掺混合煤矸石骨料混凝土抗渗性能影响因素的试验分析

宁柱伟

辽宁省建设科学研究院有限责任公司（110005）

1 试验方案

采用设计强度等级C50混凝土配比，进行L9（34）的四因素三水平正交试验，混凝土中单方胶凝材料总量为514 kg/m3，粗骨料的总量为1 135 kg/m3，砂率38%。抗渗试验采用GB/T 50082中渗透高度法，测量试件渗水高度以评价煤矸石混凝土抗渗性。

2 原材料

水泥为沈阳冀东水泥有限公司产42.5级普通硅酸盐水泥。煤矸石为朝阳北票地区常年堆积的固体废弃物，经破碎加工后粒径5～26.5 mm。由普通碎石、自燃煤矸石和未燃煤矸石组成的混合体，经甄别，其中普通碎石占比约24%，自燃煤矸石约68.5%，未燃煤矸石约7.5%；堆积密度1 330 kg/m3，表观密度 2 600 kg/m3，压碎指标13%，1 h吸水率3.2%，24 h吸水率4.3%。碎石粒径5～25 mm，堆积密度1 560 kg/m3，表观密度 2 850 kg/m3，压碎指标9.2%，河砂细度模数2.9，硅灰比表面积18 400 m2/kg。减水剂为沈阳依力达产聚羧酸高性能减水剂，含固量22%。

3 试验结果及分析

煤矸石混凝土试件的 28 d渗水高度L9（34）正交试验结果、极差分析结果见表1，方差分析见表2。对于煤矸石混凝土的28 d渗水高度，各因素的影响顺序为：水胶比A、硅灰掺量D、减水剂掺量C、煤矸石掺量B。根据各指标不同水平平均值确定各因素的优化水平组合，即抗渗性最好的组合为A1B1C3D3。

对于煤矸石混凝土28 d渗水高度，水胶比的影响度显著，硅灰掺量、减水剂掺量与煤矸石掺量的影响度相对不大，这其中减水剂掺量、硅灰掺量、煤矸石掺量的影响度又依次降低。

3.1 水胶比对混凝土抗渗影响

随着水胶比从0.3上升到0.4，28 d渗水高度迅速增加。水灰比越大，包围水泥颗粒的水层就越大，水在水泥石中形成相互连通的、无规则的毛细孔系统，使水泥石的孔隙率增加，混凝土抗渗性就差。相同条件下，随着水灰比增大，毛细孔的半径明显增大，混凝土密实度减小，抗渗性明显降低。

表1 L9（34）正交试验方案、极差分析结果

表2 方差分析结果

由正交试验中的方差分析可知，水胶比因素对煤矸石混凝土的抗渗影响程度最为显著，因此，低水胶比的煤矸石混凝土的抗渗性能力显著提高。

3.2 煤矸石掺量对混凝土抗渗性的影响

煤矸石对混凝土渗水高度的影响与掺量有关。煤矸石掺量越大，28 d渗水高度越大。根据方差分析，煤矸石掺量因素影响显著度较低。

3.3 减水剂掺量对混凝土抗渗性的影响

减水剂掺量对混凝土渗水高度的影响较大。随着减水剂掺量增加，煤矸石混凝土28 d渗水高度明显降低。这可能是因为减水剂能改善混凝土的和易性,减少用水量,水分蒸发时留下的毛细孔管少,从而提高了混凝土的密实度和抗渗性。另外，聚羧酸减水剂有一定的引气作用，使混凝土内部产生部分微小、均匀的气泡,气泡隔断了混凝土内部连通的毛细管孔道，从而提高了混凝土的抗渗性。

由正交试验中的方差分析可知，减水剂掺量因素对煤矸石混凝土的28 d抗渗能力影响程度较小。

3.4 硅灰掺量对混凝土抗渗性的影响

随着矿物掺和料硅灰掺量的增加，混凝土的28 d渗水高度呈现出缓慢下降的趋势。这说明随着硅灰掺量的增高，混凝土的抗渗能力缓慢增加。这可能是因为硅灰的掺入可以显著改善混凝土内部的微观结构，通过火山灰效应和微集料效应，提高了混凝土的密实度，从而提高了抗渗能力。由正交试验中的方差分析可知，硅灰掺量对煤矸石混凝土的影响显著度较低。因此，高硅灰掺量混凝土的抗渗能力有所提高。

4 结语

混凝土的抗渗性能与密实程度密切相关，而混凝土的孔结构决定了其密实程度，影响混凝土密实度的因素都将影响其抗渗能力，煤矸石混凝土也不例外。

正交优化设计试验结果表明：在四个影响因素中，水胶比对渗水高度的影响最为显著，硅灰掺量的影响显著度远小于水胶比，煤矸石掺量和减水剂掺量的影响显著度较低。

破碎混合煤矸石混凝土的渗水高度随着水胶比的降低而显著降低，随着硅灰掺量的增加，煤矸石掺量的降低，减水剂掺量的增加而缓慢降低。