辽河特细砂混凝土正交试验研究

岳川　宓永宁　陈浩　王振国　毕建成

摘要：针对辽河中下游特细砂产量大、亟待开发利用的现状，展开辽河特细砂及特细砂混凝土相关研究。以辽河特细砂配制混凝土为研究对象，通过正交试验探讨辽河特细砂混凝土的配合比。正交试验结果表明：C25特细砂混凝土的最优配合比为水灰比0.55、砂率25%、减水剂掺量0.8%。

关键词：特细砂；正交试验；因素；水平；减水剂；极差分析；特细砂混凝土

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）03-0053-04

目前，从储量、质量、经济等方面来看，我国的中、粗砂资源均已不能满足日益增长的发展需求，其中天然中、粗砂资源缺乏，特细砂资源较丰富。我国珠江、长江、黄河、辽河等流域中下游，以及宁夏、陕西、新疆、内蒙等地多为特细砂，储量非常丰富，而中、粗砂资源相对短缺。在逐渐开采的过程中，天然中、粗砂逐渐减少，而特细砂资源越来越丰富。现以辽河特细砂为例，利用辽河中下游流域特细砂的资源优势，探讨开发利用特细砂资源的潜在价值，为打破制约辽河中下游流域建设工程的壁垒做出贡献，由点及面促进特细砂资源在全国范围内的推广及应用。

1 材料与方法

1.1 试验目的

在固定单方用水量的情况下，通过正交试验研究水灰比、砂率、减水剂掺量对C25特细砂混凝土流动性、7 d抗压强度、28 d抗压强度的影响程度，确定满足设计强度及施工技术要求的混凝土配合比方案。

2.2 试验原材料

水泥为辽宁山水工源矿渣硅酸盐水泥，P·S 32.5，其物理力学性能如表1所示。细骨料为辽河特细砂，其物理力学性能见表2。粗骨料为粒径5～20 mm的碎石，堆积密度1 490 kg/m3，表观密度2 680 kg/m3。减水剂由沈阳盛鑫建材有限公司生产，为SY-1E引气减水剂。

1.3 正交试验

影响混凝土抗压强度的因素主要有水泥强度、水灰比、骨料表面性质、养护条件、养护龄期、外加剂及掺合料等。重点选取砂率、水胶比、减水剂掺量3个因素作为特细砂混凝士强度的正交试验因素。固定单方用水量为184 kg/m3，水灰比w/c选取0.45，0.50，0.55三个水平。

根据《混凝土配合比设计规程》，用中砂配置混凝土时的砂率控制在30%～38%之间较合适。试验结果表明，在特细砂混凝土配制过程中，由于特细砂比表面积大，其砂率应比《普通混凝土配合比设计规程》中的规定低5%～8%，故砂率应在21%～30%之间。基于前期研究成果，试验选用22%，25%，28%3个水平。

特细砂比的表面积大，为达到同一稠度，需要在较粗、中砂中加更多的水，相应的水泥用量会增加，导致混凝土内部热量较难排除。热量聚集会使混凝土内外温差加大，引起温度裂缝，而减少用水量又很难满足工作性能要求。故在用水量不变的条件下，添加减水剂能解决上述问题。减水剂的掺量选用0.8%，1.0%，1.2%共3个水平。

L9（33）正交试验设计见表3。考核指标为工作性（坍落度）、7 d抗压强度、28 d抗压强度。

2 结果与分析

2.1 工作性

正交试验结果见表4。

特细砂颗粒非常细，比表面积较大，用其配制的混凝土拌合物中包裹在骨料上的水泥浆膜厚度较小，流动性比普通砂混凝土差。从某种意义上讲，特细砂混凝土的工作性能与力学性能同样重要，因此，正交试验选择混凝土的工作性作为考核指标，分析水灰比、砂率、减水剂掺量对特细砂混凝土拌合物工作性的影响，以坍落度来衡量。以坍落度为考察指标的极差分析如表5所示。各不同因素对坍落度影响趋势如图1所示。

