大流动混凝土正交试验对其和易性影响因素研究与分析

郝向东 王新严 邵景干

摘 要：大流动性混凝土定义为拌和物坍落度不低于160 mm的混凝土。在混凝土工程应用中，大流动混凝土拌和物的工作性容易发生泌水、离析等不良现象，造成这些不良现象的原因有很多：水泥成分，砂石料集配、粒径、有害物质，掺和料的掺量，单位用水量，外加剂与水泥在相容性以及温湿度外界因素等。

关键词：大流动混凝土;泌水;坍落度;外加剂;掺和料

中图分类号：TU528     文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）10-0055-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.10.012

Research and Analysis on Influencing Factors of Workability of Large Flow Concrete by Orthogonal Test

HAO Xiangdong1    WANG Xinyan2    SHAO Jinggan1

（1.Henan Jiaoyuan Engineering Technology Group Co.，Ltd.， Research and Development Center of Green High Performance Material Application Technology Transportation Industry ，Zhengzhou 450046， China;

2. Henan Jianyuan Highway Ancillary Facilities Engineering Co.， Ltd.，Xinxiang  453400 ，China）

Abstract：Large flow concrete is defined as the slump of the mixture is not less than 160 mm in concrete. Concrete engineering applications， the big flow the workability of concrete mixture are prone to bleeding， as well as the segregation phenomenon， there are a lot of the bad phenomena： the cement composition， the application of distribution， particle size and harmful substances， dosage of admixture， unit water consumption， additive compatibility with cement and external factors such as temperature and humidity.

Keywords： large flow concrete; bleeding water; slump; admixture; admixture

0 引言

大流动性混凝土由于其高流动性能、良好的工作性能等被普遍应用于工程各个方面，然而其大流动性能在较干硬性混凝土和塑性混凝土中容易发生泌水、离析等不良现象，造成混凝土的工作性差，后期力学性能、耐久性能和体积稳定性得不到足够的保证。本研究就大流动性混凝土拌和物的和易性展开了相关分析与研究，旨在分析在众多影响因素中哪些因素为较敏感因素。

1 试验环境与材料

本试验为了降低人为因素和外界环境因素有可能造成的试验结果误差，采取较为统一的试验步骤并保持相关因素的一致性。

①拌和时环境温度为20 ℃±5 ℃，相对湿度大于50%。

②拌和前，将材料放置在温度为20 ℃±5 ℃的室内，放置时间超过24 h。

③为防止粗集料的离析，将集料分档堆放，使用时再按一定比例混合。

④称量的精确度：集料为±1%，水、水泥、掺和料和外加剂为±0.5%。

⑤粗集料、细集料均以干燥状态为基准。

⑥液体外加剂先与水均匀混合。

⑦搅拌机为强制式搅拌机，使用前先用少量砂浆涮膛，避免试验中混凝土中的水泥砂浆黏附筒壁上造成损失。

⑧搅拌机搅拌。按规定称好原材料，往搅拌机内顺序加入粗集料、细集料、水泥、粉煤灰。启动搅拌机，将材料搅拌均匀，再拌和过程徐徐加水，全部加料时间不超过2 min。水全部加入后，继续搅拌2 min，出锅倒在铁板上，再人工翻拌1～2 min，使拌和物均匀一致[1-2]。

