1、1正交法在冻结井壁砼复合外加剂试验中的应用摘要：为了使冻结施工井壁混凝土能够在负温条件下凝结与硬化，并满足其各项性能要求，采用引气剂+防冻剂+早强减水剂复合的技术路线，通过正交试验设计复配了适应冻结施工早强流态井壁混凝土的复合外加剂。通过试验分析最终确定各组分掺量之间的最佳配比。复合外加剂的掺量为 2.1%，可起到流态、早强、防冻及抗冻的作用。 关键词：外加剂；冻结施工法；正交试验；复合 中图分类号：TU528 文献标志码：A WT文章编号：1672-1098（2012）04-0030-04 基金项目：安徽省级优秀青年人才基金资助项目（2009SQRZ064） ；安徽理工大学青年科研基金资助项
2、目 作者简介：宗翔（1976-） ，男，安徽淮南人，讲师，在读博士，主要从事结构工程和高性能混凝土等方面的教学和研究工作。 冻结施工法是煤矿特殊凿井的施工方法之一，在复杂的软弱含水地层建设地下结构物中冻结施工法是最重要，也是最安全可靠的施工方法。冻结施工法的特殊性决定着冻结井壁在零摄氏度以下的环境中，进行井壁混凝土的施工和混凝土硬化，要求混凝土在低温下具有一定的强度增长率和耐久性，也即混凝土应具有良好的抗冻、抗渗性能。同时，现场施工条件和井壁设计要求混凝土具有流态和高强的要求1-2。 淮南地区刘庄煤矿的井筒施工采用的就是冻结施工法。由于常用的2外加剂只具备单一功能，不能满足现场对外加剂的多种功
3、能的要求，需要对外加剂进行复配以满足冻结井壁混凝土施工流态、早强、抗冻和抗渗的多种性能要求。 正交试验设计是利用一种规格化的表正交表来合理地安排试验，利用数理统计的原理科学地分析试验结果的、处理多因素试验的科学方法。这种方法的优点是：能够通过代表性很强的少数次试验，搞清各个因素对试验指标的影响情况；同时它又可以通过直观分析方法以及方差分析试验结果，确定出因素的主次顺序，找出较好的生产条件或最优参数组合3。本文采用正交试验设计方法对引气减水组分、防冻组分、高效减水组分、早强组分来复配，复配的重点是解决防冻、早强、减水、引气组分的合理掺量以及相互之间的相容性。 1 复合多功能外加剂的组分 在配制复
4、合外加剂时，必须按照要求选择合适的各个组分，以达到最佳的效果，单一组分达不到要求的效果，必须采用多元复合。按照从早强、减水、抗冻和引气这四个方面加以考虑的原则，本课题选择了效果较好的、复配时相容性较好且本地较易得到的三种外加剂组分进行试验。它们分别为：A 引气剂（木钙粉） ；B 防冻剂（NaNO2） ；C 早强减水剂（含有 Na2SO4 的 NF 高效减水剂） 。 A 组分是一种阴离子型高分子表面活性剂，具有减水、引气的特点。其适宜掺量应为水泥重量的 0.20%0.30%，当掺量超过 4%水泥用量时，混凝土强度就会损失。在与不掺外加剂的混凝土保持相同坍落度的情况下，减水率为 8%15%。在保持
5、相同用水量时，可使坍落度增加368cm。A 组分能减少混凝土的泌水，对混凝土有一定的缓凝作用；有一定的引气性，可提高混凝土的抗冻性和抗渗性。 B 组分是以降低液相中的冰点为目的的一种纯化学物质，它能够有效地降低混凝土中液相的冰点，使得混凝土在负温环境下，仍然能够得到强度的增长。 C 组分主要成分为高效减水剂，因其含有 Na 2SO 4，故其在具有减水效果的同时还有提高混凝土早期强度的性能。早强减水组分 C 的适宜掺量为 0.5%1.2%，一般减水率为 15%25%，早期强度显著。掺加 0.5%的 C 组分使混凝土坍落度提高 10cm，掺加 1%的 C 组分减水率为10%25%。若水泥用量相同，
