自然煤矸石輕骨料混凝土的塌落度分析

楊力輝，楊麗君，李 晨

（第四工程代建管理辦公室，沈陽 110005）

混凝土塌落度是指混凝土的和易性，其中包括混凝土的保水性、流動(dòng)性和黏聚性。本文主要通過分析聚丙烯纖維自燃煤矸石輕骨料混凝土的5種影響因素，得到有意義的結(jié)論。

1 試驗(yàn)材料

本研究采用均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法安排試驗(yàn)，在確定每種影響因素變化范圍的前提下進(jìn)行試驗(yàn)。本文采用的原材料主要有六種。一是水泥，采用河北省唐山冀東水泥廠生產(chǎn)的盾石牌42.5普通硅酸鹽水泥（P.O）。二是砂子，采用阜新市他本鎮(zhèn)他本河中砂，細(xì)度模數(shù)為2.98，堆積密度為1 550 kg/m3，級(jí)配合格。三是聚丙烯纖維，采用江蘇省射陽縣強(qiáng)力纖維有限公司生產(chǎn)的聚丙烯纖維。四是外加劑，采用上?；ㄍ趸瘜W(xué)有限公司生產(chǎn)的“邁地150”早強(qiáng)高效純萘系減水劑。五是水，采用自來水，符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 63—2006）對(duì)水質(zhì)的要求。六是煤矸石，煤矸石是在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低并具有一定強(qiáng)度的巖石。

2 自燃煤矸石輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)

下面采用均勻設(shè)計(jì)來安排試驗(yàn)，選定5個(gè)影響因素（水泥、水、砂率、聚丙烯纖維、減水劑），安排10組試驗(yàn)，即5因素10水平均勻設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)均勻設(shè)計(jì)表為U10(105)，如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)配合比

一是水泥，摻量范圍是490～535 kg/m3。二是水，摻量范圍是165～210 kg/m3。三是砂率，本次試驗(yàn)選用密實(shí)狀態(tài)的體積砂率，選用范圍是36%～45%。四是聚丙烯纖維，在保證纖維總量不變的情況下，本文取Y形和圓形聚丙烯纖維總含量的范圍是0.0～0.9 kg/m3，試圖通過摻不同摻量、不同截面的纖維，達(dá)到增強(qiáng)﹑增韌的目的。五是外加劑，摻量范圍是1.0～2.0 kg/m3。

本試驗(yàn)考慮的因素比較多，為了減少試驗(yàn)次數(shù)，試驗(yàn)選用的均勻設(shè)計(jì)表的使用表列號(hào)S=5，均勻度偏差D=0.241 4。

3 混凝土拌合物工作性能檢測

將混凝土拌合物試樣用鐵鏟分三層均勻地裝入筒內(nèi)，使搗實(shí)后每層高度為筒高的三分之一左右。每層用彈頭形搗棒插搗25次。插搗沿螺旋方向由外向中心進(jìn)行，各次插搗在截面上均勻分布。通常用坍落度表示流動(dòng)性的大小，黏聚性檢查方法是用搗棒在已坍落的混凝土錐體兩側(cè)面輕輕敲打，此時(shí)錐體若逐漸整體下沉，表示黏聚性良好，塌落度筒提起后無稀漿或僅有少量稀漿自底部析出，則表示混凝土拌合物保水性也良好[1]。具體檢測結(jié)果如表2所示。

表2 聚丙烯纖維輕骨料混凝土拌合物的工作性能檢測結(jié)果

4 塌落度試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析

根據(jù)表3所測的數(shù)據(jù)，為了進(jìn)一步分析各個(gè)組分對(duì)聚丙烯纖維輕骨料混凝土拌和物流動(dòng)性的影響，利用均勻設(shè)計(jì)軟件建立了相關(guān)數(shù)學(xué)模型，采用回歸分析方法進(jìn)行處理[2-3]。根據(jù)規(guī)范要求的精度，考慮二次項(xiàng)的交互影響，就可以滿足要求。

利用均勻設(shè)計(jì)軟件，以表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)為樣本得到混凝土拌和物塌落度回歸方程（見式（1））、方差分析表（見表3）以及回歸方程擬合對(duì)比圖（見圖1）。圖1中，樣本數(shù)值為圓圈，方程擬合值為圓點(diǎn)，若垂直距離小，則擬合精度高。

表3 塌落度方差分析

圖1 塌落度回歸方程擬合對(duì)比圖

5 回歸方程二次項(xiàng)交互影響情況分析

回歸方程二次項(xiàng)交互影響是很重要的，塌落度的變化直接受到一次項(xiàng)和二次項(xiàng)的影響。因此，根據(jù)均勻設(shè)計(jì)軟件，得出二次項(xiàng)交互影響示意圖，如圖2至圖8所示。圖2為水和水泥兩個(gè)影響因素對(duì)纖維輕骨料混凝土塌落度的交互作用，混凝土的塌落度隨著用水量的增加而加大。圖3中，當(dāng)砂率固定時(shí)，混凝土的塌落度會(huì)隨著水泥的增加而減少。圖4中，當(dāng)砂率固定時(shí)，混凝土的塌落度會(huì)隨著用水量的增加而加大。圖5中，只有在減水劑和水都達(dá)到最大時(shí)混凝土的塌落度才能達(dá)到最大，當(dāng)用水量最少時(shí)，無論是減水劑最少還是最多，混凝土的塌落度都會(huì)最小。圖6是Y形聚丙烯纖維含量和砂率對(duì)混凝土塌落度的交互作用，砂率和Y形聚丙烯纖維含量都達(dá)到最小時(shí)，混凝土的塌落度會(huì)最大。圖7是減水劑和砂率的交互作用，從圖中可以看出，當(dāng)砂率小于40%且減水劑大于1.5 kg/m3時(shí)，混凝土的塌落度會(huì)達(dá)到最大值，當(dāng)減水劑很小時(shí)，混凝土的塌落度受砂率的影響不大。圖8是減水劑和Y形聚丙烯纖維含量的交互影響作用，圖中，塌落度達(dá)到最大的可能性比較大，當(dāng)Y形聚丙烯纖維含量固定時(shí)，在減水劑增加到1.5 kg/m3的過程中，塌落度會(huì)逐漸增加，而在減水劑固定，Y形聚丙烯纖維含量增加的過程中，塌落度變化不大。由圖中可以分析得出，各因素的影響程度為：X2和X5＞X1和X2＞X2和X3＞X1和X3＞X3和X4＞X3和X5＞X4和X5。

圖2 X1和X2對(duì)Y5交互影響

圖3 X1和X3對(duì)Y5交互影響

圖4 X2和X3對(duì)Y5交互影響

圖5 X2和X5對(duì)Y5交互影響

圖6 X3和X4對(duì)Y5交互影響

圖7 X3和X5對(duì)Y5交互影響

圖8 X4和X5對(duì)Y5交互影響

6 結(jié)論

本文首先進(jìn)行了自燃煤矸石輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)，然后檢測混凝土拌合物工作性能，處理和分析塌落度試驗(yàn)數(shù)據(jù)，最后分析回歸方程二次項(xiàng)交互影響情況。研究表明，正確處理不同因素的交互影響，合理調(diào)整混凝土塌落度，可以改善混凝土的和易性。