高性能混凝土抗压强度的正交试验研究

摘要：以水胶比、胶凝材料总量、矿物掺合料的掺量、砂率、粉煤灰与矿粉掺量比等因素为变量，设计五因素四水平的L16（45）正交试验，以混凝土28d和56d的抗压强度为考核指标，分析各因素对混凝土抗压强度的影响程度。试验结果表明：水胶比是影响混凝土抗压强度的最主要因素，矿物掺合料的掺量对混凝土强度影响较为显著，其他的因素影响不显著但有影响。

Abstract： Taking water-binder ratio， the total amount of binder， the proportion of mineral admixtures， sand ratio， fly ash and slag powder admixture ratio and other factors as variables， this paper designs L16（45） orthogonal test with five factors and four levels， takes compressive strength of 28d and 56d concrete as the evaluation index， analyzes the impact of various factors on the the compressive strength of concrete. The test results show that： water binder ratio is the main factor affecting the compressive strength of concrete， effect of mineral admixtures on concrete strength is more significant， and effect of other factors was not significant.

关键词： 高性能混凝土；抗压强度；掺合料；正交实验

Key words： high-performance concrete；compression strength；admixture；orthogonal experiment

中图分类号：TU528.31 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）25-0097-02

0 引言

1986年，挪威学者首先提出高性能混凝土（High-performance Concrete）概念，并通过实验加以验证[1]。通过在实验中掺入其他掺合料来提高混凝土的强度、耐久性。此后，各国都加大了对高性能混凝土强度的研究力度。抗压强度是混凝土最重要的力学性质之一[2]，高性能混凝土的各项指标都与其有着密切的内在联系。本课题以水胶比、胶凝材料总量、矿物掺合料的掺量、砂率、粉煤灰与矿粉掺量比等因素为变量，设计五因素四水平的L16（45）正交试验，以混凝土28d和56d的抗压强度为考核指标，分析各因素对混凝土抗压强度的影响程度。

1 试验原材料

①鹰水泥有限公司P.O42.5；

②州河砂，表观密度1430kg/m3，细度模数为2.6的中砂；

③石灰岩，粒径为5～16mm、16～25mm两级配碎石；

④粉煤灰：采用晋阳巨化热电厂生产的Ⅱ级粉煤灰；

⑤外加剂：采用金华市高恒混凝土外加剂有限公司生产的聚羧酸型高效减水剂，减水率大于25%。

2 试验方法

强度试验按《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）的规定进行，以100mm×100mm×100mm立方体试块标养28d和56d后，测其抗压强度。

3 混凝土试验的正交设计

单方胶凝材料总量有380kg/m3、420kg/m3、460kg/m3、500kg/m3五种。试验以胶凝材料总量、水胶比、矿物掺合料的掺量、砂率、粉煤灰与矿粉比这五个因素对混凝土强度的影响，每个因素四个水平，以28d和56d的抗压强度为指标，通过分析数据，得出影响强度的主要因素。采用L16（45）正交表，其因素水平及结果如表1所示，正交试验方案及结果、极差分析和方差分析如表2～表4所示。

4 试验结果分析

由表2、表3可知，对于混凝土的28d抗压强度，因素的影响顺序为：水胶比>矿物掺合料的掺量>胶凝材料>砂率>粉煤灰与矿粉比，这表明了水胶比对混凝土的强度的影响在本课题的五个因素中影响相对比较大；在水泥强度相同情况下，混凝土的水灰比越小水泥石的强度越高，与骨料的胶结力也越大，混凝土的强就越高[3]，所以水胶比增大时，混凝土抗压强度减小。56d抗压强度，因素的影响顺序为：水胶比>矿物掺合料的掺量>砂率>粉煤灰与矿粉比>胶凝材料用量，在28d时粉煤灰与矿渣比的作用不是很明显，在56d才逐渐表现出来。28d和56d的结果表明：水胶比对混凝土强度的影响较为显著。

混凝土的抗压强度在很大程度上是由原材料的性质及其相对含量决定的，另外还与矿物掺合料、养护条件及龄期有密切关系。粉煤灰是一种混凝土矿物掺和料，其掺量的多少不仅影响混凝土的强度，而且将改变混凝土的和易性等[4]。在其他因素不变情况下，掺加10%、15%、20%、25%的粉煤灰，掺量15%以内，抗压强度增大，较合理。水泥在制作过程中就掺有粉煤灰，所以在掺的过程中要注意掺量，因为煤灰掺量过多，对混凝土抗压强度影响较大。

方差分析能够把影响混凝土抗压强度的因素和其他偶然因素造成的试验误差分开，由表4的方差分析表同样得出：水胶比在整个试验中对混凝土强度的影响较显著。

5 结语

①通过正交试验得出：五种因素对混凝土影响强弱大小为：水胶比>矿物掺合料的掺量>胶凝材料的用量>砂率>粉煤灰与矿粉掺量比。

②水胶比对抗压强度的影响在整个过程中一直是较为显著的；矿物掺合料掺量对混凝土强度的影响也是较为显著，但是砂率以及粉煤灰与矿粉掺量比对混凝土的强度的影响不是很显著，却又都起到一定的影响。

③适当增大粉煤灰的掺量可以提高混凝土的强度，当超过一定含量，混凝土的强度降低，本课题经过正交试验得出粉煤灰粉掺量超过15%的时候混凝土强度开始逐渐降低，还有粉煤灰的作用时间比较长，所以28d时作用不是很大，主要是在56d影响比较明显，还有粉煤灰的细度在混凝土的强度影响中有一定的作用。

参考文献：

[1]黄志军.高性能混凝土及其应用发展前景[J].福建建筑，2005（02）.

[2]马志霞，李金奎，侯瑞珀等.不同掺量粉煤灰混凝土强度试验研究[J].河北建筑科技学院学报，2005（4）：34-36.

[3]叶青，丁铸.土木工程材料[M].中国计量出版社，2010，8.

[4]鲁丽华，潘桂生，陈四利，张月.不同掺量粉煤灰混凝土的强度试验[J].沈阳工业大学学报，2009（01）.