橋梁C30大體積混凝土配合比正交試驗隨著我國公路交通基礎設施建設的迅猛發(fā)展，公路橋梁中的長大橋梁不斷涌現(xiàn)，大體積混凝土在橋梁工程中的應用也越來越多。在對橋梁大體積混凝土設計和施工中應注重優(yōu)選混凝土原材料和優(yōu)化混凝土配合比，在盡量降低水化熱對混凝土影響的同時，應保證混凝土具有良好的工作性能、較高的抗拉強度和較強的抗裂能力。影響大體積混凝土性能的因素較多，其中最主要的因素有水泥種類、水膠比、粉煤灰摻量、集料類型及外加劑等。本文結合澧水大橋C30大體積混凝土工程實際，采用正交試驗的方法，探討了各主要因素對大體積混凝土性能的影響，并推薦了用于施工的混凝土配合比。工程背景澧水大橋位于湖南張家界永定區(qū)與湘西自治州永順縣的交界處，橫跨澧水河峽谷，為地錨式懸索橋。如圖1.1所示，大橋主纜跨徑布置為(200+856+190)m主纜矢跨比為1/10，兩根主纜橫向間距28m全橋共設69對吊索，大橋兩岸的索塔基礎、錨碇均為C30大體積混凝土。圖1.1澧水大橋立面圖原材料的性能水泥按照就地取材、經(jīng)濟合理的原則，本次試驗選用兩個廠家的兩種水泥，分別為石門海螺P.O42.5和常德中材P.O42.5水泥。兩種水泥的性能指標如表2.1所示。表2.1水泥性能指標粉煤灰試驗選用石門電廠I級粉煤灰，其細度為 10.3%，燒失量為4.7％，需水量比為93％，三氧化硫含量1.8%，含水量0.3%，化學組成如表3.2所示。表2.2粉煤灰的化學組成骨料配合比設計試驗采用張家界產(chǎn)的4.75?26.5mm連續(xù)級配碎石，其部分技術指標和連續(xù)級配情況分別如表2.3和表2.4所示。表2.3碎石部分技術指標工程位于張家界山區(qū)，周邊并無可用的河砂，故細骨料采用張家界產(chǎn)的水洗機制砂。機制砂的部分技術指標如表2.5所示。砂的細度模數(shù)為3.5，為I區(qū)粗砂，其顆粒級配情況如表 2.6所示。表2.5機制砂部分技術指標表2.6機制砂顆粒級配外加劑采用江蘇博特新材料XX公司生產(chǎn)的聚羧酸PCA-IV型緩凝型高效減水劑，其減水率大于20%。拌合用水混凝土拌和用水采用澧水河河水，按照《混凝土拌和用水標準》（JGJ63-89）規(guī)定的方法取樣試驗分析，結果滿足混凝土拌和用水要求，其各項技術指標如表2.7所示。表2.7拌合水的技術指標混凝土配合比正交試驗正交試驗法是研究多因素多水平的一種試驗設計方法，它是根據(jù)正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進行試驗，這些有代表性的點具備“均勻分散性，整齊可比性”的特點。正交試驗是一種高效、快速、經(jīng)濟的多因素多水平試驗方法，這種試驗方法使用正交表來安排試驗和分析試驗結果。試驗考察指標通過正交試驗，考察水泥種類、水膠比、粉煤灰摻量及外加劑摻量等因素對大體積混凝土強度抗壓強度（3d、7d、28d、56d）；劈裂抗拉強度（3d、7d、28d）;混凝土和易性（流動性、黏聚性和保水性）；混凝土凝結時間（初凝、終凝）的影響，并最終為大體積混凝土施工推薦最優(yōu)配合比。澧水大橋C30大體積混凝土均為泵送施工，混凝土坍落度要求三160mm宜控制在170?210mn之間，且應具有較好的黏聚性和保水性?；炷烈淮问┕し搅枯^大，整體分層連續(xù)澆筑時需要時間較長，要求混凝土的初凝時間不得早于12小時，經(jīng)初步計算保證在12?15小時為宜。試驗因素與水平試驗采用的集料類型、外加劑種類已定，則正交試驗考慮影響混凝土性能的主要因素為水泥種類、水膠比、粉煤灰摻量及外加劑摻量。普通硅酸鹽水泥在出廠時摻加了不超過 15%的粉煤灰、火山灰等活性材料，考慮保證大體積混凝土的耐久性，控制粉煤灰等活性材料總摻量盡量不超過膠凝材料總量的 50%，因此對于兩種P.O42.5水泥，粉煤灰摻量選定了30%，35%和40%三個水平；根據(jù)初步計算，水膠比選定0.45和0.47兩個水平；根據(jù)外加劑廠家推薦，對于兩種P.O42.5水泥，其外加劑摻量選定了0.8%和1.0%兩個水平。試驗的因素水平如表 3.1所示。表3.1因素水平表選擇正交表安排試驗由表3.1可知，試驗選定的四個因素中，除了粉煤灰摻量為3水平外，其他3個因素均為2水平，在混合水平表中并無與之直接對應的可用表格。因此，采用擬水平法，將表3.1中粉煤灰摻量的水平2重復，湊足4個水平，然后選用正交表L8(4X24)安排試驗。從正交表的5列中任選4列，將試驗因素和水平填入，可得正交試驗的試驗方案如表3.2所示，試驗各組的具體配合比如3.3所示。表3.2L8(4X24)試驗方案因素/列號表3.3PB1?PB8配合比試驗結果分析試驗結果進行分析，各指標的試驗結果統(tǒng)計在表4.1中，其中和易性與凝結時間根據(jù)試驗結果對比性能要求進行評分（百分制）。PB1?PB8各齡期混凝土抗壓強度、劈裂抗拉強度和凝結時間對比分別如圖4.1、圖4.2和圖4.3所示。表4.1P.042.5水泥L8（4X24）試驗結果圖4.1PB1?PB8抗壓強度對比圖圖4.2PB1?PB8劈裂抗拉強度對比圖圖4.3PB1?PB8凝結時間對比圖將各試驗指標的分析結果列于表4.2中，其中抗壓強度選擇有代表性的60d強度列入，劈裂抗拉強度選擇7d強度列入，和易性與凝結時間以其評分值列入。表4.2各試驗指標分析結果注：表中K1、K2和K3分別為表3.2中1、2和3水平對應的試驗指標之和；k1、k2和k3分別為1、2和3水平的試驗指標平均值；R為各水平試驗指標平均值的極差。以因素水平為橫坐標，指標的k值為縱坐標，作60d抗壓強度、7d劈裂抗拉強度、和易性（評分）、凝結時間（評分）與四因素的關系圖，分別如圖4.4、圖4.5、圖4.6和圖4.7所示。圖4.4混凝土60d抗壓強度與四因素的關系圖圖4.5混凝土7d劈裂抗拉強度與四因素的關系圖圖4.6混凝土和易性（評分）與四因素的關系圖圖4.7混凝土凝結時間（評分）與四因素的關系圖結合表4.2和圖4.4~圖