⑨从拌和物制备完毕到试验和易性时间控制在5 min内。

本试验原材料具体情况见表1。

2 试验影响因素选择

在大流动混凝土拌和物中更容易发生拌和物离析、泌水、抓地等不良现象，甚至这些不良现象经常同时出现，拌和上表面会出现黄色浆体，粗骨料沉下，盛料很困难。分析不良现象产生的原因，调整拌和物状态，通常会考虑减少外加剂掺量，尤其高性能减水剂掺量在轻微调整时拌和物状态会显著改变。但在运输罐车内很难分辨混凝土拌和物的状态，在卸出泵车料斗或者小推车中，一停止搅拌，混凝土拌和物骨料下沉，浆体上浮[3-4]。将拌和物倒在地上时，往往石子会堆积，浆体则慢慢流淌到远处。发生扒底板结的混凝土拌和物容易浆石分离，容易堵塞泵管，即使勉强进行浇筑，也会造成混凝土结构分层或严重跑浆，使结构出现严重缺陷，甚至造成返工。高性能减水剂的减水率一般在30%左右，甚至更高。高性能减水剂掺量1%左右，可以明显降低混凝土用水量。外加剂掺量过大，容易造成混凝土材料间分散，会明显降低混凝土黏聚性，使较多的自由水被释放出来，大大增加了混凝土滞后泌水的可能性[5-6]。随着施工工艺对混凝土拌和物的高要求，混凝土配合比中掺加各种功能在外加剂越来越普遍，外加剂作为一种特殊成分，与傳统材料，像水泥、砂子、石头的相容性要求被提出。外加剂在工程使用前，需要做相关相容性试验，确保外加剂能够与传统材料良好结合，保证外加剂能够实现应有的功能和作用。在混凝土中使用高性能减水剂，应先确认减水剂的相关物理与化学指标，如减水率、经时坍落度损失、经时含气量损失、相容性试验。高性能减水剂受温度影响其性能会有明显区别，冬季气温低时，掺高性能减水剂的混凝土就容易发生滞后泌水、离析等不良现象，其原因是水泥水化和温度的变化影响到了高性能减水剂的各项性能。因此，对实验室环境温湿度以及原材料提前放置实验室时进行温湿度调整是非常有必要的[7-8]。

掺有高性能减水剂的大流动混凝土，高性能减水剂与水泥、掺和料、集料的匹配性问题，尤其与水泥的匹配性问题也是试验中需要注意的问题，如果匹配性不好，单方面提高高性能掺量有可能造成拌和物严重的滞后泌水不良现象。此外，当水泥中的可溶性碱偏低时，水泥水化速度变慢，也常常出现滞后泌水现象。混凝土趴底的主要原因一般都是因为外加剂的掺量过大造成的，进而伴随离析、泌水严重等现象，因此调整拌和物时须慎重考虑外加剂用量[9-10]。近年来，河砂的开挖逐渐减少，取代河砂的是机制砂和细砂，然而机制砂不同于河砂，在拌和物配合比设计中不能够参照河砂的相关规范经验来试配，否则会造成混凝土流动性不足，甚至出现离析、泌水现象，实际操作中机制砂取代河砂后一般要增大砂率。混凝土拌和物拌和时流动性、保水性都欠佳，一旦停止拌和就慢慢泌水，下沉的石子紧紧地与铁板黏结在一起，很难用铁锹等工具铲动，这一现象称为抓底、板结[11-12]。产生抓底、板结的主要原因是外加剂掺量敏感，外加剂用量提高0.1%或用水量提高3～8 kg/m3，就会出现泌水现象。混凝土拌和物砂浆过多，石子含量较少，造成混凝土发散，流动性较差。大流动混凝土拌和物在试拌过程中如果出现了泌水、离析、流动性差等不良现象时，首先要通过调整砂石比例，让集配达到合适在比例，其次考虑调整浆体含量，在水胶比不变的情况下，调整用水量来改变拌和物的流动性，最后考虑调整外加剂用量[13]。

3 正交试验设计

影响大流动混凝土拌和物和易性的因素有很多，如砂石比例、用水量、外加剂、掺合料。为了判定各因素对大流动混凝土拌和物的敏感度，此次试验中各因素的波动幅度统一在5%的水平上：其中用水量以200 kg/m³为基数、减水剂以1%为基数、砂率以40%为基数、粉煤灰掺量以胶凝材料总用量为360 kg/m³为基数（见表2）。

本次正交试验考虑四因素、四水平在正交试验L16（45）（见表3）。

4 正交试验数据分析与研究

4.1 正交设计试验后拌和物和易性及直观分析（表4）

4.2 影响混凝土拌和物和易性试验因素敏感度排序

本研究正交试验小组中A1，B4，D4，C4试验，混凝土拌和物发生了滞后泌水、离析不良现象，该现象出现的原因为该高性能减水剂掺量过大造成的，在处理数据中体现了混凝土拌和物的状态对试验因素的敏感程度排序依次为外加剂掺量、单位用水量、砂率、粉煤灰掺量。

