基于正交试验的钢纤维混凝土配合比优化_图文

1、道路习坠蚺“w型圜竹ee!啦基于正交试验的钢纤维混凝土西己合上匕优化吕文江,宋 彬-,杨 景-,蒋应军:(1.陕西省交通建设集团公司。陕西西安710075;2.长安大学.陕西西安710064摘要:为了优化掺钢纤维混凝土配合比,采用正交试验法研究水灰比、早强荆掺量、钢纤维掺量、矿料级配等四个因素 对掺钢纤维混凝土物理力学-生能的影响规律。结果表明:矿料级配对混凝土的和易性影响最为显著.其次是水灰比:钢纤维 的掺量是影响混凝土抗折强度的主要因素,并且抗折强度随着钢纤维掺量的增加而增加;影响钢纤维混凝土的抗压强度的主 要因素是水灰比.且抗压强度与水灰比的大小成反比。关键词:道路工程;钢纤维;混凝土;

2、配合比;正交试验中图分类号:U414.18文献标识码:A 文章编号:l002-4786(201210005604Mix Proportion Optimization of Steel Fiber Reinforced Concrete Based on Orthogonal TestLti Wen-jiang,SONG Bin,YANG Jin91,JIANG Yiag-jun2(1.Shaanxi Provincial Communication Construction Group,xiall 710075,China;2.Changall University。Xian 710064。

3、Chiha Abstract:In order to optimize the mix proportion of steel fiber reinforced concrete,the influence of four fae tors such as the watercement ratio,ratio of early strength agent,ratio of steel fiber and the granular composition of mineral aggregate OH steel fiber reinforced concreteS physical and

4、 mechanical property is studied through o卜 thogonal tests.Experimentalresults show that:the influence of mineral aggregate graduation Oil the workability of steel fiber reinforced concrete is the most obvious,the next is watercement ratio;ratio of steel fiber is the main factor influencing flexural

5、strength of steel fiber reinforced concrete,which increases with the aggrandizing of steel fiber;most remarkable element impacting the compressive strength of steel fiber reinforced concrete is wa. ter-cement ratio,which is in inverse proportion to the compressive strength.Key words:road engineering

6、;steel fiber;concrete;mix proportion;orthogonal test量继续增加到2%时。轴心抗拉强度反而有所下降。 5.4碎石RPC相对于不掺加碎石RPC来说,其轴 心抗拉强度有所降低。但相对于普通混凝土来说好 还是有很大的提高。参考文献1】沈荣熹,催琪。李青海.新型纤维增强水泥基复 合材料fM】.北京:中国建材工业出版社,2004. 2黄政宇,秦联伟,肖岩,等.级配钢纤维活性 粉末混凝土的动态拉伸性能的试验研究fJl.铁道科56I交通标准化 学与工程学报,2007,4(4:34枷.【31过镇海,张秀琴.混凝土受拉应力一应变全曲 线的试验研究阴.建筑结构学报

7、,1988,(4:45-53. 4】宋焱,级配纤维超高性能混凝土抗拉性能研究 D.长沙:湖南大学,2006.5】陈开端.活胜粉末混凝土配合比试验研究忉.福 建建材,2009。(2:67.收稿日期:2012-01-040引言目前普通水泥混凝土路面修补存在的主要问题 是新旧水泥混凝士结合强度低,强度发展缓慢,很 难在短期内开放交通。钢纤维混凝土具有高抗折强 度、良好的抗冲击性和抗裂性,并且能大大缩短路 面修复的时问.因此钢纤维混凝土可以应用于水泥 路面的新建和快速修复项目中。由于钢纤维混凝土 组成材料较多.影响因素比较复杂.按常规的试验 方法很难在较短时间内找出既符合设计和施工要求 又经济合理的混

8、凝土施丁二配合比.故采用正交试验 来分析各个因素对钢纤维混凝土的强度的影响规 律.从而找出满足工程实际要求的混凝土优化配合 比并进行路用性能的验证。1原材料及矿料级配1.1原材料钢纤维:采用江西赣州大业金属纤维有限公司 生产的铣削波浪形钢纤维LSF50mm.抗拉强度为 750MPa。水泥:采用衢州虎求牌42.5R水泥,其各种指 标均符合规范要求。集料:细集料采用衢州当地的河砂,细度模数 为2.7.属于中砂。粗集料、细集料各项指标满足 规范技术要求。早强剂:采用北京科宁丰;'b/JI剂有限公司生产 的高效早强减水剂,外观呈褐色,掺量为l%时砂 浆减水率为14%。1.2矿料级配本文选择三种

