不同强度陶砂海工混凝土的配制

不同强度陶砂海工混凝土的配制

黄暑年，吴雄，杨文，赵日煦，黄汉洋

（中建商品混凝土有限公司，湖北武汉

430205）

摘要：通过正交试验，研究了水灰比、陶砂、粉煤灰、矿粉对混凝土28d标养抗压强度、28d海水干湿循环抗压强度、28d标养

试件电通量、28d海水干湿循环养护试件电通量的影响。结果表明，随水灰比的降低，混凝土强度提高，抗氯离子渗透性逐渐提高；随粉煤灰、陶砂掺量的增加，混凝土强度逐渐降低，抗氯离子渗透性能先增强后降低；随矿粉掺量的增加，强度几乎无变化，但抗氯离子渗透性能逐渐增强。经JMP软件预测刻画器分析，分别得到C40、C50、C60最优配比，试验验证表明，该最优配比与理论值接近，符合强度和耐久性要求。

关键词：海工混凝土；陶砂；正交试验；JMP软件；耐久性中图分类号：TU528.36

文献标识码：A

文章编号：1001-702X（2019）10-0157-05

PreparationonpotterysandmarineconcreteofdifferentstrengthlevelsHUANGShunian，WUXiong，YANGWen，ZHAORixu，HUANGHanyang

（ChinaConstructionReadyMixedConcreteCo.Ltd.，Wuhan430205，China）

Absrtact：Throughorthogonalexperiments，theeffectsofwatercementratio，potterysand，flyashandorepowderonthecon原

crete28dstandardcuringcompressivestrength，28dseawaterdryandwetcyclecuringcompressivestrength，28dstandardsupportsampleelectricfluxand28dseawaterdryandwetcyclecuringsampleelectricfluxwerestudied.Theresultsshowthatwiththeincreaseofflyashandclaysand，thestrengthofconcretecomponentsisreduced，andthepermeabilityofchlorideionsisenhanceddecreaseofwaterashratio，thestrengthofconcreteincreasesandthepermeabilityofchlorideionsincreasesgradually.Withthefirstandthenreduced.Withtheincreaseoftheamountoforepowder，thestrengthisalmostunchanged，buttheanti-chlorideion

osmoticabilityisgraduallyenhanced.AftertheJMPsoftwareforecastengraveranalysis，theoptimalratiosofC40，C50andC60quirementsofdurabilityandstrength.

wereobtainedrespectively.Theexperimentalresultsshowthattheoptimalratioisclosetothetheoreticalvalueandmeetthere原

Keywords：marineconcrete，potterysand，orthogonaltest，JMP，durability

0前言

C50混凝土海水浸泡180d的抗压强度与标养条件下的接具有抗海水侵蚀性能。程伟[9]提出，同强度等级下，轻骨料混凝土比普通混凝土具有更好的抗氯离子渗透性；在陶粒混凝土的配制过程加入一定量的粉煤灰能够有效改善其抗渗性。在沿海和近海地区的钢筋混凝土工程结构，由于海水、海风和海雾的长期作用，易被氯离子腐蚀，因此，提高海工混凝土的抗渗性和耐久性十分重要[1-2]。混凝土收缩易开裂，部分研究人员采用减缩剂、复掺粉煤灰和矿粉等来降低收缩率、孔隙率，从而提高耐久性[3-6]。高礼雄等[7]认为，陶砂也能改善C40、C50混凝土的收缩性能。白鹏宇等[8]采用吸水率3.0%以上的粗集料碎石配制高性能海工混凝土，最佳配合比的C40、收稿日期：2018-12-26；修订日期：2019-03-20

作者简介：黄暑年，男，1990年生，湖北荆州人，助理工程师。地址：武汉市东湖新技术开发区佛祖岭一路中地大科技园11栋，E-mail：260459956@qq.com。近，RCM法测试的365d氯离子迁移系数小于1.6伊10-12m2/s，本文以水灰比、陶砂、粉煤灰、矿粉为变量进行正交设计，通过JMP软件预测刻画进行配比优选[10]，建立粉煤灰、矿粉、陶砂的二掺或三掺体系，为海工混凝土的配制提供依据。1

1.1

实

水泥：娲石P·O42.5，基本性能如表1所示；粉煤灰：麻城原材料

验

玉级灰，细度（0.045mm方孔筛筛余）为8.9%；矿粉：武钢S95晕耘宰月哉陨蕴阅陨晕郧酝粤栽耘砸陨粤蕴杂

级；砂：天然河砂，细度模数2.6；青石：产自湖北咸宁隆杰，5~·157·黄暑年，等：不同强度陶砂海工混凝土的配制31.5mm连续级配；页岩陶砂：密度等级800，湖北宜昌某陶粒厂，1h吸水率7%~10%，饱水吸水率14.8%；减水剂：中建商品混凝土外加剂厂生产高性能聚羧酸减水剂，密度1.03g/cm3，固含量11.2%，减水率26%；人工海水：浓度为3.5%的NaCl溶液。表1

