正交试验在盾构管片混凝土配合比设计中的应用

2016-09-18余海涛余官祥何龙罗新垚深圳港创建材股份有限公司

广东建材 2016年5期

余海涛　武　斌　余官祥　何龙　罗新垚（深圳港创建材股份有限公司）

余海涛武斌余官祥何龙罗新垚
（深圳港创建材股份有限公司）

混凝土配合比设计对混凝土的质量与强度起决定性作用，利用正交试验对配合比中影响混凝土性能的主要影响因素进行分析。结果表明：水胶比对混凝土的工作性能和抗压强度都影响极大，超细石粉对混凝土的工作性能和抗压强度都存在副作用，而矿粉对混凝土的工作性能影响较小，对抗压强度有略微的增强作用，利用正交试验可以得出最优配合比。

混凝土；正交试验；盾构管片

1　前言

近年来我国地铁建设规模不断扩大，各大城市地铁建设项目竞相开工，地铁修建技术也得到了不断的发展。目前全国在建的地铁隧道大部分都采用盾构法施工，在地铁盾构隧道施工中，管片作为结构衬砌主体，对整个地铁隧道的质量和使用寿命起着关键作用［1］。地铁盾构混凝土预制管片一般使用C50高强混凝土，管片在钢模里预制，浇捣结束后进行静置、蒸汽养护，混凝土强度达到20MPa之后从模具中吊出，放置在车间降温4h后吊入水池侵泡养护7d，再淋水养护14d，然后进入存放区保湿［2］。本文在借鉴以往盾构管片混凝土生产配合比的基础上，通过正交试验来探讨水胶比、矿掺总量及矿掺比例对盾构管片混凝土性能的影响，从而对配合比进行优化。

2　试验原材料及试验方法

2.1试验原材料

①水泥采用广西贵港台泥PO42.5R级水泥，密度3.15g/m3，28d抗压强度53MPa。

②粉煤灰采用广东某厂生产的磨细石粉，比表面积420kg/m3。

③矿粉采用小野田S95级矿粉

④砂东莞河砂，细度模数2.7。

⑤碎石金业5～25mm碎石。

⑥减水剂聚羧酸减水剂，减水率22.5%。

2.2试验方法

此次试验采用正交试验方法，将水胶比、超细石粉掺量、矿粉比例作为影响盾构管片28d强度的主要因素，每个因素有三个水平，各因素水平见表1。

表1　正交试验设计因素水平表

表2　配合比kg/m3

表3　试验结果

3　试验结果

3.1工作性能极差分析

从表4分析结果可以看出，水胶比对混凝土的坍落度和扩展度影响最大，矿粉掺量对混凝土的工作性能影响最小。因素A中，随着水平的递增，混凝土的坍落度和扩展度都呈逐渐增大的趋势，这主要是因为，随着水胶比的增大，混凝土的单位用水量逐渐增多，混凝土的浆体量增多，且浆体粘度下降，因而流动性能增强。因素B随着水平的递增，混凝土的坍落度和扩展度逐渐减小，这主要是因为超细石粉没有类似优质粉煤灰的滚珠效应，且超细石粉比表面积较大，包裹其表面需要的水较多，因而表现为混凝土拌合物的工作性能降低。

表4　工作性能极差分析

3.2抗压强度极差分析

从表5分析结果可以看出，水胶比对混凝土的3d 和28d抗压强度都影响最大，且随着水平的递增，混凝土3d和28d抗压强度都呈逐渐降低的趋势，这是因为，随着水胶比的增大，混凝土的单位用水量增多，因而水蒸发后留下的连通孔隙越多，而这些孔隙不能承受压力，因而造成混凝土抗压强度下降。因素B随着水平的递增，混凝土3d和28d抗压强度也都会呈逐渐降低的趋势，但降低幅度小于水胶比对混凝土强度的影响，这主要是因为磨细石粉的主要化学成分是碳酸钙，而碳酸钙是一种惰性材料，从理论上推断它没有任何活性，不会参与水化，虽有不少报道［3-4］认为磨细石粉在水泥浆体中可以起到微集料填充效应和微晶核效应，但这些都对混凝土的强度发展贡献很小。因素C随着水平的递增，混凝土3d和28d抗压强度都会呈略微逐渐增长的趋势，这主要是因为矿粉的主要化学成分SiO2、Al2O3等能与水泥水化生产的Ca（OH）2反应生成对强度发展有用的硅酸盐凝胶和铝酸三钙凝胶，因而对混凝土的强度发展有一定的贡献。