正交法在沙坪水电站工程泵送混凝土配合比设计中的应用.pdf

水利水 电施工 2 0 1 0 第 2期 总第 1 1 9期 正交法在沙坪水电站工程泵送混凝土配 合 比设 计中的应用 豢王余鹏 周 琴 王 芹 ( 中国水利水电第五工程局有限公司) 【 摘要】 文章通过介绍沙坪水电站泵送混凝土配合 比的设计过程，揭 示并定量分析了影响泵混凝土坍落度和 强度的主要因素，可供类似泵送混凝土的配合比设计参考 毫 n泵迭混凝 王配合 地设诗 试验 1 概述 沙坪水电站工程根据建筑物的布置和结构，大部分 混凝土浇筑为泵送混凝土，其中 C 2 0泵送混凝土 占所有 泵送混凝土的 9 O 。为了满足泵送混凝土的工作性能， 所生产的混凝土必须流动性大、和易性好，坍落度一般 要求为 1 5 1 8 c m。沙坪水电站工程开工后，首先结合所 用材料 ，将水泥 、粉煤灰、砂石骨料及外加剂进行材质 及 相关参 数 的试 验 ，然 后 进 行泵 送 混凝 土 的设 计 试 验 ， 通过试验 、推算 及 正交 程 序 确定 混 凝 土最 后 的 配合 比。 完善的试验程序和合理的正交推算 ，为沙坪水电站泵送 混凝土顺利施工 和质量保证奠定 了基础 。 2 试验所用原材料 2 1 水 泥 水泥为四川夹江生产 的规矩牌 P ( )4 2 5 ，其物理性 质见表 1 。 2 2 骨料 混凝土生产 所 用 骨料 为 青 衣江 上 游芦 山料 场骨 料 ， 其主要指标见表 2 、表 3 。 2 3 粉煤 灰 混凝土拌制用粉煤灰采用成都关 口电厂生产的级 粉煤灰 ，其 主要指标见表 4 。 表 1 水泥检 测结果 标准稠度 细度 凝结时间 ( h： mi n ) 抗折强度 ( MP a ) 抗压强度 ( MP a ) 表观密度 名称 安定性 _ _ ( g c m0 ) ( ) ( ) 终凝 3 d 2 8 d 3 d 2 8 d 初凝 P ( ) 4 2 5 2 4 2 4 3 合格 2： 4 7 4： 2 9 6 3 1 O 1 2 3 4 4 5 5 3 1 5 表 2 卵石物理性 能检测 结果 表观密度 紧密密度 堆积密度 有机质 针片状含量 含泥量 吸水率 坚固性 压碎指标 项目 ( k g m0 ) ( k g ma ) ( k g m0 ) 含量 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 5 2 0 2 7 2 0 1 8 4 5 1 6 7 0 浅于标准色 2 6 O 5 O 7 1 8 9 2 卵石 2 O 4 0 2 7 3 0 1 8 6 5 1 6 9 O 3 3 O 3 0 6 1 4 ( mm ) 4 0 8 O 2 7 2 0 1 8 8 5 1 7 3 0 2 1 0 2 0 4 1 O 8 O 1 5 O 2 7 2 0 1 9 0 5 1 7 4 0 1 9 0 1 0 3 O 9 8 4 表 3 砂 颗粒级配检测结果 粒 径( F il m) 5 O O 2 5 O 1 2 5 0 6 3 O 3 1 5 0 1 6 累计筛余 ( ) 4 3 1 1 8 5 O 3 1 3 3 4 3 2 1 7 0 6 O 8 2 6 2 注细度模数 2 3 3 。 表 4 粉 煤灰检 测结果 表观密度 含水率 细度 需水 比 S O 3 含量 烧失量 ( g c ma ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 1 O 0 2 2 O 4 9 8 2 1 9 6 9 7 2 4 外 加剂 混凝土拌制采用重庆灵通混凝土外加剂厂生产的 L |r r MN ( ) 高效减水剂。 3 混凝土配合 比正 交试验 3 1 因素与水平的选择 泵送混凝土试件制作和测试方法按 照 水 工混凝土试 验规程 ( D I T 5 1 5 0 -2 0 0 1 )的要求执行 。根据泵送混凝 土拌和物的主要组成成分，配合 比设计正交表考虑各因 素不交互作用和各因素对设计指标的影响程度及规律 。 试 验 研 究 0 为了使根据试验结果配制的泵送混凝土的工作性能 能够满足施工要求，选取 了用水量、水泥用量、砂率、 粉煤灰掺量、外加剂掺量作为试验的因素。 