4.3 混凝土拌和物坍落度受试验因素影响分析

从正交试验直观分析各因素各水平平均值并进行了图表分析：其中粉煤灰掺量对其拌和物坍落度影响见图1、其中单位用水量对其拌和物坍落度影响见图2、其中高性能减水剂掺量对其拌和物坍落度影响见图3、其中砂率对其拌和物坍落度影响见图4。

5 结论

①本试验中在高性能外加剂对大流动混凝土的和易性影响最大，在一定范围内随外加剂用量增加，混凝土流动度增大，但外加剂用量较高时，混凝土拌和物易发生滞后泌水、离析等不良现象。

②单位用水量对大流动混凝土的和易性影响较大，随着用水量的适当增加，混凝土拌和物的流动度增加、黏聚性降低，但过多的用水量会造成混凝土拌和物泌水、离析等不良反应。

③砂率对大流动混凝土的和易性的影响较大。随着砂率的适当增加，混凝土拌和物的流动度增加，还能改善混凝土拌和物的黏聚保水性，但砂率过大会降低混凝土拌和物的流动度。

④粉煤灰掺量按照内掺法对大流动混凝土的和易性影响较小。随着粉煤灰掺量的增加，混凝土拌和物的黏聚性降低，拌和物的流动性增加。

⑤大流动混凝土拌和物在试拌过程中如果出现了泌水、离析、流动性差等不良现象，首先通过调整砂石比例，让集配达到合适的比例，其次考虑调整浆体含量，在水胶比不变的情况下，调整用水量的多少来改变拌和物的流动性，最后考虑调整外加剂用量。

⑥高性能减水剂受温度影响其性能会有明显区别。冬季气温低时，掺高性能减水剂的混凝土就容易发生滞后泌水、离析等不良现象，其原因是水泥水化和温度的变化影响到了高性能减水剂的各项性能。

⑦本次试验未进行方差分析，可能存在试验间的误差分析。

参考文献：

[1] 赵卓，唐伟东，张腾.高流动性混凝土工作性能试验方法研究[J]，建筑科学，2006，22（5）：51-54.

[2] 刘小洁，余志武.自密实混凝土的研究与应用综述[J].铁道科学与工程学报，2006（2）：6-10.

[3] 叶燕华，陈丽华，杜艳静.高效减水剂和增黏剂对自密实混凝土性能的影响[J].混凝土，2008（6）：64-67.

[4] 胡小芳，苏志学.改进式坍落度筒法测定新拌混凝土流变性能[J].混凝土，2006（8）：64-69.

[5] 陈丽华，叶燕华，缪汉良，等.自密实混凝土工作性能试验[J].南京工业大学学报（自然科学版），2008（3）：47-51.

[6] 陈丽华.自密实高性能混凝土力学性能试验研究[D].南京：南京工业大学，2008.

[7] 王国杰，郑建岚，李轶慧.新拌自密实混凝土工作性测试方法的评价与探讨[J].福州大学学报（自然科学版），2005（S1）：177-181.

[8] 谢友均，周士琼，尹健.免振高性能混凝土拌和物工作性检测方法及评价指标的研究[J].混凝土，1997（3）：10-14.

[9] 吴红娟，李志国.自密实混凝土及其工作性评价[J].武汉工业学院学报，2004（2）：68-72.

[10] 张青，廉慧珍，王蓟昌.自密实高性能混凝土配合比研究與设计[J].建筑技术，1999（1）：14-16.

[11] 中国土木工程学会.自密实高性能混凝土设计与施工指南：CCES 02—2004[P].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[12] 雷元新，周绍缨，冼伟华，等.正交试验法在自密实混凝土配合比设计中的应用研究[J].佛山科学技术学院学报（自然科学版），2002（3）：33-37.

[13] 蔡正泳，王足献.正交设计在混凝土中的应用[M].北京：中国建筑工业出版社，1985.