C50泵送混凝土配合比优化试验研究

引言近年来我国建筑行业发展迅速，混凝土用量急剧增加，导致天然砂资源面临严重短缺。云贵川地区因地理因素，天然砂资源匮乏，采用机制砂作为泵送混凝土原材料是大势所趋[1-3]。但机制砂表面粗糙，有尖锐棱角[4]，其中干粉制砂细粉含量高，用于C50泵送混凝土中，若配合比设计不合理，会导致混凝土需水量大、和易性差，进而影响C50泵送混凝土的可泵性和强度[5-7]。正交试验法因具有试验次数少、代表性和规律性强等优点而被广泛应用于混凝土的研究中[8-11]。本文以贵州某地机制砂为细骨料，采用正交试验研究胶凝材料用量、水胶比、砂率等因素对C50泵送混凝土和易性和强度的影响。经过配合比优化，配制出泵送性能良好、强度符合要求的C50泵送混凝土，具有较高的应用价值。

1、试验部分

1.1原材料水泥：P·O42.5水泥，其物理性能指标见表1。表1水泥物理性能指标砂：机制砂，细度模数2.5，MB值0.5，堆积密度1713kg/m3。石：碎石，压碎值7.0%，针片状含量2.1%，有5~12mm连续级配小石和12~25mm连续级配中石两种。外加剂：聚羧酸高性能减水剂，减水率20%以上。粉煤灰：六枝华润电厂生产，其化学成分和性能指标见表2、表3。

表2粉煤灰化学成分wt/%表3粉煤灰性能指标1.2正交试验设计在原C50泵送混凝土配合比基础上，采用胶凝材料用量、粉煤灰掺量、水胶比、砂率、中石∶小石这五个因素进行配合比正交优化试验，外加剂掺量为2.0%，因素和水平设计见表4。表4C50泵送混凝土正交试验因素和水平1.3性能测试方法坍落度及扩展度：参照GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测试。倒坍时间：先将坍落度筒倒置，将新拌混凝土分3层装入坍落度筒中，每层插捣10次，然后迅速提起坍落度筒，同时用秒表计时，当坍落度筒中混凝土全部流出时的时间即为混凝土倒坍时间t。混凝土抗压强度：参照GB/T50081—2019《普通混凝土物理力学性能试验方法标准》进行测试。2、结果与分析

2.1正交试验根据市场对C50混凝土的泵送及强度要求，本试验选用混凝土坍落度、扩展度及抗压强度作为衡量C50混凝土性能的重要指标，C50混凝土正交试验设计及性能测试结果见表5。通过极差及方差分析，判断各因素对试验指标的影响及显著性。表5正交试验设计及检测结果2.1.1拌合物性能坍落度与扩展度试验结果的极差分析见表6，方差分析见表7、表8。其中α1=α-150，β1=β-300，便于数据分析。由表6可知：（1）对于坍落度，因素A、B、C、D、E的极差分别为73mm、91mm、71mm、81mm和54mm。上述五个因素对混凝土坍落度的影响程度依次为B＞D＞A＞C＞E，其主次关系如图1（a）所示。混凝土坍落度较大时，可泵性较好，其最佳组合为A4B5C2D3E3。（2）对于扩展度，因素A、B、C、D、E的极差分别为107mm、234mm、98mm、165mm和106mm。上述五个因素对混凝土扩展度的影响程度依次为B＞D＞A＞E＞C，其主次关系如图1（b）所示。混凝土扩展度较大，流动性能较好，其最佳组合为A4B5C5D3E3。表6坍落度及扩展度极差分析图1拌合物性能正交试验主次影响因素曲线由表7可知，各因素对混凝土坍落度影响的显著性依次为B＞D＞C＞A＞E。由于F4,8(0.05)＜FB＜F4,8(0.01)，故水胶比对坍落度的影响显著；F4,8(0.20)＜FC、FD＜F4,8(0.10)，说明砂率和粉煤灰用量对混凝土坍落度有一定的影响；FA、FE＜F4,8(0.20)，说明胶凝材料用量及中石∶小石比例对混凝土坍落度影响不大。

表7坍落度方差分析由表8可知，各因素对混凝土扩展度影响的显著性依次为B＞D＞A＞E＞C。由于F4,8(0.05)＜FB＜F4,8(0.01)，故水胶比对扩展度的影响显著；F4,8(0.10)＜FD＜F4,8(0.05)，说明砂率对混凝土扩展度有影响；FA、FC、FE＜F4,8(0.20)，说明胶凝材料用量、粉煤灰用量、中石与小石比例对混凝土扩展度影响不大。

表8扩展度方差分析2.1.2抗压强度C50混凝土7d和28d抗压强度极差分析见表9，方差分析见表10、表11。其中γ1=γ-50，η1=η-65，便于数据分析。由表9可知：（1）对于混凝土7d抗压强度，因素A、B、C、D、E、F的极差分别为2.20MPa、5.00MPa、3.56MPa、3.06MPa、2.64MPa和3.72MPa。上述五个因素（除空白列）对混凝土7d抗压强度的影响程度依次为B＞C＞D＞E＞A，其主次关系如图2（a）所示。由于混凝土7d抗压强度越高越好，故最佳组合为A4B1C2D4E1。（2）对于混凝土28d抗压强度，因素A、B、C、D、E、F的极差分别为4.96MPa、5.52MPa、3.38MPa、2.24MPa、2.44MPa和3.10MPa。上述五个因素（除空白列）对混凝土28d抗压强度的影响程度依次为B＞A＞C＞E＞D，其主次关系如图2（b）所示。由于混凝土28d抗压强度越高越好，故最佳组合为A5B1C4D5E2。表9抗压强度极差分析图2C50混凝土抗压强度极差曲线由表10可知，各因素对混凝土7d抗压强度影响的显著性依次为B＞D＞C＞A＞E。由于F4,12(0.20)＜FB＜F4,12(0.10)，故水胶比对混凝土7d抗压强度有一定的影响；FA、FC、FD、FE＜F4,12(0.20)，说明胶凝材料用量、粉煤灰掺量、砂率及中石与小石比例对7d抗压强度影响不大。表10混凝土7d抗压强度方差分析由表11可知，各因素对混凝土28d抗压强度影响的显著性依次为A＞B＞C＞E＞D。以上五个因素中，对于混凝土28d抗压强度而言，F4,12(0.05)＜FA、FB＜F4,12(0.01)，故胶凝材料用量、水胶比对28d抗压强度的影响显著；FC、FD、FE＜F4,12(0.20)，说明粉煤灰用量、砂率、中石与小石比例对混凝土28d抗压强度影响不大。表11混凝土28d抗压强度方差分析2.2试验验证综合考虑坍落度、扩展度及抗压强度的正交试验结果和现实情况，既要满足施工及强度设计要求，同时兼顾成本控制，筛选出配合比A3B5C4D3E3进行验证试验，试验结果见表12。由表12可知，混凝土拌合物的和易性较好，满足泵送施工性能，且强度达到设计要求，经过核算可节约混凝土生产成本。表12混凝土验证试验结果结论

（1）就C50泵送混凝土的坍落度及扩展度而言，水胶比对其影响显著，砂率有一定影响，而粉煤灰掺量仅对坍落度有影响。（2）对于C50混凝土抗压强度，胶凝材料用量、水胶比对混凝土28d抗压强度的影响显著，且水胶比对7d抗压强度有一定的影响，粉煤灰用量、砂率和中石与小石比例对混凝土抗压强度影响