根据以往工程经验及相关参考书选取水平范围，因 素 与水 平见表 5 。 表 5 因素与水平表 外加剂 粉煤灰 因素 用水量 砂率 掺量 掺量 水灰比 ( k g ) ( ) ( ) ( ) 1 0 4 1 3 5 4 0 0 4 1 O 2 0 4 5 1 4 0 4 2 O 5 1 5 3 0 5 1 4 5 4 4 O 6 2 0 4 0 5 5 1 5 O 4 6 O 7 2 5 3 2 正交试验方案设计 根据 L e ( 4 )正交试 验方案确定 各个混 凝土理论 配 合比，采用 “ 假设重量法”进行配合 比材料计算。根据 经 验取 l m 。混凝 土重量为 2 4 O O k g 。按 照试验 号对应 试验 条件分别进行坍落度和抗压强度 的试验。用数理统计方 法对试验数据整理得到 L 1 ( 4 )正交表 ( 见表 6 ) 。 表 6 L 1 6( 4 )正交表 序号 水泥用量 用水量 砂率 外加剂掺量 粉煤灰用量 粗骨料 坍落度 2 8 d 抗压强度 1 3 0 4 1 3 5 7 7 l 1 3 5 3 4 1 1 5 5 1 1 3 6 8 2 2 9 8 1 4 0 8 0 2 1 7 5 5 3 1 1 0 6 1 3 5 3 7 5 3 2 9 0 1 4 5 8 3 3 2 1 8 7 3 1 0 5 8 1 6 3 9 9 4 2 8 1 1 5 O 8 6 3 2 6 3 9 4 1 O1 0 1 8 5 3 5 7 5 2 2 5 1 3 5 8 25 1 8 O 7 5 3 8 2 3 3 8 6 2 4 9 1 4 0 7 8 0 2 1 8 6 2 1 1 6 7 1 4 3 2 2 7 2 7 4 1 4 5 8 8 9 1 _ 2 9 4 8 1 0 4 2 1 O 5 3 O 9 8 3 0 0 1 5 O 8 4 3 1 6 7 3 3 1 0 7 2 1 6 3 1 4 9 2 3 0 1 3 5 8 7 8 1 8 9 4 1 1 1 1 5 1 1 2 8 7 1 0 2 5 2 1 4 0 9 1 1 1 6 8 2 8 1 O 6 8 9 5 2 9 3 1 1 2 1 8 1 4 5 7 8 6 1 45 7 3 1 1 7 8 l 6 5 2 7 2 1 2 2 4 0 1 5 O 8 1 9 1 2 O 6 0 1 1 3 O 1 3 2 6 7 1 3 1 9 6 1 3 5 9 2 9 1 2 3 4 9 1 0 8 9 8 2 3 1 1 4 1 9 1 1 4 0 8 8 2 1 O 2 6 4 1 1 2 2 1 O 2 O 5 1 5 2 3 7 1 4 5 8 3 6 1 8 5 2 6 1 1 5 3 1 9 2 4 6 l 6 2 3 2 1 5 O 7 9 1 1 6 4 4 1 1 1 8 5 1 8 2 5 7 坍落度 K l 5 9 4 2 5 9 5 4 4 5 5 5 5 K 2 5 2 5 4 7 5 7 5 5 4 5 3 K 3 5 0 6 2 5 3 5 6 5 5 9 K4 5 5 6 5 5 4 6 5 6 2 5 5 7 R 9 2 3 5 1 3 1 8 6 总 和 2 1 6 5 总 和 5 3 2 2 8 d 抗压强度 K 1 1 4 9 9 1 2 2 4 1 2 1 9 1 1 4 9 1 2 2 1 K2 1 2 8 3 1 1 9 5 1 2 2 6 1 1 7 2 1 2 2 8 K3 1 1 1 9 1 2 2 6 1 2 0 5 1 2 7 6 1 2 6 5 K4 9 3 9 1 1 9 5 1 1 9 1 2 1 2 1 1 7 2 尺 5 6 3 1 3 6 1 2 7 9 3 8 5 _ 水利水电 施工 2 0 1 0 第2 期 总第 1 1 9 期 3 3 试验成果分析 从表 6中 R值可 以看 出，在表 中所 列 出的各 冈素用 量范围内，各因素对混凝土坍落度的影响大小为：用水 量外加剂掺量砂率水灰比粉煤灰掺量 ，其最优 配合 比为 A1 B 4 C 1 D 4 E 4 。