水工砂岩材料的配比强度影响因子试验分析

王振平

(辽宁省鞍山水文局，辽宁 鞍山 114000)

近些年来，砂岩材料在许多水利工程建设过程中得到应用，其材料强度和类砂岩较为相似，但成本要明显低于砂岩[1]。砂岩材料主要由石灰、骨料以及水泥三个要素组合，其配比方法对其强度影响较大。当前，许多学者通过试验方法对其配比方案进行探讨，取得一定研究成果[2-6]，但这些成果大都未能进行不同配比方案下的强度试验，且未能对其影响主要因子进行探讨。多个研究成果表明[7-10]，当配比方案达到最优，其强度可达到最大。为此，文章通过试验方法，对不同水工砂岩材料的配比方案下的强度进行试验探讨，并对其强度影响主因进行分析。研究成果对于砂岩材料的优化使用具有重要参考。

1 试验材料及试验方案

石灰、骨料以及水泥是水工砂岩材料的重要成分，在具体使用时还需要增加外用添加剂增强其材料的强度，采用1.45mm的筛子对砂岩骨料进行筛选，强胶效果采用水泥进行加固。采样细度为30um范围内的铁粉作为外用添加剂提高砂岩材料的导热能力。不同砂岩材料配比参数，见表1，并采用正交相对方式设计两种砂岩材料的配比方案，不同砂岩正交相对配比方案，见表2；试验方案设计配比，见表3。

表1 不同砂岩配比参数

续表1 不同砂岩配比参数

表2 不同砂岩正交相对配比方案

表3 试验方案设计配比

2 试验结果

2.1 不同配比方案强度试验结果

对不同砂岩材料配比方案下的进行导热系数以及单轴抗压强度的试验分析，不同砂岩材料配比方案下的强度试验指标结果，见表4。

对不同砂岩的特征指标进行10组相似试验方法分析，从试验分析结果可看出，不同试验配比方案下粗粒石英砂岩饱和密度均低于中粒红砂岩。两种类型砂岩材声波波速变幅相对较低。两种类型砂岩在不同配比方案下的导热系数变化受外界影响程度较低，且其单轴抗压强度均>15MPa，单轴抗压强度相对较高。

表4 不同砂岩材料配比方案下的强度试验指标结果

2.2 砂岩材料最优配比方案分析

结合不同配比方案下两种砂岩类型材料的强度特征指标试验结果，将各试验指标作为因变量，自变量为不同配比，建立各类型砂岩材料配比与强度指标的相关方程，方程如下所示，并对不同配比方案进行综合对比，确定两种砂岩类型材料的最优配比方案。各类型砂岩材料的最优配比结果，见表5；原料砂岩与类砂岩材料强度特征指标对比试验结果，见表6。

粗粒石英相关方程：

(1)

中粒红相关方程为：

(2)

表5 各类型砂岩材料的最优配比结果

表6 原料砂岩与类砂岩材料强度特征指标对比试验结果

结合各类型砂岩材料配比和强度特征指标的相关方程，对不同配比下的强度指标进行分析，确定各类型砂岩材料的最优配比。粗粒石英砂岩最优配比方案为水泥与骨料比为0.53、水灰比为0.47，外加剂铁粉的渗入质量比为6.9%，中粒红砂岩材料其最优配比方案为水泥与骨料比为0.49、水灰比为0.53，外加剂铁粉的渗入质量比为7.5%。在同一配比方案下，各类型砂岩材料与原料砂岩的强度指标较为接近，单轴抗压强度可>25MPa，满足水工材料的强度要求。

3 结 论

1)不同配比方案下粗粒石英砂岩饱和密度均低于中粒红砂岩，材声波波速变幅相对较低。两种类型砂岩在不同配比方案下的导热系数变化受外界影响程度较低，且其单轴抗压强度均>15MPa，单轴抗压强度相对较高。

2)在同一配比方案下，各类型砂岩材料与原料砂岩的强度指标较为接近，单轴抗压强度可>25MPa，满足水工材料的强度要求。