水泥的主要性能指标

密度标准稠度凝结时间/min抗压强度/MPa抗折强度/MPa（/g/cm3）用水量/%初凝终凝3d28d3d28d1.3

率（取代河砂）、粉煤灰以及矿粉掺量（均按占胶凝材料总质量计），固定砂率为42%，设计湿密度2400kg/cm3，坍落度为180~200mm，配制强度等级分别为C40、C50、C60，探究海洋服役环境下高性能混凝土设计方案，正交试验因素水平见表2。表2

水平1234采用L（正交设计，4个因素分别为水胶比、陶砂取代93）正交试验

正交试验因素水平

因

素粉煤灰掺量/%

（C）

15300矿粉掺量/%（D）

153001.23.04混凝土力学性能：参照GB/T50081—2002《普通混凝土力试验方法26.717522826.349.23.86.1水胶比

（A）0.380.320.26陶砂替代率/%

（B）

15300学性能试验方法标准》进行测试；电通量：参照ASTMC1202—2012《混凝土耐氯离子穿透能力电标的标准试验方法》进行测试；海水干湿循环试验：参照GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，用3.5%的NaCl溶液替代Na2SO4溶液进行试验，干湿循环15次。表3

编号1#2#3#4#5#6#7#8#9#

A111222333B123123123C123231312D1233122312结果与讨论

正交试验设计及性能测试结果如表3所示。正交试验设计及性能测试结果

抗压强度/MPa

28d标准养护28d海水干湿循环55.653.145.6.561.658.175.676.169.357.750.341.163.256.359.469.273.967.4电通量/C

28d标准养护746766835137933826120924528d海水干湿循环791658693352395347274212251胶凝材料总量减水剂用量

胶砂比3

（/kg/m）（/kg/m3）

4204204205005005005905905900.780.780.780.970.970.971.201.201.207.567.347.6.599.2711.4011.6111.349.60

2.1

各因素对海工混凝土28d标准养护、28d海水干湿循环表4

各因素对抗压强度影响的极差分析

28d海水干湿循环抗压强度49.759.670.220.5A63.460.256.07.4B63.760.355.58.2C60.559.659.41.1D各因素对海工混凝土抗压强度的影响

低的趋势最显著；而随着矿粉掺量的增加，抗压强度几乎无明显变化。各因素对海工混凝土28d标准养护抗压强度的影响顺序为：水胶比>陶砂取代率>粉煤灰掺量>矿粉掺量。（2）随水胶比、陶砂取代率、矿粉和粉煤灰掺量的增大，海工混凝土的28d海水干湿循环抗压强度逐渐降低，且随水胶比增大而降低的趋势最显著。各因素对海工混凝土28d海水干湿循环抗压强度的影响顺序为：水胶比>粉煤灰掺量>陶砂取代率>矿粉掺量。（3）标准养护与海水干湿循环养护相比，后者会放大粉煤灰、矿粉对混凝土抗压强度的影响效应，且对粉煤灰放大效应最大，而陶砂取代率在2种条件下强度影响差异较小，说明陶砂对干湿循环条件的适应性更强。28d标准养护条件下，矿粉的活性较高，能使混凝土强度达到纯水泥混凝土替代前的强抗压强度影响的极差分析见表4。28d标准养护抗压强度65.263.657.77.5B63.662.360.92.4C项目k1k2k3R

51.461.473.722.3A62.262.362.10.2D由表4可知：（1）随水胶比、陶砂取代率和粉煤灰掺量的增大，海工混凝土28d标准养护抗压强度逐渐降低，且随水胶比增大而降·158·新型建筑材料

圆园19援10

度。有研究表明[11]，粉煤灰会降低混凝土的28d强度；陶砂本身强度比天然砂低，导致混凝土强度降低。由于粉煤灰和矿粉2种掺合料的加入会降低胶凝材料整体水化速度，而在28d海水干湿循环养护条件下，对混凝土内部结构的形成影响较大。因陶砂本身不具有活性，且吸附水分的释放促进内部胶凝材料的水化，削弱海水对混凝土整体的影响，故2种养护条件下的差异较小。2.2

各各因素因素对海对工海混凝工混土凝28土d电通量标准养护的、28影响

d海水干湿循环电通量影响的极差分析见表5。表5

各因素对电通量影响的极差分析

项目28d标准养护抗压强度k687.0ABCD28Ad海水干湿循环抗压强度k1365.0452.7714.0Ck2411.7431.0456.6367.4472.3B479.0DR

