王業(yè)剛，王有志

（山東大學土建與水利學院，山東 濟南250061）

0 引言

高性能混凝土以高強性、高工作性和高耐久性能被專家稱為21世紀混凝土，是混凝土技術(shù)的主要發(fā)展方向[1]。我國不僅為高性能混凝土組織了多項重大研究課題[2]，而且因其在技術(shù)和經(jīng)濟上的巨大優(yōu)勢逐漸得到推廣應用。近年來，大跨徑、大噸位橋梁結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)對混凝土性能要求越來越高，但由于混凝土原材料就近取材和性能離散性的特點，必須對當?shù)馗咝阅芑炷僚渲频目尚行蚤_展試驗研究,選擇合適的原材料及工程需要的最佳配合比。

本文就是在濟寧某大型橋梁建設(shè)的背景下進行的試驗研究，所選試驗配合比是在滿足高工作性和耐久性的前提下，重點考察并解析出影響混凝土強度的主要因素，優(yōu)化施工配合比，為魯西地區(qū)配制高性能混凝土的可行性和合理性提供試驗依據(jù)和參考。

1 試驗原材料及正交試驗方案

1.1 試驗原材料選擇

水泥：魯南水泥有限公司生產(chǎn)的“中聯(lián)”牌P·O 42.5普通硅酸鹽水泥。

粉煤灰：采用運河電廠生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰，其物理性能見表1。

表1 粉煤灰的技術(shù)指標 %

表2 L9（34）正交試驗因素水平表

粗集料： 采用嘉祥石料場生產(chǎn)的5～10mm、10～25mm碎石，級配比例(5～10)∶(10～25)=30∶70；

細集料：采用泗河級配良好的Ⅱ區(qū)中砂；

外加劑：采用山東省建筑科學研究院NJ-C聚羧酸外加劑。

1.2 正交試驗方案設(shè)計

根據(jù)高性能混凝土配置的技術(shù)性能要求，采用粉煤灰和高效減水劑NC-J的雙摻技術(shù)進行C50強度等級的配合比試驗研究。試驗采用制作因素水平表的正交設(shè)計方法，本次正交試驗的考核目標是7d、28d強度，以量化的形式表示。

根據(jù)試驗研究的主次及目的，選取影響高性能混凝土強度的基本因素，并對各因素水平選取合適的值。試驗采用L9(34)正交試驗表，具體指標和取值見表2。

2 正交試驗及結(jié)果分析

2.1 試驗結(jié)果

混凝土配合比試驗方案及結(jié)果見表3。

2.2 數(shù)據(jù)極差分析

7d和28d混凝土抗壓強度分析結(jié)果見表4，

混凝土強度各因素的極差與強度的關(guān)系分析如圖1所示。

表3 L9（34）正交試驗方案及結(jié)果

表4 7d、28d抗壓強度的極差分析表

圖1 極差結(jié)果分析圖

由表4及圖1的極差分析可以得到以下結(jié)論:

（1）7d強度各因素的影響程度由高到低的順序是：粉煤灰摻量、水膠比、外加劑摻量、用水量，即A>B>D>C，計算分析最好的試驗條件是：A1B1D1C2。

（2）影響28d強度的因素有所變化：由高到底的順序是：水膠比、粉煤灰摻量、用水量、外加劑摻量，即B>A>C>D；計算分析最好的條件是：B2A2C2D1。

分析其主要原因：7d時粉煤灰的活性基本沒有被激發(fā)，所以這時粉煤灰摻量的影響比較大；28d時粉煤灰的活性得到了發(fā)揮，對強度提高起一定的作用,因此粉煤灰摻量的影響不再是主要因素。

（3）當粉煤灰摻量從16.3%、20%到30%變化時，在水膠比相同的條件下，對于7d立方體抗壓強度，當強度不斷降低，隨著水膠比的增大，降低趨勢有所減小；對于28d立方體抗壓強度隨粉煤灰摻量的加大先增加后減小。

2.3 數(shù)據(jù)方差分析

在正交設(shè)計的極差法直觀分析中，用各因素列的極差大小表示各因素對指標影響的主次順序；計算量小，可以直觀的描述問題，但是極差法沒有把試驗過程中由于試驗條件的改變引起的數(shù)據(jù)波動以及由試驗過程誤差引起的數(shù)據(jù)波動嚴格的區(qū)別開；無法判斷所考察因素的作用是否顯著。為了彌補極差分析的這些不足，可采用方差分析的方法[3]。