6、坍落度相近，则混凝土 3d 强度提高 50%左右，28d 强度提高 15%30%，一年后强度可提高 30%左右。混凝土抗渗、抗冻、徐变等耐久性能均有所改善。 2 正交设计试验 2.1 井壁混凝土的原材料 水泥采用巢湖产 42.5 级普通硅酸盐水泥，试验测得的各项性能指标符合标准要求。细集料采用本地河砂，细度模数 2.67，属区中砂。粗集料采用九龙岗地区石灰岩碎石，粒径 525mm，连续级配，压碎指标为8.14。混凝土拌和用水采用本地自来水。外加剂按正交设计的 9 种试验方案添加。 2.2 确定因素和水平 首先对拟采用的外加剂组分进行试验分析，初步组合，并借助相关试验将次要成分的品种、掺量范围固
7、定。 4根据冻结井壁施工对混凝土的要求和拟采用的三种外加剂组分试验指标分析，外加剂的组分种类和掺量是影响混凝土性能的主要因素。各个组分的掺量先进行单组分试验后再确定该组分在本试验中的合理用量范围，在比较小的用量范围内选择考察因素的水平进行正交试验设计，将主要的 3 种外加剂组分按照 L9（34）设计方案进行混凝土性能试验。正交设计试验的因素与水平如表 1 所示4。 2.3 试验情况及结果分析 根据正交设计安排得到的试验方案，试验结果和极差分析结果如表2 和表 3 所示。 3SA-H 型复合外加剂检验 SA-H 型复合外加剂的试验结果如表 4 所示。 SA-H 型复合外加剂主要通过改善混凝土的内
8、部结构来提高混凝土的抗冻性能，它与单一的抗冻剂相比，具有早期强度高、后期强度损伤小、有较好的耐久性等特点。SA-H 型复合外加剂对改善混凝土拌和物的和易性，提高低温混凝土的早期强度和提高其抗冻性、抗渗性均具有明显作用。通过系统的试验可以确定 SA-H 型复合外加剂适合用于冻结井壁施工的低温高强流态混凝土。 4 结论 采用正交试验法对复合外加剂进行复配试验，先确定影响因素和水平，科学分析测试数据后，得到了可靠的研究结果，减少了试验量，缩短了试验周期，找出了相应性能要求的最优复配方案，降低了试验成本，提高了工作效率。 5本试验研制的 SA-H 型复合多功能外加剂由 3 种组分构成，可以满足冻结井壁
9、混凝土早强、防冻、流态的要求，改善了混凝土内部结构，形成了细小、密闭的孔结构，从而阻断了连通混凝土内部毛细管的通道，提高其抗渗性、抗冻性等耐久性，对钢筋无锈蚀作用。在淮南地区刘庄煤矿的井筒施工的应用中，获得很好的使用效果，且经济性较好。 参考文献： 1姚直书，程桦，杨俊杰.深表土中高强钢筋混凝土井壁力学性能的试验研究J.煤炭学报，2004，29（2）：167-171. 2熊大玉，王小虹.混凝土外加剂M.北京：化学工业出版社，2002：1-152. 3刘数华，冷发光，罗季英.建筑材料试验研究的数学方法M.北京：中国建材工业出版社，2006：28-65. 4闵凡飞，朱金波，张明旭.正交法在高泥化煤泥水沉降试验中的应用J.安徽理工大学学报：自然科学版，2010，30（4）：52-56. 5国家质量监督检验检疫总局.JC475-2004 混凝土防冻剂S.北京：中国标准出版社，2004. 6国家质量监督检验检疫总局.GB8076-2008 混凝土外加剂S.北京：中国标准出版社，2008. 7中国建筑科学研究院.JGJ55-2011 普通混凝土配合比设计规程S.北京：中国建筑工业出版社，2011. （责任编辑：何学华，吴晓红）
