低溫對(duì)沙漠砂C25混凝土抗壓強(qiáng)度影響

孫雪 馬映昌

（寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

0 前言

混凝土在水工建筑物領(lǐng)域中是一種被普遍應(yīng)用的材料?；炷恋膹?qiáng)度和耐久性是混凝土力學(xué)性能中最重要的特性，因此受到普遍關(guān)注。粉煤灰是摻入混凝土的一項(xiàng)可代替水泥的膠凝材料，能大大降低工程造價(jià)，也可改善混凝土和易性、耐久性，降低水化熱。我國(guó)西北部寒冷地區(qū)晝夜溫差變化較大，因此混凝土冬季施工越來越受到重視。寧夏地區(qū)擁有大量沙漠砂，如能良好利用沙漠砂資源，適當(dāng)代替混凝土中砂，對(duì)提高西部建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益及有效合理運(yùn)用當(dāng)?shù)刈匀毁Y源可起到重要作用。

目前，低溫條件下的混凝土力學(xué)性能有國(guó)內(nèi)外廣大專家學(xué)者進(jìn)行了大量的研究分析[1-8]，劉海峰等[9-11]研究了在常溫或高溫情況下沙漠砂混凝土抗壓劈裂抗拉等力學(xué)性能影響，但針對(duì)沙漠砂混凝土低溫下力學(xué)性能的研究還比較少。

本文設(shè)計(jì)L16(45)正交試驗(yàn)，分析低溫下沙漠砂C25混凝土的粉煤灰摻量、沙漠砂替代率、溫度和齡期對(duì)其抗壓強(qiáng)度的影響，為冬季施工中沙漠砂C25混凝土的力學(xué)性能提供參考。

1 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)的粗骨料來源于寧夏鎮(zhèn)北堡機(jī)械碎石，按5～10mm：10～20mm=3：7（質(zhì)量）的比例配制；水泥來源于寧夏賽馬牌普通硅酸鹽早強(qiáng)水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5；細(xì)骨料選用寧夏鎮(zhèn)北堡生產(chǎn)的人工水洗砂和寧夏鹽池縣毛烏素沙漠砂；粉煤灰采用含水率為0.2%，燒失量為2.8%的I級(jí)粉煤灰，生產(chǎn)于寧夏大壩電廠；減水劑選用減水率高于25%的高性能減水劑，生產(chǎn)于北京幕湖外加劑有限公司；水為當(dāng)?shù)氐娘嬘盟?/p>

2 試驗(yàn)方案

表1 正交試驗(yàn)方案

本文中沙漠砂混凝土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值等級(jí)為C25，設(shè)計(jì)4因素4水平L16(45)正交試驗(yàn)是為了簡(jiǎn)化試驗(yàn)次數(shù)，同時(shí)按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）的要求進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)。確定了水膠比0.65，砂率37%，進(jìn)而探究粉煤灰摻量、沙漠砂替代率、溫度、齡期對(duì)沙漠砂C25混凝土在低溫條件下抗壓強(qiáng)度的影響。沙漠砂C25混凝土試驗(yàn)方案如表1所示，沙漠砂C25混凝土正交試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)計(jì)算如表2所示。

表2 正交實(shí)驗(yàn)配合比

制作試件尺寸為100mm×100mm×100mm，拆模后在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)（溫度20±2℃，相對(duì)濕度95%）。7d、14d、28d、56d后用高低溫試驗(yàn)箱對(duì)試件進(jìn)行低溫處理，考慮20℃、-10℃、-20℃、-30℃、-40℃五個(gè)溫度等級(jí)，將溫度降至預(yù)設(shè)溫度，放置高低溫試驗(yàn)箱內(nèi)保持4h，這樣視為試件內(nèi)外溫度一致，使用萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)定試件抗壓強(qiáng)度測(cè)試。計(jì)算處理后結(jié)果如表3所示。表3中低溫下抗壓強(qiáng)度值表示為試驗(yàn)的平均值，總共102塊試塊。每組試件試驗(yàn)強(qiáng)度與其平均值差值均小于15%，質(zhì)量良好，制作差異對(duì)強(qiáng)度的影響較小。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

本次正交試驗(yàn)研究了通過改變粉煤灰摻量、沙漠砂替代率、溫度、齡期四個(gè)因素，滿足該條件的四水平正交表為L(zhǎng)16（45），共實(shí)驗(yàn)兩次，采用重復(fù)正交試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行處理。

3.1 極差分析

由于本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)為四因素四水平，因此使用五因素水平正交試驗(yàn)表進(jìn)行計(jì)算，其中一列作為空白列。設(shè)置空白列的作用是為了減小試驗(yàn)的隨機(jī)誤差，也稱為誤差列。對(duì)比極差值因素A、B、C、D大小，得出各因素對(duì)沙漠砂C25混凝土低溫下抗壓強(qiáng)度影響的主次順序。對(duì)沙漠砂C25混凝土低溫下抗壓強(qiáng)度進(jìn)行極差分析，結(jié)果如表4和圖1所示。如圖1所知：在水膠比0.65、砂率37%的情況下，沙漠砂C25混凝土低溫下抗壓強(qiáng)度主次順序?yàn)镃>D>A>B。

表4 試驗(yàn)結(jié)果極差分析數(shù)據(jù)表

圖1 低溫下沙漠砂C25混凝土抗壓強(qiáng)度影響極差分析數(shù)據(jù)圖

3.2 方差分析

表5 試驗(yàn)結(jié)果方差分析

1）粉煤灰摻量A對(duì)應(yīng)F值為3.71，大于f0.95（3，25）=2.99。因此在低溫條件下，改變粉煤灰摻量A可顯著影響沙漠砂C25混凝土的抗壓強(qiáng)度。

2）沙漠砂摻量B對(duì)應(yīng)F值為2.45，小于f0.95（3，25）=2.99。因此在改變沙漠砂摻量B的情況下，不顯著影響沙漠砂C25混凝土低溫下的抗壓強(qiáng)度。

3）溫度C對(duì)應(yīng)F值為13.25，大于f0.99（3.25）=4.63。因此在改變溫度C的情況下，高度顯著影響沙漠砂C25混凝土低溫下的抗壓強(qiáng)度。

4）齡期D對(duì)應(yīng)F值為4.76，大于f0.99（3.25）=4.63。因此改變齡期D對(duì)沙漠砂C25混凝土抗壓強(qiáng)度在低溫條件下有顯著影響。

4 結(jié)論

本文進(jìn)行了低溫下沙漠砂C25混凝土抗壓強(qiáng)度正交試驗(yàn)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析和極差分析，可以得到結(jié)論如下：

1）在水膠比0.65、砂率37%的情況下，沙漠砂C25混凝土低溫下抗壓強(qiáng)度主次順序?yàn)闇囟菴>齡期D>粉煤灰摻量A>沙漠砂摻量B；

2）在水膠比0.65、砂率37%的情況下，因素粉煤灰摻量A和因素齡期D對(duì)低溫下沙漠砂C25混凝土抗壓強(qiáng)度有顯著影響，因素沙漠砂替代率B對(duì)沙漠砂C25混凝土低溫下抗壓強(qiáng)度影響不顯著，因素溫度C對(duì)沙漠砂C25混凝土低溫下抗壓強(qiáng)度影響有高度顯著影響。