粉煤灰自密实混凝土的配合比优化设计

河　南　科　学第23卷　第1期Vol123　No.1

2005年2月Feb.2005HENAN　SCIENCE

文章编号:100423918(2005)0120070203

粉煤灰自密实混凝土的配合比优化设计

赵文兰1,　赵　军1,　周　晓2

(1.郑州大学土木工程学院,河南郑州　450002;　2.郑州丹尼斯百货公司,河南郑州　450000)

摘　要:根据自密实混凝土的力学性能和流变性能特点,选出5种主要因素,并按正交试验的方法设计混凝土的配

合比试验,经过试验,排出各因素对指标的影响顺序,从而确定自密实混凝土的最优配合比。

关键词:正交试验;自密实;配合比

中图分类号:TU375.3　　　文献标识码:A

自密实混凝土是在低水胶比下具有很高的流动性而不离析、不泌水,和包裹钢筋的新型混凝土,,、过振以及钢筋密列难以振捣等问题,可保证钢筋、预埋件、,并能大量利用工业废料做掺合料提高耐久性。根据流变学的原理,,拌和物的屈服剪力小,塑性粘度足够使骨料悬浮于水泥浆中,且均匀、蜂窝、麻面等质量缺陷。可见,自密。影响自密实混凝土流变性能的因素多而复杂,通常需要。正交试验法具有“均衡分散性”和“综合可比性”的特点,是研究和处理多因素实验的方法,按该方法进行配合比试验,其结果能客观的反映配制规律,较方便地进行配合比优化,还能避免盲目性的试验,大幅减少试验次数,缩短研制时间。

1　原材料

　　(1)水泥:自密实混凝土对水泥无特殊要求,采用普通硅酸盐水泥即可。

(2)砂:采用信阳河砂,细度模数为2.79。

(3)石:石子应保证无树叶等杂物,保证级配良好。

(4)高效减水剂:本试验采用JM-A型萘系高效减水剂,由南京道鹭建筑材料厂生产,减水率为20%。(5)粉煤灰:本试验用优质粉煤灰代替部分水泥,以增大胶凝材料用量,可以配置出自密实高强混凝土,

在高效减水剂与粉煤灰的共同作用下,混凝土拌和物的流动性可得到更大改善。

2　混凝土配合比设计及考核指标

　　利用正交表安排试验[1],从众多的试验条件中,选出代表性强的少数几个试验。本试验的主要因素有五个,分别是:用水量(W)、水灰比(W/C)、砂率(Sp)、减水剂用量(JMA)和粉煤灰掺量(FA)。砂率:自密实混凝土由于用水量较少,砂浆量要由增加砂率来补充,砂率亦较大。水灰比:其中灰为全部胶凝材料之和,包括水泥和粉煤灰。本试验考核了自密实混凝土的流动性(包括坍落度和扩展度)和抗压强度等重要技术指标。

正交设计的因素与水平见表1。正交试验方案与试验结果见表2。极差计算及分析见表3、表4和表5。

表1　因素水平表(单位:Kg/m3)

Table1　Thefactersandthelevels

因素

1

用水量

W160水灰比

W/C0.43砂率

Sp0.35减水剂

JMA1.0%粉煤灰

FA140因素

3用水量

W180水灰比

W/C0.51砂率

Sp0.40减水剂

JMA0.8%粉煤灰

FA160收稿日期:2004212218

基金项目:国家自然科学基金课题(50408008)

作者简介:赵文兰(19682),女,河南宁陵人,郑州大学讲师。

2005年2月　　　　　　　　　　　　粉煤灰自密实混凝土的配合比优化设计—71—

表2　正交试验表及试验结

Table2　Orthogonaldesignmethodandtestresults

因素

编号

[***********]415用水量W

A(1)160(3)180(2)170(4)190(1)160(3)180(2)170(4)190(1)160(3)180(2)170(4)190(1)160(3)180(2)170()水灰比W/C

B(1)0.43(3)0.51(3)0.51(1)0.43(2)0.47(4)0.39(4)0.39(2)0.47(4)0.39(2)0.47(2)0.47(4)0.39(3)0.51(1)0.43(1)0.43()砂率Sp

C(2)0.45(1)0.35(2)0.45(1)0.35(1)0.35(2)0.45(1)0.35(2)0.45(4)0.50(3)0.40(4)0.50(3)0.40(3)0.40(4)0.50(3)0.40()减水剂JMA

D(1)1.0%(1)1.0%(2)1.2%(2)1.2%(4)1.5%(4)1.5%(3)0.8%(3)0.8%(2)1.2%(2)1.2%(1)1.0%(1)1.0%(3)0.8%(3)0.8%(4)1.5%()粉煤灰FA

