115 。用機制砂替代天然砂時，替代方案分別為 0.1/3.2/3.1 等4種情況，水膠比的設計分別為0.5、0.43、0.35、0.31，礦渣摻量分別為0、5% .10%.20% ，粉煤灰的摻量分別為 10%.15%.20% 、25% 。粗骨料和減水劑為不變因素。根據正交試驗的方法對不同影響因素的摻量制備混凝土試件進行標號，如表1所示。

2試驗結果與分析

利用抗壓試驗儀對16種試件進行早期、后期養護后抗壓值的測定，具體如表2所示。其中，水膠比、粉煤灰摻量、礦渣摻量、機制砂摻量的4個因素在表2中分別用A、B、C、D表示。

2.1各個影響因素的敏感性大小分析

通過計算機制砂混凝土不同養護時間抗壓強度的極差，確定機制砂混凝土抗壓強度影響因素的主次順序。極差計算公式為：

R=max{K₁，K₂，K₃，K₄}-min{K₁，K₂，K₃，K₄}

式中： R —極差；

K —任一列上水平號為 i 時所對應的試驗結果之和。

具體的極差數值如表3所示。

由表2可知，水膠比、粉煤灰摻量、礦渣摻量、機制砂含量等因素對不同養護時間的混凝土抗壓強度具有一定的影響，其中水膠比是對混凝土抗壓強度影響最大的因素，其次是粉煤灰摻量，礦渣與機制砂次之；礦渣相對于機制砂而言對混凝土早期養護時間（7d）的抗壓強度影響較大，機制砂在養護后期（28d、56d）對混凝土抗壓強度影響較大。綜上所述，用機制砂代替天然砂對混凝王抗壓強度的影響較小，在實際生產過程中可以用機制砂取代天然砂應用于混凝土生產中。

2.2水膠比對機制砂混凝土抗壓強度的影響敏感性分析

為分析水膠比對機制砂混凝土抗壓強度的敏感程度，將機制砂混凝土的水膠比分為0.5、0.43、0.35、0.314種情況，并測試不同養護時間的混凝土抗壓強度。根據表3的同類型數據取其均值，并繪制以水膠比為橫軸、以抗壓強度為縱軸的直方圖，結果如圖1所示。

由圖1可知，隨著機制砂混凝土中水膠比值的增大，混凝土的抗壓強度整體呈現逐漸減小的趨勢。養護時間為7d的機制砂混凝土抗壓強度隨著水膠比值的增大先增大后減小，并在水膠比為0.35時達到最大；養護時間為28d的機制砂混凝土抗壓強度隨著水膠比值的增大在 0.31～0.35 區間內保持穩定，在水膠比 gt;0.35 時逐漸減小；養護時間為56d的機制砂混凝土抗壓強度隨著水膠比值增大先小幅度增大后逐漸減小，在水膠比為0.35時達到最大。水膠比對養護時間為28d的機制砂混凝土抗壓強度影響最大，其極差達到20 MPa ，對養護時間為56d的機制砂混凝土抗壓強度影響最小，其極差為 16.3MPa 。綜上所述，在配置機制砂混凝土產品時水膠比的值應優先選擇0.35。

2.3粉煤灰和礦渣摻量對機制砂混凝土抗壓強度的影響敏感性分析

為分析粉煤灰和礦渣摻量對機制砂混凝土抗壓強度的敏感程度，將機制砂混凝土的粉煤灰摻量分為10%.15%.20%.25% 6，礦渣摻量分為 0.5% .10%.20% 0測試不同養護時間的混凝土抗壓強度。根據表3的數據進行均分，并繪制以粉煤灰摻量和礦渣摻量為橫軸、以抗壓強度為縱軸的直方圖，結果分別如圖2和圖3所示。

由圖2可知，隨著機制砂混凝土中粉煤灰摻量的增大，混凝土的抗壓強度整體呈現逐漸減小的趨勢。養護時間分別為7d、28d和56d的機制砂混凝土抗壓強度隨著粉煤灰摻量的增大呈現緩慢減小的趨勢，在粉煤灰摻量為 10% 時達到最大；粉煤灰摻量對養護時間為56d的機制砂混凝土抗壓強度影響最大，其極差達到8. 03 MPa ，對養護時間為7d的機制砂混凝土抗壓強度影響最小，其極差為6.45 MPa 。綜上所述，在配置機制砂混凝土產品時粉煤灰摻量應優先選擇 10% 。

由圖3可知，隨著機制砂混凝土中礦渣摻量的增大，混凝土的抗壓強度基本保持不變。養護時間為7d的機制砂混凝土抗壓強度隨著礦渣摻量的增大呈現先增大后減小的趨勢，并在礦渣摻量為 5% 時達到最大；養護時間為28d和56d的機制砂混凝土抗壓強度隨著礦渣摻量增大在小范圍內波動。礦渣摻量對養護時間為7d的機制砂混凝土抗壓強度影響最大，其極差達到5.38 MPa 對養護時間為28d和56d的機制砂混凝土抗壓強度影響最小，其極差約為 1.3MPa， ，綜上所述，在配置機制砂混凝土產品時礦渣摻量的值應優先選擇 5% 。

2.4機制砂替代率對機制砂混凝土抗壓強度的影響敏感性分析

為分析機制砂替代率對機制砂混凝土抗壓強度的敏感程度，將機制砂混凝土的機制砂替代率分為 0.1/3 2/3、1，并測試不同養護時間的混凝土抗壓強度。根據表3的數據進行均分，繪制以機制砂替代率為橫軸、以抗壓強度為縱軸的直方圖，結果如圖4所示。

由圖4可知，隨著機制砂混凝土中機制砂替代率的增大，混凝土的抗壓強度基本保持不變。機制砂替代率對養護時間為7d的機制砂混凝土抗壓強度影響最小，其極差達到1.08 MPa ，對養護時間為56d的機制砂混凝土抗壓強度影響最大，其極差約為3 .00MPa， 。綜上所述，在配置機制砂混凝土產品時可直接用機制砂代替天然砂。

3結語

本文主要分析機制砂混凝土抗壓強度影響因素的敏感程度，并對其敏感程度進行排序，通過嚴格控制敏感性較大影響因素的摻量，確保機制砂混凝土的抗壓強度滿足適用要求，避免在實際生產作業過程中出現大量不滿足抗壓強度的機制砂混凝土。研究結論如下：

（1）機制砂代替河砂制作混凝王，混凝土抗壓強度基本隨機制砂替代率的增加而增加，在實際工程中可用機制砂代替河砂。

（2）早期養護（7d）的機制砂混凝土中的抗壓強度影響因素敏感性程度大小關系為：水膠比 gt; 粉煤灰摻量gt;礦渣摻量 gt; 機制砂摻量；后期養護（28d、56d）的敏感性程度大小關系為：水膠比 gt; 粉煤灰摻量 gt; 礦渣摻量 gt; 機制砂摻量。在實際生產過程中應該嚴格控制機制砂混凝土水膠比值。

（3）水膠比、粉煤灰摻量、礦渣摻量對早期養護的機制砂混凝土抗壓強度的影響整體呈現先增加后減少的趨勢，而采用機制砂替代天然砂對其影響較小。

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