基于敏感性分析的機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度研究

中圖分類號(hào)：U414.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.03.018

文章編號(hào)：1673-4874（2025）03-0062-04

0 引言

敏感性分析在理解不同影響因素對(duì)機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度的影響方面有著重要作用?；炷林饕z凝材料、粗骨料、細(xì)骨料、外加劑等，其中細(xì)骨料主要是采用細(xì)度模數(shù)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(guān)研究人員開始探索用全部或者部分機(jī)制砂取代河砂，如張廣田等[1-5]研究機(jī)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(yīng)用。在研究機(jī)制砂混凝土性能過程中需分析各個(gè)因素對(duì)其影響或者敏感程度，余成行等[6-10]利用正交試驗(yàn)、灰色關(guān)聯(lián)法等進(jìn)行詳細(xì)研究，然而對(duì)機(jī)制砂混凝土在抗壓強(qiáng)度方面及影響因素的敏感程度方面的研究較少。

機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度的影響因素主要集中在水膠比、粉煤灰摻量、礦渣摻量、機(jī)制砂替代率等。然而，在實(shí)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(duì)機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，優(yōu)化機(jī)制砂混凝土設(shè)計(jì)配合比，以求得最佳設(shè)計(jì)配合比，并使其在諸多因素的綜合影響下，保證機(jī)制砂混凝土工程的安全、經(jīng)濟(jì)和適用，具有重要意義。

1試驗(yàn)材料與方案

機(jī)制砂混凝土主要組成部分包括制備混凝土?xí)r所用的膠凝材料、粗骨料、細(xì)骨料、礦渣摻合料、外加劑等。為分析機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度的影響因素及其敏感性，分別選取水膠比、粉煤灰、礦渣、機(jī)制砂等作為主要影響因素進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，測(cè)定不同影響因素?fù)搅繒r(shí)的混凝土養(yǎng)護(hù)早期、后期抗壓強(qiáng)度值，并用敏感性分析法分析影響機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度的因素大小順序。

試驗(yàn)用的膠凝材料為PO42.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥；礦渣摻合料為I級(jí)粉煤灰、S95級(jí)礦粉；粗骨料為連續(xù)級(jí)配碎石；細(xì)骨料為機(jī)制砂 + 天然砂，其中機(jī)制砂是由粒徑為 10～15mm 的石灰石碎石破碎而成，天然砂為當(dāng)?shù)睾由?；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(zhǎng) × 寬 × 高） 150mm×150mm×150mm 的混凝土試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，利用抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)分別測(cè)定早期、后期養(yǎng)護(hù)的混凝土抗壓強(qiáng)度值。

根據(jù)機(jī)制砂混凝土應(yīng)用場(chǎng)景確定最佳混凝土的配合比設(shè)計(jì)，膠凝材料：粗骨料：細(xì)骨料：水：外加劑 Σ=Σ 0.45：1：0.7：0. 1 15：0.0115 。用機(jī)制砂替代天然砂時(shí)，替代方案分別為 0.1/3.2/3.1 等4種情況，水膠比的設(shè)計(jì)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(jù)正交試驗(yàn)的方法對(duì)不同影響因素的摻量制備混凝土試件進(jìn)行標(biāo)號(hào)，如表1所示。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

利用抗壓試驗(yàn)儀對(duì)16種試件進(jìn)行早期、后期養(yǎng)護(hù)后抗壓值的測(cè)定，具體如表2所示。其中，水膠比、粉煤灰摻量、礦渣摻量、機(jī)制砂摻量的4個(gè)因素在表2中分別用A、B、C、D表示。

2.1各個(gè)影響因素的敏感性大小分析

通過計(jì)算機(jī)制砂混凝土不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間抗壓強(qiáng)度的極差，確定機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度影響因素的主次順序。極差計(jì)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(hào)為 i 時(shí)所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果之和。

具體的極差數(shù)值如表3所示。

由表2可知，水膠比、粉煤灰摻量、礦渣摻量、機(jī)制砂含量等因素對(duì)不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間的混凝土抗壓強(qiáng)度具有一定的影響，其中水膠比是對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響最大的因素，其次是粉煤灰摻量，礦渣與機(jī)制砂次之；礦渣相對(duì)于機(jī)制砂而言對(duì)混凝土早期養(yǎng)護(hù)時(shí)間（7d）的抗壓強(qiáng)度影響較大，機(jī)制砂在養(yǎng)護(hù)后期（28d、56d）對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響較大。綜上所述，用機(jī)制砂代替天然砂對(duì)混凝王抗壓強(qiáng)度的影響較小，在實(shí)際生產(chǎn)過程中可以用機(jī)制砂取代天然砂應(yīng)用于混凝土生產(chǎn)中。

