多因素作用下混凝土早期强度及抗渗性能研究

王珊

摘要：随着社会的建设发展，对工程的施工质量提出了更高要求，尤其是针对施工中常用的混凝土结构，通过控制其强度性和抗渗性，来提高工程结构的安全性和可靠性。本文以交互式实验对西部地区的工程施工中混凝土结构进行验证，从水胶比、养护温度、引气剂掺量这三种因素出发，验证其对混凝土结构的早期强度和抗渗性能的影响。

关键词：多因素作用;混凝土结构;早期强度;抗渗性能;实验验证

由于西部地区多为沟壑地形和盐渍地形，再加上工程建设施工数量的不断增加，受到西北地区冬季季节漫长的影响，使得工程混凝土结构的施工周期延长，且工程建设任务较为紧迫，从而导致混凝土早期强度在低温和负温下受到不同程度的影响。此外，综合考虑经济因素和起跳因素，使得混凝土灌注桩不得不建设在盐渍土壤中。所以，低温环境和负温环境也会对混凝土结构的抗渗性能产生影响。

一、试验验证设计

本试验验证的是不同引气剂掺量、不同水胶比、不同养护温度对混凝土结构的抗压强度和抗渗性能的影响。由于本次试验同时考察了上述三个影响因素的作用，如果采用全面试验的方式，那么，会使得试验规模变大。所以，通过正交试验方式来设计这3个因素的影响，并针对每个因素设置3个水平，详见图1。本次试验采用龄期为28d的混凝土结构为试验过程中的控制变量，并且试验中的不同水胶比粉煤灰以及矿粉掺量均为15%。

（一）试件制备和养护时期

在进行正交试验方案设计时，可以根据因素和水平表和混凝土配合比进行综合考虑，如图2所示。在基础上，制定正交试验中所用的混凝土结构，将称重好的新拌混凝土拌合物，按照国家标准规定对新拌混凝土进行含气量、和易性的测试，并将新拌混凝土填入到“100mm×100mm×100mm”和“150mm×150mm×150mm”的模具中，并经过振动台进行振捣处理40s，在经过处理之后形成的混凝土结构，分别放入到温度为“（3±0.2）℃”、“（-3±0.2）℃”的模拟箱中进行带膜养护，并在养护4天之后拆除外部模具，再放入到20℃的养护工作环境中进行养护，并在1d之后进行拆模处理，然后有养护阶段转变至试验龄期。

（二）正交试验方法

1、强度测试法

针对混凝土结构强度进行测试，主要是采用MTS电液伺服压力机，遵循国家相关标准对其进行抗压强度测试，并按照相应的管理养护条件，对达到规定养护龄期的100mm×100mm×100mm混凝土结构进行试验测试。

2、氯离子渗透性试验法

利用氯离子多功能测定仪对混凝土结构中的氯离子进行渗透性的功能试验，并严格按照国家标准要求中的电通量法进行功能试验，并严格按照相应的养护条件对满足养护规定龄期的150mm×150mm×150mm混凝土结构进行钻心取样处理，制作成100mm×50mm的圆柱形结构试件，在试验处理之前，对圆柱试样进行真空饱水处理。

二、试验结果分析

（一）极差分析

在正交试验过程中，利用极差对数据的离散程度进行体现，某个影响因素的极差值越大，其实际的离散程度越大，则表示这个因素在试验范围内的变化程度，导致试验指标出现较大波动。所以，在正交试验过程中，经常会将极差数值作为衡量这个因素对试验结果的影响程度。在本次正交试验过程中，水胶比影响因素是决定混凝土抗压强度的主要影响因素，其次是养护温度影响因素，而引气剂因素对混凝土结构抗压强度的影響最小。而且，针对混凝土结构抗氯离子渗透性能起到主要影响的是养护温度，其次是水胶比影响因素，而引气剂因素对混凝土结构渗透性能的影响最小。但同时，由此可以直观看出混凝土结构的抗压强度和抗渗性能之间是不存在关系的。

（二）方差分析

方差分析被称为“变异数分析”、“F检验”，主要是以变量影响因素的方差数值为切入点，研究控制变量对观测变量的影响。本次正交试验为单个观测正交试验。其中，水胶比因素对混凝土结构影响强度十分显著，而引气剂因素和养护温度因素对混凝土结构影响强度显著。同等条件下，养护温度因素对混凝土结构影响强度是小于引气剂因素的影响，这并不是与以往的研究结果相悖，而是因为本次试验是在多因素的交互作用下进行的，与水胶比因素的影响相比较，引气剂和养护温度对混凝土结构抗压强度的影响程度降低。

（三）因素指标分析

根据正交试验分析可知，引气剂掺量的增加，导致混凝土结构的强度下降。而养护温度的升高，导致混凝土结构的抗压强度逐渐增大，说明养护温度因素对混凝土结构强度的影响显著，主要是因为在-3℃的养护环境下，温度已经降低到冰点以下，由于混凝土结构中的大部分水分已经处于结冰状态，导致其强度发展停滞，并且，孔隙中的水分结冰会使孔壁产生较大的压力，使其穿裂缝问题，严重破坏了混凝土结构内部。

三、结语

第一，在水胶比、养护温度、引气剂这三种影响因素的交互作用下，对试验分析结果进行正交分析可知“影响混凝土结构强度的因素是水胶比>养护温度>引气剂”。第二，通过对影响因素的指标进行分析，随着水灰比的增加，混凝土结构强度降低，而随着引气剂掺量的增加，混凝土结构强度逐渐降低，以及养护温度的逐渐升高，使得混凝土结构强度增大。正交试验分析结果与单独变量试验的结果相同。第三，本次正交试验中，混凝土结构的抗渗性能与抗压强度之间时候没有相关性的。

参考文献：

[1]梁柯鑫，王起才，张凯，等.多因素作用下混凝土早期强度及抗渗性能研究[J].混凝土，2019（5）：38-41+47.

[2]赵兰兰，王泽罡，韩卓林，等.多因素作用下水泥混凝土抗渗性研究[J].中国科技信息，2013（010）：83-84.

[3]梁柯鑫，王起才，张凯，等.低温（3℃）养护条件下引气混凝土孔结构对强度与抗渗性的影响[J].硅酸盐通报，2018，37（4）：1309-1314.

（作者单位：南京方园建设工程材料检测中心）