摻工業(yè)廢料混凝土的正交試驗(yàn)研究

摘 要：用硅粉、粉煤灰和鋰渣為摻和料等量取代水泥，采用L16（43）正交表進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用極差分析方法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：適量的硅粉可以增加混凝土流動(dòng)性和后期強(qiáng)度，降低混凝土早期強(qiáng)度，硅粉過量時(shí)，混凝土流動(dòng)性和強(qiáng)度均有所降低；粉煤灰和鋰渣可以增加混凝土流動(dòng)性，對(duì)混凝土后期強(qiáng)度影響較小，但會(huì)降低混凝土早期強(qiáng)度；硅粉、粉煤灰和鋰渣對(duì)混凝土拉壓比影響較小；可以借助極差分析手段制備具有特定功能要求的混凝土。

關(guān)鍵詞：硅粉；粉煤灰；鋰渣；正交試驗(yàn)；極差分析

硅粉、粉煤灰和鋰渣均為工業(yè)廢料，產(chǎn)生環(huán)境污染、占用土地資源、危害健康等影響，若將其作為混凝土摻和料，不僅避免了上述危害，還具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)變廢為寶。[1]本文運(yùn)用極差分析[2]手段，以硅粉摻量、粉煤灰摻量和鋰渣摻量為影響因素設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，以混凝土坍落度、3d、7d、28d和56d抗壓強(qiáng)度、28d劈裂強(qiáng)度和拉壓比7項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)混凝土綜合性能進(jìn)行評(píng)估，以期用工業(yè)廢料制備具有特定功能的混凝土，為工程實(shí)踐提供參考。

1 試驗(yàn)方案

1.1 原材料

選用P·O 42.5級(jí)水泥；砂為中砂，細(xì)度模數(shù)2.6；石子為碎石，粒徑5-15mm；硅粉由科明瑞非金屬有限公司生產(chǎn)；粉煤灰由平圩電廠生產(chǎn)；鋰渣由和生復(fù)合材料有限公司生產(chǎn)；材料的特征參數(shù)見表1。

1.2 配合比與試驗(yàn)結(jié)果

考慮硅粉摻量（α）、粉煤灰摻量（β）和鋰渣摻量（γ）3個(gè)影響因素，每個(gè)因素4個(gè)水平（α為4%、8%、12%和16%，β為6%、12%、18%和24%，γ為8%、16%、24%和32%），按正交表L16（43）進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，對(duì)其坍落度、3d、7d、28d和56d抗壓強(qiáng)度以及28d劈裂強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，配合比見表2，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

2 分析與討論

2.1 極差分析

以坍落度（Y1）、3d、7d、28d和56d抗壓強(qiáng)度（Y2，Y3，Y4，Y5）、28d劈裂強(qiáng)度（Y6）和拉壓比（Y7）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，yi，j表示第j組Yi的值（i=1，2…7；j=1，2…16），bi，j表示對(duì)試驗(yàn)結(jié)果yi，j的滿意度，[3]其計(jì)算公式見式（1），Kk表示對(duì)某因素第k水平的滿意度（k=1，2…4），其值為某因素在第k水平下的bi，j之和，故最大的Kk值對(duì)應(yīng)于最優(yōu)的水平，R為Kk的極差，其值越大，說明該因素變動(dòng)時(shí)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響越大，從而可按照R的大小來確定影響因素的主次順序。[4]bi，j的計(jì)算結(jié)果見表4，Kk和R的計(jì)算結(jié)果見表5。

通過表5可以看出：（1）影響因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)Y1，Y2，Y3，Y4，Y5，Y6和Y7的影響順序分別為γ﹥?chǔ)漏儲(chǔ)粒漏儲(chǔ)茅儲(chǔ)粒漏儲(chǔ)茅儲(chǔ)粒俩儲(chǔ)漏儲(chǔ)茫漏儲(chǔ)俩儲(chǔ)茫俩儲(chǔ)漏儲(chǔ)靡约唉漏儲(chǔ)俩儲(chǔ)茫唬?）對(duì)應(yīng)于Y1，Y2，Y3，Y4，Y5，Y6和Y7的最佳因素水平組合分別為α2β4γ4，α1β1γ1，α2β1γ1，α2β2γ2，α2β3γ2，α2β2γ2和α2β3γ2。

2.2 機(jī)理分析

由表1可知，鋰渣和粉煤灰具有較低的需水率和較小的比表面積，故將其等量取代水泥后會(huì)增加混凝土的坍落度，硅粉的顆粒極細(xì)，將其摻入混凝土中可以改善水泥漿體的顆粒級(jí)配，產(chǎn)生所謂的“滾珠效應(yīng)”，[5]從而增加混凝土坍落度，但是硅粉的需水率較大，若摻入量過大，會(huì)導(dǎo)致混凝土更粘稠，降低了坍落度，[6]因此，可以選擇摻入過量的粉煤灰和鋰渣以及適量的硅粉以制備大坍落度的混凝土；由于鋰渣的底活性以及硅粉在高濃度堿環(huán)境下才能激發(fā)出其火山灰活性，[7]粉煤灰、鋰渣和硅粉的摻入均會(huì)降低混凝土早期強(qiáng)度，若對(duì)于早期強(qiáng)度有要求的混凝土，不摻或者盡量少摻粉煤灰、鋰渣和硅粉為宜；對(duì)于混凝土后期抗壓強(qiáng)度，以適量硅粉摻量為宜，當(dāng)硅粉摻量過大時(shí)，水泥水化產(chǎn)生的Ca（OH）2不足以將硅粉消耗完全，[8]而硅粉本身不會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，從而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度有一定的降低；各因素對(duì)劈裂強(qiáng)度的影響與對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響原理相同，不再贅述；由表5可知，拉壓比一欄的極差相對(duì)較小切相近，說明各因素對(duì)拉壓比影響均較小且差異不大。

3 結(jié)論

1）適量的硅粉可以增加混凝土流動(dòng)性，硅粉過量時(shí)，混凝土流動(dòng)性和強(qiáng)度均有所降低；

2）粉煤灰和鋰渣可以增加混凝土流動(dòng)性；

3）硅粉、粉煤灰和鋰渣對(duì)混凝土拉壓比影響較小；

4）可以借助極差分析手段制備具有特定功能要求的混凝土。

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作者簡(jiǎn)介：劉真（1993-），男，江蘇徐州人，在讀碩士，研究方向：新型混凝土材料。