E(1)140(2)120(3)160(4)100(3)160(4)100(1)140(2)120(2)120(1)140(4)100(3)160(4)1003)160()坍落度mm

[***********][***********]扩展度mm

[***********][***********]抗压强度MPa

23.217.313.731.612.812.535.230.827.522.929.831.620.628.025/433analysisofslumpconstant

M1j

M2j[**************]D795740E780805M4jRj

A855155

B82560

C730100

D82585

E81045

表4　扩展度级差分析表

Table4　Rangeanalysisofdivergence

A

M1j

M2j14601630B15501770C18151870D15651670E17401685M4jRj

A1840380

B1780230

C1390480

D1730165

E1750260

表5　抗压强度级差分析表

Table5　Rangeanalysisofcompressivestrength

A

M1j

M2j84.1104.1B108.296.3C96.980.2D101.995.7E97.0101.0M4jRj

A109.729.0

B106.840.9

C101.020.8

D66.448.2

E94.514.9

3　试验结果及分析

3.1　坍落度

由表3可知,用水量是影响坍落度的主要因素,砂率是重要因素,减水剂和水灰比是次要因素,而粉煤灰掺量的影响较小。3.2　扩展度

表4的极差分析结果表明,砂率对扩展度的影响最大,用水量的影响也很显著,粉煤灰和水灰比的影响次之,减水剂的影响相对较小。3.3　抗压强度抗压强度的级差分析表5表明,水灰比和减水剂掺量对抗压强度影响较大,用水量和砂率是次要因素,粉煤灰掺量的影响最小。

4　结论

　　综合各因素对坍落度、坍落扩展度和抗压强度的影响,来分析自密实混凝土的最佳配合比。用水量的大

—72—河　南　科　学　　　　　　　　　　　　第23卷第1期

小对混凝土拌合物的流动性影响很大,随着用水量的增加,拌合物的坍落度和扩展度成直线增长。但用水量

对自密实混凝土的抗压强度来讲是次要因素,因而可将用水量调至四个水平的最大值来进行最佳配合比设计,以获得最佳的流动性能。水灰比对混凝土的抗压强度来讲是主要因素,当水灰比在0.39和0.47之间时,混凝土的抗压强度变化不大,但当水灰比超过0.47之后,随着水灰比增大,抗压强度显著减小,当水灰比等于0.51时,抗压强度和仅有67.3MPa。由此看来,水灰比宜在0.39和0.47之间变动。又因为水灰比是影响混凝土拌合物坍落度和扩展度的次要因素,对其流动性能影响不大,所以按抗压强度的最佳取值来进行配合比设计较为合理。砂率对混凝土抗压强度来讲是一个次要影响因素,因而它的取值取决于混凝土拌合物的坍落度和扩展度。砂率对混凝土拌合物的流动性是一个非常显著的影响因素,结合它对坍落度和扩展度的综合影响,取0.45左右最为合适。在本试验研究的范围内,减水剂掺量对拌合物的流动性影响不大,减水剂用量在0.8%～1.2%之间较好。粉煤灰对混凝土抗压强度影响较小,它主要影响混凝土拌和物的扩展度,因而它的取值在100～140之间较好。

通过上面的分析,可得到6组最佳配合比来进行复验,6组自密实混凝土的配合比为A4B1C2D1E1;A4B2C2D1E2;A4B4C2D2E4;;;A4B4C2D3E4。其中A4B2C2D3E2为本次试验的第八组,225mm,扩展度为550mm,各方面性能相对良好。参考文献:

[1]　蔡正泳,[M].中国建筑工业出版社,1985.

[2]　雷元新,周绍绥.正交试验法在自密实混凝土配合比设计中的应用研究[J].佛山科学技术学院学报,2002,(3):33-36.[3]　栾军.现代试验设计优化方法[M].上海:上海交通大学出版社,1994.

Amixingproportionoptimizingdesignofflyashself2compactingconcrete

ZHAOWen2lan1,　ZHAOJun1,　ZHOUXiao2

(1.CivilEngineeringDepartmentofZhengzhouUniversity,Zhengzhou450002,China;

2.ZhengzhouDennisDepartmentStore,Zhengzhou450000,China)

Abstract:Accordingtocharacteristicsofmechanicsandflowing2alerationofself2compactingconcrete,theauthorselects5mainfactorsanddesignsmixingproportiontestofconcretethroughorthogonalexperimenttable.Byexperimentstheauthorarrangesthesequenceofeveryfactortoindex.Finallytheauthorconfirmsthebestmixingproportionofself2compactingconcrete.