9、矿料级配类型.级配1是参考文 献11】中的骨架密实级配;级配2是根据水泥混凝 土路面施T技术规范(JTG F30-2003确定的规范 级配:级配3是为了方便分析结果,调整级配1和级 配2得到的中间级配。三种级配的粗细集料的掺配 比率见表l。蔓9“wa!业!eri越路工程表1三种级配的集料掺配比率集料的类型及用量比例(%级配类型砂 10.20档石料 2040档石料 骨架级配1421642规范绒雕2402l 39中间缴配33826362正交试验设计2.1试验指标项目研究目的是用于水泥混凝土路面快速修补 工程中,要求修补后路面在3d内通车。因此。混凝 土3d抗折强度是主要考察指标,并综合考虑28d抗

10、 折强度、3d和28d抗压强度。同时,要求新拌混凝 土的坍落度控制在25mm+5mm。2.2正交试验设计正交试验的因素及水平如表2所示。表2正交试验因素水平裹水平 水灰比A 早强剂Bf%1钢纤维C/0,gm' 级配D l 0.351.040级配1 20.381.550级配2 30.412.060级配3L9(34四因素、三水平正交试验与三因素、三 水平正交试验L9(33设计原理类似.只是在排列顺 序时稍有不同,设计原理在此不再赘述,设计方案 见表3。表3正交试验方案序号 水灰比A 早强剂B% 钢纤维c/(k咖, 级配D 10.351.040级配l 2O-351.550级配2 30,352

11、.060级配3 40.381.050级配3 50.381.560级配l 60.382.040级配2 70.41I-060级配2 80.4l 1.540级配3 90.412.050级配l3正交试验结果及分析3.1配合比数据及结果正交试验的配合比数据和物理力学性能见表4。表4正交试验配合比和物理力学性能正交试验配合比/(k咖 施下性能和力学性能序号 粗集料 坍落度 抗折强度,Mpa 抗压强度pa 永 水泥 砂 早强剂 钢纤维9.5mm-】9mm 19ram31.5mm 3d 28d 3d 29d170867552887554.940255.87.748.459.1 264687253807067.

12、050206.18.049.7527 358526924746557.I 60lO 5.97.952.754.9 4684l 69847866l 4.450235.37.841.456.3 566387682937686.560385.78.346.650.4 6印 207483937298.440305.26.839j 49.9 768097443907254.160225.48.138.o 48.7 8641007184926806.O 40155.26.339.551.7 9621967913017917.950285.26.943.645.62012年5月第10期l 57道路壁High

13、way Engineering正交试验的极差计算结果见表5。表5正交试验的极差计算结果考察指标 项目 水灰比A 早强剂B 钢纤维C 级配DKl 55707091 K29I 7I 7372缸 65687948坍落度 七. 18232330“ 30242424丘122232316极差R 12I l 14置l 17.816.516.216.7 x216.217.O 16.616.7缸 15.816.317.O 16.4 3d抗折强度 蠡l 595.55.45.6七, 5.45.75.55.6 5.35.45.75.5极差R 0.6O.30.30.1墨 150.812"/.8l”.4138.

14、6岛 127.3135.8134.7127.2 K, 121.1135.8137.3133.6 3d抗压强度 七150_342.642.546.2“ 42,445.344.942.4七, 40.445.345.844.5极差R 9.92.73_33.8墨 23.623.620.822.9 K222.923.122.722.9 K, 21.321.624.322.O 28d抗折强度 五. 7.97.96|97.6七, 7.67.77.67.6J7.17128.17.3极差R O.8O.71.20.3式, 166.7164.1160.7155.1 K2156.6154.8154.6151.3茁,

