基于正交试验掺钢纤维混凝土配合比优化-张琦

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1、青海交通科技２０１１—４基于正交试验掺钢纤维混凝土配合比优化张琦（西安交通基本建设工程质量监督站西安７１００６４）摘要为了优化掺钢纤维混凝土配合比，采用正交试验法研究水灰比、早强剂掺量、钢纤维掺量、矿料级配等四个因素对掺钢纤维混凝土物理力学性能的影响规律。结果表明：矿料级配对混凝土和易性影响最为显著，其次是水灰比；钢纤维的掺量是影响混凝土抗折强度的主要因素，并且抗折强度随着钢纤维掺量的增加而增加；影响钢纤维混凝土的抗压强度的主要因素是水灰比，且抗压强度与水灰比的大小成反比。通过正交试验分析优化得到掺钢纤维混凝土的配合比；采用规范级配、水灰比０．３８、早强剂掺量１％、钢纤维掺量为５

2、０ｋｇ／ｍ３。与不掺钢纤维混凝土相比，该配比钢纤维混凝土３ｄ和２８ｄ抗折强度分别约提高了１０％和１２％，耐磨性能提高了４４．６％．成果可用于水泥混凝土路面快速修复工程中。关键词道路工程钢纤维混凝土配合比正交试验１前言三种级配的集料掺配比率表１目前普通水泥混凝土路面修补存在的主要问题是新旧水泥混凝土结合强度低，强度发展缓慢，很难在短集料的类型及用量比例（％）期内开放交通。钢纤维混凝土具有高抗折强度、良好级配砂１０～２０档石料２０～４０档石料的抗冲击性和抗裂性，并且能大大缩短路面修复的时骨架级配１４２１６４２间，因此钢纤维混凝土可以应用于水泥路面的新建和规范级配２４０２１３９快速修复

3、项目中。由于钢纤维混凝土组成材料较多，中间级配３３８２６３６影响因素比较复杂，按常规的试验方法很难在较短时间内找出既符合设计和施工要求又经济合理的混凝土施工配合比，故采用正交试验来分析各个因素对钢纤２正交试验设计维混凝土的强度的影响规律，从而找出满足工程实际２．１试验指标要求的混凝土优化配合比并进行路用不着性能的验项目研究的是用于水泥混凝土路面快速修补工程证。中，要求修补后路面在３ｄ内通车。因此，混凝土３ｄ抗２原材料及矿料级配折强度是主要考察指标，并综合考虑２８ｄ抗折强度、３ｄ２．１原材料和２８ｄ抗压强度。同时，要求新拌混凝土的塌落度控钢纤维：采用江西赣州大业金属纤维有限公司生制

4、在２５±５ｍｍ。产的铣削波浪形钢纤维ＬＳＦ５０ｍｍ，抗拉强度为２．２正交试验设计７５０ＭＰａ。正交试验的因素及水平见表２，矿料级配见表１水泥：采用衢州虎求牌４２．５Ｒ水泥，其各种指标４）四因素、三水平正交试验与三因素、三水平正Ｌ９（３均符合规范要求。交试验Ｌ９（３３）设计原理类似，只是在排列顺序时稍有集料：细集料采用衢地的河砂，细度模数为２．７，不同，设计原理在此事就不赘述，设计方案见表３。属于中砂。粗集料、细集料各项指标满足规范技术要３正交试验结果及分析求。３．１配合比数据及结果早强剂：采用北京科宁丰外加剂有限公司生产的正交试验的配合比数据和物理力学性能见表４。高效早强减水剂，

5、外观呈褐色，掺量为１％时砂浆减水正交试验的极差计算结果见表５。率为１４％．正交试验因素水平表表２２．２１矿料级配早强剂钢纤维本文选择三种矿料级配类型，级配１是参考文献水平水灰比Ａ级配Ｄ（％）Ｂ（ｋｇ／ｍ３）Ｃ［１］中的骨架密实级配；级配２是根据ＪＴＧＦ３０—２００３１０．３５１．０４０级配１《水泥混凝土路面施工技术规范》确定的规范级配；级配３是为了方便分析结果，调整级配１和级配２得到２０．３８１．５５０级配２的中间级配。三种级配的粗细集料的掺配比率见表１３０．４１２．０６０级配３３８青海交通科技２０１１—４粗集料１０～２０和２０～４０这两档料的掺配比率不同，正交试验方案表３并且随

6、着１０～２０这档料的掺量的增大塌落度变小。早强剂Ｂ钢纤维Ｃ其原因是因为１０～２０这档料的吸水率为０．７６大于序号水灰比Ａ级配Ｄ（％）（ｋｇ／ｍ３）２０～４０这档料的吸水率０．４５。所以随着１０～２０这一１０．３５１．０４０级配１档料的增加，混合料的塌落度会相应的减小。２０．３５１．５５０级配２３０．３５２．０６０级配３４０．３８１．０５０级配３５０．３８１．５６０级配１６０．３８２０４０级配２７０．４１１．０６０级配２８０．４１１．５４０级配３９０．４１２．０５０级配１３．２施工性能的影响因素由表６中塌落度一栏计算的极差Ｒ值以及图１可知，影响钢纤维混凝土坍落度的主要因素是级配，其

7、水灰比对塌落度的影响没什么可循，因为水灰比次就是水灰比。的大小只与混凝土试配强度和水泥强度有关，与塌落由图１可以看出，级配对钢纤维混凝土塌落度的度的大小没有关系，根据图１可以看出最佳的塌落度影响是比较有规律的。骨架密实级配的坍落度最大，所对应的水灰比为０．３８，并不是水灰比越大，塌落度规范级配次之，中间级配的坍落度最小。三种级配中就越大。正交试验配合比（ｋｇ／ｍ３）和物理力学性能表４正交试验配合比（ｋｇ／ｍ３）施工性能和力学性能序号水水泥砂粗集料（ｋｇ）早强剂钢纤维塌落度抗折强度