Keywords:orthogonalexperiment;self2compactingconcrete;mixingproportion

河　南　科　学第23卷　第1期Vol123　No.1

2005年2月Feb.2005HENAN　SCIENCE

文章编号:100423918(2005)0120070203

粉煤灰自密实混凝土的配合比优化设计

赵文兰1,　赵　军1,　周　晓2

(1.郑州大学土木工程学院,河南郑州　450002;　2.郑州丹尼斯百货公司,河南郑州　450000)

摘　要:根据自密实混凝土的力学性能和流变性能特点,选出5种主要因素,并按正交试验的方法设计混凝土的配

合比试验,经过试验,排出各因素对指标的影响顺序,从而确定自密实混凝土的最优配合比。

关键词:正交试验;自密实;配合比

中图分类号:TU375.3　　　文献标识码:A

自密实混凝土是在低水胶比下具有很高的流动性而不离析、不泌水,和包裹钢筋的新型混凝土,,、过振以及钢筋密列难以振捣等问题,可保证钢筋、预埋件、,并能大量利用工业废料做掺合料提高耐久性。根据流变学的原理,,拌和物的屈服剪力小,塑性粘度足够使骨料悬浮于水泥浆中,且均匀、蜂窝、麻面等质量缺陷。可见,自密。影响自密实混凝土流变性能的因素多而复杂,通常需要。正交试验法具有“均衡分散性”和“综合可比性”的特点,是研究和处理多因素实验的方法,按该方法进行配合比试验,其结果能客观的反映配制规律,较方便地进行配合比优化,还能避免盲目性的试验,大幅减少试验次数,缩短研制时间。

1　原材料

　　(1)水泥:自密实混凝土对水泥无特殊要求,采用普通硅酸盐水泥即可。

(2)砂:采用信阳河砂,细度模数为2.79。

(3)石:石子应保证无树叶等杂物,保证级配良好。

(4)高效减水剂:本试验采用JM-A型萘系高效减水剂,由南京道鹭建筑材料厂生产,减水率为20%。(5)粉煤灰:本试验用优质粉煤灰代替部分水泥,以增大胶凝材料用量,可以配置出自密实高强混凝土,

在高效减水剂与粉煤灰的共同作用下,混凝土拌和物的流动性可得到更大改善。

2　混凝土配合比设计及考核指标

　　利用正交表安排试验[1],从众多的试验条件中,选出代表性强的少数几个试验。本试验的主要因素有五个,分别是:用水量(W)、水灰比(W/C)、砂率(Sp)、减水剂用量(JMA)和粉煤灰掺量(FA)。砂率:自密实混凝土由于用水量较少,砂浆量要由增加砂率来补充,砂率亦较大。水灰比:其中灰为全部胶凝材料之和,包括水泥和粉煤灰。本试验考核了自密实混凝土的流动性(包括坍落度和扩展度)和抗压强度等重要技术指标。

正交设计的因素与水平见表1。正交试验方案与试验结果见表2。极差计算及分析见表3、表4和表5。

表1　因素水平表(单位:Kg/m3)

Table1　Thefactersandthelevels

因素

1

用水量

W160水灰比

W/C0.43砂率

Sp0.35减水剂

JMA1.0%粉煤灰

FA140因素

3用水量

W180水灰比

W/C0.51砂率

Sp0.40减水剂

JMA0.8%粉煤灰

FA160收稿日期:2004212218

基金项目:国家自然科学基金课题(50408008)

作者简介:赵文兰(19682),女,河南宁陵人,郑州大学讲师。

2005年2月　　　　　　　　　　　　粉煤灰自密实混凝土的配合比优化设计—71—

表2　正交试验表及试验结

Table2　Orthogonaldesignmethodandtestresults

因素

编号

[***********]415用水量W

A(1)160(3)180(2)170(4)190(1)160(3)180(2)170(4)190(1)160(3)180(2)170(4)190(1)160(3)180(2)170()水灰比W/C

B(1)0.43(3)0.51(3)0.51(1)0.43(2)0.47(4)0.39(4)0.39(2)0.47(4)0.39(2)0.47(2)0.47(4)0.39(3)0.51(1)0.43(1)0.43()砂率Sp

C(2)0.45(1)0.35(2)0.45(1)0.35(1)0.35(2)0.45(1)0.35(2)0.45(4)0.50(3)0.40(4)0.50(3)0.40(3)0.40(4)0.50(3)0.40()减水剂JMA

D(1)1.0%(1)1.0%(2)1.2%(2)1.2%(4)1.5%(4)1.5%(3)0.8%(3)0.8%(2)1.2%(2)1.2%(1)1.0%(1)1.0%(3)0.8%(3)0.8%(4)1.5%()粉煤灰FA