15、146.0150.4154.0162.9 28d抗压强度 七155654.753.651.7七, 52.251.65王.550.4 48.75o-151.354.3极差R 6.94.62.33.9 3.2施工性能的影响因素由表5中塌落度一栏计算的极差R值以及图1.-I" 知,影响钢纤维混凝土坍落度的主要因素是级配, 其次就是水灰比。3530E 25鑫20犍15赛105Al A2A3Bl B2B3CI 122C3Dl D213因素,水平图I 影响钢纤维混凝土坍落度的因素分析图由图1可以看出,级配对钢纤维混凝土的坍落 度的影响是比较有规律的。骨架密实级配的坍落度 最大,规范级配次之,中间

16、级配的坍落度最小。三 种级配中粗集料1020和2040这两档料的掺配比 率不同,并且随着1020这档料的掺量的增大,坍 落度变小。其原因是因为1020这档料的吸水率为58l交通标准化 0.76,大于20,-40这档料的吸水率0.45。所以随着10 20这一档料的增加,混合料的坍落度会相应的减小。 水灰比对坍落度的影响没什么规律可循,因为 水灰比的大小只与混凝土试配强度和水泥强度有 关,与坍落度的大小没有关系。根据图1可以看出 最佳的坍落度所对应的水灰比为0.38.并不是水灰 比越大,坍落度就越大。3.3力学性能的影响因素3.3.1抗折强度3.3.1.1水灰比的影响由表5及图2和图3可见,水灰比

17、对钢纤维混凝 土抗折强度的影响与水灰比的大小成反比的.即水 灰比越小,混凝土强度越高;水灰比越大。混凝土 强度越低。6己5.8善魁5.6翻妪5.4辖磊5.25.众-乡-弋-?A1A2A3Bl B2B3C1C2C3Dl D2D3因素,水平图2影响钢纤维混凝土3d抗折强度的因素分析罔.弋.、一:二:Al A2A3BI B2B3C】C2C3D1【,2D3因景,水平图3影响钢纤维混凝土28d抗折强度的因素分析图 3.3.1.2钢纤维掺量的影响由表5及图2和图3可见.钢纤维掺量对混凝土 的3d抗折强度影响不大,随着龄期的增长.到28d 的时候钢纤维混凝土的抗折强度随着掺量的增大呈 直线上升。这是因为,在

18、混凝土成型初期,混凝土 中主要发生的是水化反应.生成具有多孔结构的水 化产物,而后期由于分子作用使得混合料中的分子 结构重新排列。一部分水化产物的空隙被钢纤维填 满,使混凝土的内部组织结构发生变化.从而使强 度提高。3.3.1.3早强剂掺量的影响由表5及图2和图3可见。随着早强剂掺量的增 大,钢纤维混凝土的3d抗折强度呈现先增大后减小 5855"o"7¨6的趋势.也就是说混凝土的强度并不是随着早强剂 的掺量增大而增大的,超过了最佳掺量会使混凝土 的强度呈现降低的趋势。因为早强剂的作用机理是 掺人化学物质增加水泥矿物的溶解度,从而加速水 泥矿物的水化速度来提高混凝土

19、的早期强度。由于 人为的加速了水泥的水化而使后期水泥水化减缓甚 至停滞。就会使混凝土的后期强度呈现零增长甚至 是负增长。3.3.1.4级配的影响由图2和图3可以看出。级配对混凝土3d抗折强 度和28d抗折强度的影响规律几乎相同.级配3的强 度最低.级配1最高.级配2的次之。3.3.2抗压强度图4、图5为影响钢纤维混凝土抗压强度的因素 分析图。抽.,_一、一.Al A2A3B1B2B3C1C2C3Dl D2D3因素/水平。弋.七一A1A2A3Bl B2B3C1C2C3DI D2DB因寨/水平图5影响钢纤维混凝土28d抗,E强度的因素分析图由表5及图4和图5可见,四因素中水灰比对混 凝土的抗压强度

20、影响最大.随着水灰比的增大。混 凝土的强度降低。混凝土3d抗压强度强度随着早强 剂掺量的增加一开始呈上升趋势后来趋于平缓。随 着钢纤维掺量的增加而增加。28d抗压强度随着早 强剂掺量的增加而降低。混凝土的级配对抗压强度 的影响不是很大并且没有明显的规律。综上所述.由表5正交试验极差R的计算结果 可知使坍落度达到最佳值的组合为A282C2DI。使 混凝土的3d抗折强度达到最大值的最佳组合为 A182C3D2.使混凝土的3d抗压强度达到最大值的 最佳组合为AIB2C3D1.使混凝土的28d抗折强度 达到最大值的最佳组合为AIBlC3D2.使混凝土的监!坐型Engme凹q煎昱龟三堡28d抗压强度达到