对于 2 8 d 混凝土抗压强度 的影响 大小为 ：水灰 比外 加剂 掺量 粉煤 灰掺 量 砂率 用 水量 ，其最优配合 比为 A1 B 3 C 2 D 4 E 3 。根据上 述试验结果 和沙坪泵送混凝土的性能要求，选取配合比中的砂率为 4 2 ，外加剂掺量为 0 7 ，粉煤灰掺量为 2 O 。并对 表 6中试验 结果进行 回归分析 ，抗压强 度 与灰水 比的 叫 归方程为 一2 O 2 3 z 一1 2 9 ,5 ，相关系数 0 9 6 。用水量 与坍 落度 的 回归方 程 为 y一0 4 2 o ： 4 7 3 8 ，相 关 系 数 0 7 1 。 4 混凝土配合比计算 本次配合 比设 计采 用假 定 质量法 ，根据 相关 的 资料 选取每立方米混凝土 为 2 4 0 0 k g 。 4 1 混凝 土配 制强度 _ u 【) 一 ， k +1 6 4 5 a 式 中 ， 。 混凝 土配制抗 压强度 ，MP a ； _厂 u I k 混凝土设计龄期立方体抗压强度标准值， mPa； 混凝土强度标准差 ，取 4 5 MP a 。 根据上述公 式 ，沙 坪水 电 站 泵 送 混 凝 土 配 制 强 度 为 2 7 4 MP a 。 4 2 水灰 比 根据泵送混凝土所需强度确定水灰 比，沙坪水 电站 为 C 2 0混凝土 ，其水灰 比为 0 5 。 4 3 用水 量 根据泵送混凝 土所 需强 度 确定 用水 量 ，沙 坪电站 泵 送混凝土坍落度选取 1 6 5 c m，其朋水量为 1 5 2 k g 。 4 4 用 砂量 M s o 一 ( M【 、P 嗄一M ) 式中M IP 、 、M 、M 。 分别为每立方米 昆 凝 土 假定 重 量 和 砂 、水 泥 、 水的用量 ，k g ； 风砂率。 根据上述公式及 试 验结 果 ，沙 坪水 电站 泵送混 凝 土 每方用砂量为 8 1 6 k g 。 4 5 外加剂和粉煤灰掺量 根据胶凝材 料用 量及 试验 选取 的掺 量 ，沙坪水 电站 工程泵送混凝土 每方外加 剂和粉 煤灰 用量 分别 为 2 1 3 k g 和 6 0 k g。 4 6 粗 骨料 用 量 M c ：o 一 IP A 0 M w (】 一M 式 中M 一 每方混凝土中粗骨料重量 。 沙坪水 电站工程泵送混凝 土每方粗骨料用量 1 1 2 8 k g 。 再根据最大振实容重法对粗骨料进行级配组合，最佳级 配组合为一级配 ： 二级配=4 0 ： 6 0 。 5 结束语 ( 1 )采用正交试验的方法进行泵送混凝土的设计比传 统设计法考虑因素更为全面，计算简单，使用方便。 ( 2 )从此次试验中得到的用水量与坍落度、灰水 比与 强度经验回归公式，对泵送混凝土的配合比设计有一定 的参考价值 。 ( 上接 第 8 3页) 通过本次试验可知，采用全计算法配制的高性能 混凝土除砂率偏低 ，材料用量相对准确，之所以会 出 现砂率偏低的情况，是因为假定 的水泥浆体体积与骨 料体积的定量关 系与实际的情况 有偏差 。另外 ，水 泥 实 测值 只代 表该 批水 泥强 度 ，缺少 同类 水泥 周 期 强 度的平均统计值 ，致使该 方法计算 出的实际总胶凝 材 料用量略低于其他方法 ；体积法在运用最广泛 的同时， 应对原材料波动较大检测项 目加 以试验 ，并进行周期 性统计 ，及时调整 配合 比的各种用量；重量法在特定 工 程范 畴 内 ，对 大量 配 合 比试 验 数据 进 行 积 累 ，尤 其 是假定混凝土表观密度作 出调整，但在缺少 数据积 累 及工期过紧的情况下 ，高性能混凝土避免使用该计算 方 法 。 8 6 5 结束 语 高性能混凝 土在 高速 铁路 施 工 中被 广泛 采用 ，可 以 克服高性能混凝土特点引起的性能缺陷，确保高速铁路 工程的 1 0 0 年使用寿命。设计方 向结合了京沪高速铁路 三标段 内十几 座特 大 桥施 工 中 混凝 土 工程 的实 际应 用 ， 配制出高强度、高耐久性混凝土。研究结果表明：选择 合理计算方法及配制出比较成熟的施工配合 比，使混凝 土能达到最密实状态，有助于降低工程制造成本，提高 混凝土强度 ，而且 混凝 土 内部 空 隙明显 减少 ，能抵抗 外 来 腐蚀介质 的侵 入 ，护 筋性 得到 保证 ，大大 提高 混凝 土 耐久性，节约了成本，确保了工程质量。