7d和28d抗壓強度方差分析結(jié)果見表5。對于四因素三水平L9（34）基礎(chǔ)正交設(shè)計，由于設(shè)計時無空列，并且沒有選擇更大樣本容量的正交試驗設(shè)計，其誤差自由度為零，原理上無法做顯著性檢驗分析，但是為了進行方差的比較分析，一般將其中的一個因素作為誤差項（一般選擇極差最小的因素）來進行定量分析。

從7d抗壓強度的方差分析得出如下結(jié)論：

（1）根據(jù)偏差平方和的大小可知各因素的影響順序為：A>B>D>C，與極差分析結(jié)果是一致的。

（2）由方差分析采用的F比值來分析顯著性影響，可知粉煤灰摻量的影響顯著，水膠比有影響但不顯著。

（3）選擇最優(yōu)配合比組合：方差分析觀點認為，只需對顯著性因素控制選擇，對于不顯著的因素，原則上可選在試驗范圍內(nèi)的任意一個水平[4]。粉煤灰摻量最大的K值對應的水平為1，即首先確定A1；結(jié)合7d強度的極差分析結(jié)果，相同粉煤灰摻量的情況下，隨著水膠比和用水量的增大，混凝土早期強度卻減小，因此要保證大摻量粉煤灰混凝土的早期強度，盡量選用較小的水膠比，結(jié)合K值，所以確定B1C1或B1C2；減水劑摻量對強度的影響并不顯著，又考慮到減水劑會影響坍落度的經(jīng)時損失率[5]，所以選擇D1，因此，由方差分析得出的影響7d強度的最優(yōu)組合為A1B1D1C1或A1B1D1C2，與極差分析基本一致。

表5 方差分析表

從28d抗壓強度的方差分析得出如下結(jié)論：

（1）根據(jù)偏差平方和的大小可知各因素的影響順序為：B>A>C>D，與極差分析結(jié)果是一致的。

（2）由方差分析，水膠比對28d強度影響較為顯著，粉煤灰摻量對28d強度影響一般顯著，用水量和外加劑對影響不顯著。

3 試驗綜合分析結(jié)論

（1）粉煤灰摻量對混凝土強度的影響程度隨著時間的發(fā)展發(fā)生變化，在7d時粉煤灰的活性得不到發(fā)揮，其強度主要由水泥提供，隨著粉煤灰摻量的增加其強度逐漸降低，粉煤灰成為影響強度因素的第一要素；28d粉煤灰的活性得到了一定的發(fā)揮，水膠比成為影響強度因素的第一要素，抗壓強度隨粉煤灰摻量的加大先增加后減小，粉煤灰摻量在16.3%～20%之間時，對28d強度最為有利。

（2）水膠比無論在早期還是后期對混凝土強度的影響均較大，控制水膠比是達到目標強度的最好選擇。為了保證混凝土的早期強度應盡量采用低水膠比，最好控制在0.3～0.33之間。

（3）減水劑對早期強度影響較大，對后期強度影響程度減小，考慮到減水劑會影響坍落度的經(jīng)時損失率，建議控制在1.2%～1.7%之間；另外分析也表明，用水量對28d強度的影響程度增加。

（4）綜合極差和方差分析結(jié)果，對于考核7d抗壓強度的最優(yōu)配合比為A1B1D1C2，即粉煤灰摻量16.3%、水膠比0.3、用水量149kg/m3、外加劑摻量1.2%；對于考核28d抗壓強度的最優(yōu)配合比為B2A2C2D1，即粉煤灰摻量20%、水膠比0.33、用水量149kg/m3、外加劑摻量1.2%。

（5）試驗表明，所選濟寧地區(qū)的原材料能夠配出符合工程需要的高性能混凝土，其工作性、立方體抗壓強度均能夠滿足工程設(shè)計要求。

[1]吳宗偉，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中國鐵道出版社，1999.

[2]張明征.高性能混凝土的配制與應用[M].北京：中國計劃出版社，2003.

[3]鄭少華，姜奉華.試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2004.

[4]張曉丹，楊曉光，何錦云.大摻量粉煤灰混凝土早后期強度的試驗研究[J].煤炭工程，2007（5）：96-99.

[5]戴秋菊.大摻量粉煤灰混凝土的試驗研究[J].硅酸鹽通報，2007，26（3）：612-619.