2.2水膠比對(duì)機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度的影響敏感性分析

為分析水膠比對(duì)機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度的敏感程度，將機(jī)制砂混凝土的水膠比分為0.5、0.43、0.35、0.314種情況，并測(cè)試不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間的混凝土抗壓強(qiáng)度。根據(jù)表3的同類型數(shù)據(jù)取其均值，并繪制以水膠比為橫軸、以抗壓強(qiáng)度為縱軸的直方圖，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，隨著機(jī)制砂混凝土中水膠比值的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度整體呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7d的機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)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(shí)達(dá)到最大；養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28d的機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度隨著水膠比值的增大在 0.31～0.35 區(qū)間內(nèi)保持穩(wěn)定，在水膠比 gt;0.35 時(shí)逐漸減?。火B(yǎng)護(hù)時(shí)間為56d的機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)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(shí)達(dá)到最大。水膠比對(duì)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28d的機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度影響最大，其極差達(dá)到20 MPa ，對(duì)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為56d的機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度影響最小，其極差為 16.3MPa 。綜上所述，在配置機(jī)制砂混凝土產(chǎn)品時(shí)水膠比的值應(yīng)優(yōu)先選擇0.35。

2.3粉煤灰和礦渣摻量對(duì)機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度的影響敏感性分析

為分析粉煤灰和礦渣摻量對(duì)機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度的敏感程度，將機(jī)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(cè)試不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間的混凝土抗壓強(qiáng)度。根據(jù)表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行均分，并繪制以粉煤灰摻量和礦渣摻量為橫軸、以抗壓強(qiáng)度為縱軸的直方圖，結(jié)果分別如圖2和圖3所示。

由圖2可知，隨著機(jī)制砂混凝土中粉煤灰摻量的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度整體呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。養(yǎng)護(hù)時(shí)間分別為7d、28d和56d的機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量的增大呈現(xiàn)緩慢減小的趨勢(shì)，在粉煤灰摻量為 10% 時(shí)達(dá)到最大；粉煤灰摻量對(duì)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為56d的機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度影響最大，其極差達(dá)到8. 03 MPa ，對(duì)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7d的機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度影響最小，其極差為6.45 MPa 。綜上所述，在配置機(jī)制砂混凝土產(chǎn)品時(shí)粉煤灰摻量應(yīng)優(yōu)先選擇 10% 。

由圖3可知，隨著機(jī)制砂混凝土中礦渣摻量的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度基本保持不變。養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7d的機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度隨著礦渣摻量的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，并在礦渣摻量為 5% 時(shí)達(dá)到最大；養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28d和56d的機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度隨著礦渣摻量增大在小范圍內(nèi)波動(dòng)。礦渣摻量對(duì)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7d的機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度影響最大，其極差達(dá)到5.38 MPa 對(duì)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28d和56d的機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度影響最小，其極差約為 1.3MPa， ，綜上所述，在配置機(jī)制砂混凝土產(chǎn)品時(shí)礦渣摻量的值應(yīng)優(yōu)先選擇 5% 。

2.4機(jī)制砂替代率對(duì)機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度的影響敏感性分析

為分析機(jī)制砂替代率對(duì)機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度的敏感程度，將機(jī)制砂混凝土的機(jī)制砂替代率分為 0.1/3 2/3、1，并測(cè)試不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間的混凝土抗壓強(qiáng)度。根據(jù)表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行均分，繪制以機(jī)制砂替代率為橫軸、以抗壓強(qiáng)度為縱軸的直方圖，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，隨著機(jī)制砂混凝土中機(jī)制砂替代率的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度基本保持不變。機(jī)制砂替代率對(duì)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7d的機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度影響最小，其極差達(dá)到1.08 MPa ，對(duì)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為56d的機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度影響最大，其極差約為3 .00MPa， 。綜上所述，在配置機(jī)制砂混凝土產(chǎn)品時(shí)可直接用機(jī)制砂代替天然砂。

3結(jié)語

本文主要分析機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度影響因素的敏感程度，并對(duì)其敏感程度進(jìn)行排序，通過嚴(yán)格控制敏感性較大影響因素的摻量，確保機(jī)制砂混凝土的抗壓強(qiáng)度滿足適用要求，避免在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)過程中出現(xiàn)大量不滿足抗壓強(qiáng)度的機(jī)制砂混凝土。研究結(jié)論如下：

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

（2）早期養(yǎng)護(hù)（7d）的機(jī)制砂混凝土中的抗壓強(qiáng)度影響因素敏感性程度大小關(guān)系為：水膠比 gt; 粉煤灰摻量gt;礦渣摻量 gt; 機(jī)制砂摻量；后期養(yǎng)護(hù)（28d、56d）的敏感性程度大小關(guān)系為：水膠比 gt; 粉煤灰摻量 gt; 礦渣摻量 gt; 機(jī)制砂摻量。在實(shí)際生產(chǎn)過程中應(yīng)該嚴(yán)格控制機(jī)制砂混凝土水膠比值。

（3）水膠比、粉煤灰摻量、礦渣摻量對(duì)早期養(yǎng)護(hù)的機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度的影響整體呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，而采用機(jī)制砂替代天然砂對(duì)其影響較小。

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