基于正交试验的C60P12地铁管片配合比设计

武 斌 杜保立 黄亚林

（1 东莞市港创环保科技有限公司；2 深圳港创建材股份有限公司）

0 前言

管片是盾构隧道法施工中最重要的结构部件，因此现今对盾构管片的强度等级的要求也越来越高[1]。本研究将在前期C50P12 盾构管片试验经验基础上，通过正交设计方法，利用极差分析方式，找出不同因素对C60P12 盾构管片的影响规律，从而进一步得出可行的最佳配合比[2]。

1 试验原材料及试验方法

1.1 试验原材料

⑴水泥：采用海螺（清新牌）PO52.5 级水泥，密度3.16g/㎝3，28 天抗压强度56.8MPa。

⑵粉煤灰：采用深圳妈湾电厂Ⅰ级粉煤灰，细度5.6%，28 天活性指数77%。

⑶砂：东莞河砂，含泥量0.8%，细度模数2.8%。

⑷石：惠州5～25mm碎石，连续级配，压碎值6.7%。

⑸减水剂：中铁四威牌Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3 三种型号。

1.2 试验方法

本次研究采用正交设计方法，将水胶比、砂率、减水剂品种3 个因素设置三个水平对C60P12 管片混凝土的性能影响进行分析。具体见表1。

表1 正交试验因素水平

2 试验结果

试验结果见表2。

表2 试验结果

2.1 坍落度极差分析

从表3 分析结果可以看出，在水胶比、砂率和减水剂型号三个因素中，砂率对C60P12 盾构管片的坍落大影响最大，水胶比的影响最小。与普通混凝土相比，C60P12 盾构管片混凝土的胶凝材料用量多，而砂子的粒径比石子小得多，因而砂率低的配比，比表面积小，利于胶凝材料填充，在胶凝材料一定的条件下，包裹于骨料表面的水泥浆厚度将随砂率的改变而变化。如果砂率太小，细骨料填充粗骨料空隙后，并不能保证骨料间有足够的润滑层，从而降低了混凝土的坍落度[3]。从水胶比的影响分析看，随着水胶比的下降，C60P12 盾构管片的坍落度在增加，这主要得益于随着水胶比的下降，胶凝材料的增多，骨料之间的润滑浆体变厚，降低了摩擦力，从而利于混凝土的流动，导致坍落度变大。

表3 坍落度极差分析

2.2 28 天抗压强度极差分析

从表4 结果分析可以看出，对于普通强度混凝土，随着水胶比的下降，混凝土内部孔隙率变小，密实度增加，从而增强了混凝土的抗压强度。但对于C60P12 盾构管片混凝土，水胶比的下降，并不会导致混凝土的抗压强度上升，这可能是由于当水胶比下降到一定程度时，其他因素对混凝土抗压强度的影响已经超过了内部孔隙率的变化影响，因而并不会与水胶比程线性关系。从A、B、C 三个因素比较分析看，因素C（减水剂型号）对C60P12 盾构管片的抗压强度影响最大。对于普通混凝土，减水剂主要通过降低用水量，达到提高混凝土强度的目的，但对于C60P12 盾构管片早强型混凝土，由于不同减水剂选用的早强母液不同，因而会表现出不同的影响强度，因此对于C60P12 盾构管片这种早强型混凝土，选择合适的减水剂品种非常重要。

表4 28 天抗压强度极差分析

3 结论

砂率对C60P12 盾构管片的坍落大影响最大，水胶比的影响最小。而对于28 天抗压强度来说，减水剂品种影响最大，选择合适的减水剂品种对C60P12 盾构管片至关重要。最优配合比为A2B2C3。