E(1)140(2)120(3)160(4)100(3)160(4)100(1)140(2)120(2)120(1)140(4)100(3)160(4)1003)160()坍落度mm

[***********][***********]扩展度mm

[***********][***********]抗压强度MPa

23.217.313.731.612.812.535.230.827.522.929.831.620.628.025/433analysisofslumpconstant

M1j

M2j[**************]D795740E780805M4jRj

A855155

B82560

C730100

D82585

E81045

表4　扩展度级差分析表

Table4　Rangeanalysisofdivergence

A

M1j

M2j14601630B15501770C18151870D15651670E17401685M4jRj

A1840380

B1780230

C1390480

D1730165

E1750260

表5　抗压强度级差分析表

Table5　Rangeanalysisofcompressivestrength

A

M1j

M2j84.1104.1B108.296.3C96.980.2D101.995.7E97.0101.0M4jRj

A109.729.0

B106.840.9

C101.020.8

D66.448.2

E94.514.9

3　试验结果及分析

3.1　坍落度

由表3可知,用水量是影响坍落度的主要因素,砂率是重要因素,减水剂和水灰比是次要因素,而粉煤灰掺量的影响较小。3.2　扩展度

表4的极差分析结果表明,砂率对扩展度的影响最大,用水量的影响也很显著,粉煤灰和水灰比的影响次之,减水剂的影响相对较小。3.3　抗压强度抗压强度的级差分析表5表明,水灰比和减水剂掺量对抗压强度影响较大,用水量和砂率是次要因素,粉煤灰掺量的影响最小。

4　结论

　　综合各因素对坍落度、坍落扩展度和抗压强度的影响,来分析自密实混凝土的最佳配合比。用水量的大

—72—河　南　科　学　　　　　　　　　　　　第23卷第1期

小对混凝土拌合物的流动性影响很大,随着用水量的增加,拌合物的坍落度和扩展度成直线增长。但用水量

对自密实混凝土的抗压强度来讲是次要因素,因而可将用水量调至四个水平的最大值来进行最佳配合比设计,以获得最佳的流动性能。水灰比对混凝土的抗压强度来讲是主要因素,当水灰比在0.39和0.47之间时,混凝土的抗压强度变化不大,但当水灰比超过0.47之后,随着水灰比增大,抗压强度显著减小,当水灰比等于0.51时,抗压强度和仅有67.3MPa。由此看来,水灰比宜在0.39和0.47之间变动。又因为水灰比是影响混凝土拌合物坍落度和扩展度的次要因素,对其流动性能影响不大,所以按抗压强度的最佳取值来进行配合比设计较为合理。砂率对混凝土抗压强度来讲是一个次要影响因素,因而它的取值取决于混凝土拌合物的坍落度和扩展度。砂率对混凝土拌合物的流动性是一个非常显著的影响因素,结合它对坍落度和扩展度的综合影响,取0.45左右最为合适。在本试验研究的范围内,减水剂掺量对拌合物的流动性影响不大,减水剂用量在0.8%～1.2%之间较好。粉煤灰对混凝土抗压强度影响较小,它主要影响混凝土拌和物的扩展度,因而它的取值在100～140之间较好。

通过上面的分析,可得到6组最佳配合比来进行复验,6组自密实混凝土的配合比为A4B1C2D1E1;A4B2C2D1E2;A4B4C2D2E4;;;A4B4C2D3E4。其中A4B2C2D3E2为本次试验的第八组,225mm,扩展度为550mm,各方面性能相对良好。参考文献:

[1]　蔡正泳,[M].中国建筑工业出版社,1985.

[2]　雷元新,周绍绥.正交试验法在自密实混凝土配合比设计中的应用研究[J].佛山科学技术学院学报,2002,(3):33-36.[3]　栾军.现代试验设计优化方法[M].上海:上海交通大学出版社,1994.

Amixingproportionoptimizingdesignofflyashself2compactingconcrete

ZHAOWen2lan1,　ZHAOJun1,　ZHOUXiao2

(1.CivilEngineeringDepartmentofZhengzhouUniversity,Zhengzhou450002,China;

2.ZhengzhouDennisDepartmentStore,Zhengzhou450000,China)

Abstract:Accordingtocharacteristicsofmechanicsandflowing2alerationofself2compactingconcrete,theauthorselects5mainfactorsanddesignsmixingproportiontestofconcretethroughorthogonalexperimenttable.Byexperimentstheauthorarrangesthesequenceofeveryfactortoindex.Finallytheauthorconfirmsthebestmixingproportionofself2compactingconcrete.

Keywords:orthogonalexperiment;self2compactingconcrete;mixingproportion