3238.3417.0414.3415.3448.741.0436.021.7409.347.3245.7421.7450.0468.3430.3420.350.54.0426.333.7419.060.0由表5可知：随水胶比的增加，海工混凝土的28d标准养护及28d海水干湿循环养护电通量均逐渐增大；随矿粉掺量的增加，电通量逐渐减小；而随陶砂取代率及粉煤灰掺量的增加，电通量先减小后增大。各因素对海工混凝土电通量的影响顺序为：水胶比>矿粉掺量>陶砂取代率>粉煤灰掺量。标准养护与干湿循环养护相比，后者会放大水胶比、粉煤灰、矿粉对混凝土电通量的影响效应，且对粉煤灰和矿粉的影响较大，而陶砂取代率在2种条件下对电通量的影响差异较小，也说明陶砂对海水干湿循环条件的适应性更强。2.32.3.1

JMPJMPJMP拟软件拟合分是一合款分析可进析

、JMP预测刻画优选与试验验证画优选的大型软件。图1~图行试4为验数据设计分、拟析合功模能型板分块析中、各预响应测刻的拟合模型分析，各响应RSq跃0.9，表明数据回归精度较高，数据的可信度较大。RMSE表示均方根误差，由图1~图4可知，各响应的波动区间相对较小。图1

标准养护抗压强度拟合

黄暑年，等：不同强度陶砂海工混凝土的配制

图2海水干湿循环养护抗压强度拟合

图3标准养护电通量拟合

图4

海水干湿循环电通量拟合

2.3.2

先分别JMP确预定测C40刻画器、C50、优C60选

混凝土的配制强度为48.2、58.2标准、养护69.0抗MPa压，强优度、先28考虑d海水干混凝土湿海水环循环抗境压下强的度、性28能，d取标准28养d护试件电通量、28d海水干湿循环试件电通量分别为0.1、0.4砂取、0.1代、率0.4和矿的重要粉掺系量数对优混凝选最土终抗配渗比性。由影响表4较粉煤灰和表5得掺到量显，陶著，但陶砂取代率对抗压强度的影响较大，按照上述重要性系数预测刻画，结果如图5~图7所示。由图5~图7可见，考虑电通量和强度的综合效应，按照上述重要性系数预测刻画，当C40混凝土的陶砂取代率和粉煤灰掺量均为15%，矿粉掺量为30%，最大意愿为0.91；当晕耘宰月哉陨蕴阅陨晕郧酝粤栽耘砸陨粤蕴杂

·159·黄暑年，等：不同强度陶砂海工混凝土的配制

图5C40海工混凝土最大意愿预测刻画图7C60海工混凝土最大意愿预测刻画

C50混凝土的陶砂取代率为30%，矿粉掺量为15%，最大意愿为0.95；当C60混凝土的陶砂取代率为30%，粉煤灰掺量为15%，最大意愿为0.93。3种优选配比如表6所示。表6

海工混凝土的最优配合比

河砂457.6360.2343.0陶砂

石

126.075.00项目C40C50C60水泥粉煤灰矿粉231.0425.0501.563.088.50

水

80.71281.7159.6kg/m3

减水剂7.4211.5.55

154.41225.4160.0147.01166.6153.42.3.3

按照表6的最优配比进行混凝土配制和相关性能测试，由表7可见，抗压强度与电通量的实测结果与预测刻画试验验证

实测结果与预测刻画值见表7。图6

C50海工混凝土最大意愿预测刻画

表7

项目C40C50C6028d标准养护抗压强度/MPa预测值59.469.352.9实测值49.758.168.5值较接近。28d标准养护电通量/C预测值1338245实测值66735223828d海水干湿循电通量/C预测值654347251实测值6853256海工混凝土的实测结果与预测刻画值

28d海水干湿循环抗压强度/MPa预测值50.158.167.4实测值48.256.967.23结论

为30%，不掺粉煤灰，矿粉掺量为15%；配制C60混凝土，陶砂取代率为30%，粉煤灰掺量为15%；JMP软件预测刻画值与实测结果较接近，符合强度和耐久性的要求。（3）JMP软件拟合模型分析、响应预测刻画适用于海工混凝土配制中配比的优选。（1）随水胶比的减小，海工混凝土的抗压强度提高，抗氯离子渗透性能逐渐提高；随粉煤灰、陶砂掺量的增加，抗压强度逐渐降低，抗氯离子渗透性能先提高后降低；随矿粉掺量的增加，抗压强度几乎无变化，但抗氯离子渗透性能逐渐提高。（2）配制C40海工混凝土，陶砂取代率和粉煤灰掺量均为15%，矿粉掺量为30%；配制C50海工混凝土，陶砂取代率·160·新型建筑材料

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