基于正交試驗(yàn)的鋼渣、脫硫石膏、粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)度研究

李銳鐸，徐梓博，趙林熠，符 浩，史樂君(河南城建學(xué)院 土木與交通工程學(xué)院，河南 平頂山467036)

基于正交試驗(yàn)的鋼渣、脫硫石膏、粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)度研究

李銳鐸，徐梓博，趙林熠，符 浩，史樂君
(河南城建學(xué)院 土木與交通工程學(xué)院，河南 平頂山467036)

以舞鋼鋼廠鋼渣和平頂山姚孟電廠粉煤灰與脫硫石膏為主要原料，并摻入少量激發(fā)劑，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行鋼渣、脫硫石膏、粉煤灰混凝土7 d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，分析各種因素及水平對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，為快速合理確定混凝土配合比提供依據(jù)。

鋼渣；脫硫石膏；粉煤灰；正交試驗(yàn)；抗壓強(qiáng)度

隨著我國工業(yè)化和城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了大量的鋼渣、脫硫石膏、粉煤灰等工業(yè)廢渣，如何實(shí)現(xiàn)這些工業(yè)廢渣的循環(huán)利用，變廢為寶，減少對(duì)城市環(huán)境的污染是亟待解決的重要問題[1-2]。

近年來，粉煤灰作為燃煤電廠的主要固體廢棄物得到了廣泛的應(yīng)用[3-4]。鋼渣存在耐磨性差、安定性較差、早期活性低等缺陷，制約了鋼渣的大規(guī)模應(yīng)用。當(dāng)前，脫硫石膏(主要成分為二水硫酸鈣)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，其對(duì)礦渣具有改性作用而用于制備水泥材料[5]。同樣，脫硫石膏和粉煤灰作為活性物質(zhì)可以替代部分水泥制作脫硫石膏-粉煤灰膠凝材料[6-10]。因此，將鋼渣、脫硫石膏和粉煤灰混合制備混凝土，可以達(dá)到節(jié)約能源、降低CO2排放、減少固體廢棄物污染的目的。

1 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)中所用水泥為普通硅酸鹽42.5水泥。鋼渣取自平頂山舞鋼鋼廠，含水量為0.62%，比表面積410 m2/kg，SEM照片見圖1，其主要成分見表1。脫硫石膏取自平頂山姚孟電廠煙氣脫硫石膏，主要成分為二水硫酸鈣，含水量為5.7%。粉煤灰同樣取自平頂山姚孟電廠，粉煤灰比表面積為305 m2/kg，燒失量為1.5%，含水量為0.27%，SEM照片見圖2，主要成分見表2。

圖1 鋼渣SEM照片 圖2 粉煤灰SEM照片

表1 鋼渣主要成分 %

表2 粉煤灰主要成分 %

2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表3 正交表

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究多因素多水平的一種高效率、快速、經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，它是根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)[11-12]。本文選取鋼渣摻量、脫硫石膏粉煤灰的比例以及水泥替代量(替代正常水泥混凝土中水泥用量)這三個(gè)影響因素為試驗(yàn)變量。鋼渣摻量以A表示，分別為5%、10%和15%；水泥替代量以B表示，分別為10%、20%和30%；脫硫石膏粉煤灰比例以C表示，分別為1 ∶1.5、1 ∶2和1 ∶2.5。上述試驗(yàn)的影響因素共有三個(gè)，每個(gè)影響因素又有三種變化水平、如果按照全面試驗(yàn)的方法，需27次試驗(yàn)才能將所有情況做完，而如果選擇用正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)，在合理設(shè)計(jì)下，只需要做9組試驗(yàn)就能找到最優(yōu)或者較優(yōu)的結(jié)果。按照正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的因素水平表見表3所示。

3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果的分析方法一般有兩種，即極差法和方差分析法。極差法雖然簡單易行、直觀易懂，但不能把試驗(yàn)過程中的試驗(yàn)條件改變(因素水平的改變)所引起的數(shù)據(jù)波動(dòng)與試驗(yàn)誤差所引起的數(shù)據(jù)波動(dòng)區(qū)分開來，也無法對(duì)因素影響的重要程度(顯著性)給出精確的定量估計(jì)。方差分析法就可以彌補(bǔ)直觀法的不足，采用方差分析法得到的主體間效應(yīng)的檢驗(yàn)和因素B的多個(gè)比較結(jié)果如表4和表5所示。

表4 主體間效應(yīng)檢驗(yàn)

a. R 方 = 0.998(調(diào)整 R 方 =0.992)。

表5 因素B的多個(gè)比較

注：基于觀測(cè)到的均值；誤差項(xiàng)為均值方 (錯(cuò)誤) =0.031；*. 均值差值在0.05 級(jí)別上較顯著。

由表4可以看出：因素A和因素B差異性顯著的檢驗(yàn)值(Sig.值)分別為0.010和0.003，均小于0.05，說明這兩個(gè)因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響顯著。因素C差異性顯著的檢驗(yàn)值為0.085，大于0.05，說明因素C不顯著。由表5可以看出，因素B的10%～20%、20%～30%和10%～30%三個(gè)水平之間的差異性顯著的檢驗(yàn)值分別為0.004、0.009和0.001。綜上所述，并通過各因素對(duì)應(yīng)強(qiáng)度均值計(jì)算可知，最優(yōu)組合為A1B3C1。

4 結(jié)論

利用正交試驗(yàn)法分析鋼渣摻量、脫硫石膏粉煤灰替代水泥量、脫硫石膏粉煤灰比例等因素對(duì)混凝土7 d抗壓強(qiáng)度的影響，得出以下結(jié)論：(1)影響鋼渣、脫硫石膏、粉煤灰混凝土強(qiáng)度的重要性因素依次是水泥替代量、鋼渣摻量和脫硫石膏粉煤灰比例；

(2)基于本試驗(yàn)各因素水平，制備鋼渣、脫硫石膏、粉煤灰混凝土的最優(yōu)組合為A1B3C1。

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Compressive strength of steel slag, desulfurization gypsum and fly ash concrete based on methods of orthogonal experiment

LI Rui-duo, XU Zi-bo, ZHAO Lin-yi, FU Hao, SHI Le-jun
(SchoolofCivilandTransportationEngineering,HenanUniversityofUrbanConstruction,Pingdingshan467036,China)

Concrete compressive strength of 7 days steel slag, desulfurization gypsum and fly ash concrete were studied based on methods of orthogonal experiment. The concrete was prepared with steel slag form Wugang Steel Plant and fly ash, desulfurization gypsum from Yaomeng Power Plant, doped with a small amount of activator, using orthogonal test design method for steel slag, desulfurization gypsum, fly ash concrete 7 d compressive strength test, and the impact of various factors on compressive strength of concrete were analyzed, which provided the basis for rapid reasonable concrete mixture ratio.

steel slag; desulfurization gypsum; fly ash; orthogonal experiment. compressive strength

2017-01-09

河南省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(14102310243)

李銳鐸(1980—)，男，河南新鄉(xiāng)人，博士，講師。

1674-7046(2017)01-0020-03

10.14140/j.cnki.hncjxb.2017.02.004

U214.1+8

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