21、最大值的最佳组合为AIBlCID3。 4配合比的优选及性能验证结合上述正交试验结果以及工程实践和经济性 比选,确定掺钢纤维混凝土配合比A281C2D2,即 水灰比为0.38,早强剂掺量为水泥用量的l%,钢 纤维掺量为50kg/m3。级配为规范级配。具体见表6中配合比A。为了对比.表6中还列出不掺钢纤维 混凝土配合比B。表7列出配合比A和配合比B的混 凝土施工性能和力学性能试验结果。表6钢纤维混凝土最佳方案配合比 单位:k咖 配合 粗集料 早强 钢纤 比水 水泥 砂9.5mm一19rnm 19rnm一31.5nun 剂 维A 1704477883837084.550B 1704476953987

22、364.50表7最佳方案的强度对比值坍落度3d抗折 3d抗压 28d抗折 28d抗压 单位面积 配合比 强度 强度 强度 强度 磨耗量 ,MP8,MPa /MPa /MPa /(g.,/m2A 255.34J.97.550.92.62B 304.840,36.744.83.79由表7可以看出.与不掺钢纤维的普通混凝土 相比,掺钢纤维混凝土3d和28d抗折强度分别约提 高了10%和12%,耐磨性能提高了44.6%,可实现 水泥混凝土路面快速修复的目的。5结语矿料级配是影响钢纤维混凝土和易性的主要因 素,钢纤维的掺量对混凝土的抗折强度强度影响最 大,并且随着掺量的增加而增大。对混凝土的抗压强度影响

23、最大的因素是水灰 比,并且强度与水灰比大小成反比。由图5可以看 出混凝土的28d抗压强度随着钢纤维掺量的增加而 降低,所以说不论是工程需要还是经济效益方面考 虑钢纤维的用量都不能过大.建议掺量为50kg/m3。 与不掺钢纤维的普通混凝土相比。掺钢纤维混 凝土3d和28d抗折强度分别约提高了10%和12%, 耐磨性能提高了44.6%.可实现水泥混凝土路面快 速修复的目的。本文研究了水灰比、早强剂掺量、钢纤维掺量 和混凝土的级配等四个因素对钢纤维混凝土的物理 力学性能的影响规律。进一步研究应该将混凝土路 面的路用性能作为主要的考察指标.将各个因素对 钢纤维混凝土路面的路用性能的影响规律具体化、 公

24、式化,从而可以根据路面不同使用环境的要求来 调节各个因素。使混凝土路面的路用性能达到最2012年5月第10期I 59道路工程目i卯咆迮塑i!l凹沥青路面结构剪应力分析与!车辙防治劝策研究王友生(北京市市政二建设下程有限责任公司,北京100037摘要:沥青路面主要损坏类型为车辙、开裂和水损坏,通过力学计算重点分析沥青路面结构剪应力对车糍的影响,并结 合工程实际提出车辙防治对策.为设计和施工人员提供理论参考。关键词:沥青路面;车辙;剪应力;防治时策中图分类号:U416.217文献标识码:A 文章编号:1002-4786(2012100060-04Asphalt Pavement Structure

25、sS Shear Stress and PreventionMeasures of RutWANG YoushengfSeijing No.2Municipal Construction Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100037,ChinaAbstract:Tlle main damage of asphalt pavement are rut.crack and water damage.This paper analyzes the impact of asphalt pavement structures shear stress on nit throug

26、h mechanical calculation。and puts forward pre ventive measures of rut based on engineering practice,which cfln provide a certain reference for designers and constructors.Keywords:asphalt pavement;rut;shear stress;countermeasures0引言沥青路面主要损坏类型为车辙、开裂和水损 坏。沥青路面的车辙有两种类型:一种是由于荷载 作用超过路面结构层的强度,发生在沥青面层以下 包括路基在内的各结构层的永久性变形。叫做结构 性车辙.