以貝殼為骨料混凝土的正交試驗(yàn)與分析★

高 潮 潘 柱 陳洪洲

(1.大連海洋大學(xué)海洋與土木工程學(xué)院，遼寧大連 116023;2.大連理工大學(xué)，遼寧大連 116024)

以貝殼為骨料的混凝土，其特征在于使用廢棄的貝殼，經(jīng)清洗、粉碎后，代替部分砂石作為骨料，與膠凝材料和水按一定比例拌制成的混合物，經(jīng)一定時(shí)間后硬化而成的人造石材。目前國內(nèi)對(duì)以貝殼為骨料的混凝土的研究較少。以貝殼為骨料的混凝土，它既保持了普通混凝土的優(yōu)點(diǎn)，又具有廢物利用的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展這一產(chǎn)品，在節(jié)約材料方面具有非?？捎^的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 試驗(yàn)

1.1 因素與水平

在基礎(chǔ)試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)隨著貝殼替代率的升高，混凝土的強(qiáng)度有所下降［1］。選取貝殼摻量為20%，30%和40%，綜合考慮成本和試驗(yàn)室具體情況，選取了水灰比、砂率、貝殼替代率、單位用水量四個(gè)因素［2］，每個(gè)因素選取三個(gè)水平，其因素水平見表1。

表1 因素水平表

1.2 實(shí)驗(yàn)安排

試驗(yàn)選用L9(34)正交表來安排試驗(yàn)，將上面四個(gè)因素分別列為A，B，C，D列。試驗(yàn)安排及配合比見表2。

表2 試驗(yàn)方案制度表

1.3 抗壓強(qiáng)度

根據(jù)GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。將試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)步驟:將試件置于試驗(yàn)機(jī)承壓板上，使試件的軸線與試驗(yàn)機(jī)壓板的壓力中心重合，以10 kN/s～30 kN/s的速度加荷，直至試件破壞。記錄破壞荷載［3］。

2 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 直接分析

由表3可見，抗壓強(qiáng)度最高的是第6號(hào)A2B3C1D2，此外，第1號(hào)A1B1C1D1和第8號(hào)A3B2C1D3試驗(yàn)結(jié)果也都有較高的抗壓強(qiáng)度。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析表

2.2 計(jì)算分析

2.2.1 極差分析

根據(jù)每個(gè)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響不同，區(qū)分出主次。通常用極差R來區(qū)分因素的主次。其因素的極差越大，說明這個(gè)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響越大，它就是主要因素;反之，則是次要因素［4］。從表3可見，影響抗壓強(qiáng)度的主次關(guān)系如下:

2.2.2 用趨勢(shì)圖直觀分析

趨勢(shì)圖是以水平數(shù)為橫坐標(biāo)，各指標(biāo)的平均數(shù)為縱坐標(biāo)而繪制的。A1B3C1D2為最佳試驗(yàn)配合比，從趨勢(shì)圖可以看出，如圖1所示。

2.2.3 方差分析

從方差分析看，C因素對(duì)強(qiáng)度影響較顯著，B，D因素次之，即貝殼替代率的影響因素是非常顯著的，而砂率、水灰比和單位用水量的影響不顯著。其主次次序?yàn)?

方差分析表見表4。

3 結(jié)語

1)試驗(yàn)表明，以貝殼為骨料混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度并沒有降低太多，這說明粉碎的貝殼作為骨料并沒有引起混凝土早期強(qiáng)度的降低。以貝殼為骨料混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度隨著貝殼替代率的升高有所下降。

圖1 因素—指標(biāo)圖

表4 方差分析表

2)有研究表明貝殼的主要成分有占全殼95%的碳酸鈣和少量的貝殼素［5］。具有一定的強(qiáng)度，在混凝土中能夠起到骨架的作用。

3)混凝土的抗壓強(qiáng)度與骨料的表面特征有關(guān)，骨料按表面特征分為光滑的、平整的和粗糙的顆粒表面。貝殼的表面特征一般為光滑的顆粒表面，主要影響混凝土與膠結(jié)料的粘結(jié)力，粉碎的貝殼與石子相比，與膠結(jié)料的粘結(jié)力較差。

4)粉碎的貝殼作為骨料替代石子，多呈細(xì)長和扁平的針狀和片狀顆粒，對(duì)混凝土的和易性和強(qiáng)度有不良影響。

5)在混凝土砌塊中以貝殼代替部分石子作為粗骨料，一方面可以減少石子的使用量;另一方面可以使廢棄的貝殼得到廢物利用，是一種有良好發(fā)展前途的新型建筑材料，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］錢 波.基于混凝土強(qiáng)度的相似正交配合比實(shí)驗(yàn)研究［J］.石河子大學(xué)學(xué)報(bào)，2008(8):91-92.

［2］高少霞，高 潮，曹佳瑩.高摻量粉煤灰燒結(jié)磚正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析［J］.工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2006(9):21-22.

［3］蘇達(dá)根.土木工程材料［M］.北京:高等教育出版社，2009.

［4］滕素珍，姜炳蔚，任玉杰.數(shù)理統(tǒng)計(jì)［M］.大連:大連理工大學(xué)出版社，2008.

［5］李金志.貝殼的綜合利用［J］.淮海工學(xué)院學(xué)報(bào)，2001(12):115-116.