由表5和图1可以看出：对特细砂混凝土坍落度的影响顺序依次为减水剂掺、水灰比、砂率；减水剂掺量是影响特细砂混凝土坍落度的主要因素，水灰比次之，砂率影响最小。

虽然砂率对特细砂混凝土拌合物坍落度的影响没有减水剂掺量和水灰比显著，但从极差计算结果中可知，减水剂掺量、水灰比、砂率对特细砂混凝土拌合物坍落度的影响较大。由此可以认为，合理的减水剂掺量可以明显改善特细砂混凝土的坍落度，从而改善特细砂混凝土的工作性，但是坍落度并不是衡量特细砂混凝土质量优劣的最佳标准。一般来说，新拌混凝土的坍落度能够满足施工要求即可。

2.2 强度

2.2.1 7 d抗压强度 从表6极差计算结果和图2可以看出：影响特细砂混凝土7 d抗压强度的因素顺序为水灰比、减水剂掺量、砂率；水灰比是影响特细砂混凝土7 d抗压强度的主要因素，其次是减水剂掺量，砂率最不明显。

观察数据可知：混凝土强度随水灰比的减小而增大，减水剂掺量虽然没有水灰比对混凝土7 d强度影响明显，但其影响程度相差不大。减水剂作为表面活性剂，可定向吸附于水化的水泥颗粒表面，使其显电性，增加水泥颗粒之间的排斥力，促使水泥浆体中絮状结构分散解体释放出自由水，前期可以使更多的水泥颗粒水化，在同样用水量的情况下改善特细砂混凝土的工作性，在相同工作性的情况下减少单位体积拌和需水量，提高特细砂混凝土早期的抗压强度。砂率变化引起的特细砂混凝土7 d抗压强度变化，在误差范围内可以忽略不计。

2.2.2 28 d抗压强度 由表7级差计算结果和图3可知，对特细砂混凝土28 d抗压强度影响次序依次为：水灰比、砂率、减水剂掺量，对混凝土28 d 抗压强度的影响最大的是水灰比，其次为砂率，最后为减水剂掺量。特细砂混凝土强度随水灰比增大而减小，在不改变水灰比的情况下，减水剂掺量对特细砂混凝土28 d抗压强度的影响很小。试验结果显示，在试验选取的砂率范围内，混凝土强度随着砂率的增大先增大并出现峰值，继而呈现减小的趋势。这主要是因为砂率较小时，砂浆量不足以完全包裹粗骨料的表面和填充骨料间的空隙，导致混凝土密实性差，进而影响其抗压强度，随着砂率增加，密实性相应增加，混凝土的强度近似与它的密实度成正比，故强度也随之呈现上升趋势。而当砂率增加到一定程度后，由于砂率过大，粗骨料的含量相对过少，骨料的空隙及总面积增大，在水灰比及水泥用量不变的情况下，混凝土拌和物则显得干稠、流动性差，骨料间的空隙率变大，从而导致密实性降低，引发了抗压强度的下降。减水剂掺量对混凝土28 d 抗压强度影响很小，减水剂没有改变水灰比，对特细砂混凝土后期强度影响很小。

3 结论

由试验结果可知，用辽河特细砂配制的混凝土的抗压强度和工作性都能满足要求。总的来说，使用特细砂配制混凝土应遵循低流动性、低砂率的原则，添加适量减水剂可以改善混凝土工作性，但其掺量不易太大，否则易造成泌水或者离析现象。适量的减水剂可以提高特细砂混凝土的前期强度，但在不改变水灰比和水泥用量的情况下，对后期强度几乎没有影响。

综合考虑混凝土抗压强度和工作性，C25特细砂混凝土的最优配合比为：水灰比0.55，砂率25%，减水剂掺量0.8%。充分利用辽河特细砂，能够有效缓解中、粗砂资源紧张问题，实现资源的优化配置，促进特细砂资源化对辽河中下游地区的工程建设有重要意义。

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Abstract： The research is about superfine sand and superfine sand concrete according to the status of big yield of superfine sand in middle and downstream area in Liao River and demanding prompt exploitation. The article used the concrete made of superfine sand of Liao River as the research object， discussed the mixing proportion of superfine sand concrete of Liao River by orthogonal experiment. The result shows that the optimal mixing proportion of C25 superfine sand concrete is water cement ratio 0.55、sand ratio 25% and the content of water reducer 0.8%。

Key words： superfine sand； orthogonal experiment； factors； level； water reducer； range analysis； superfine sand concrete