水利水電工程中膠?；炷量箾_磨能力分析

李江成

（京水江河（北京）工程咨詢有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊　830001）

0　引言

隨著汽車不斷普及，廢舊輪胎數(shù)量增多。相關(guān)研究表明將廢舊輪胎膠粒與混凝土混合，不僅可以變廢為寶，減少環(huán)境污染，而且可有效改善混凝土性能。膠?；炷量箾_磨能力是工程實(shí)踐中衡量混凝土使用壽命的重要指標(biāo)，其抗沖磨能力影響因素及影響機(jī)理是提升膠?；炷量箾_磨能力的關(guān)鍵。

本文為了探究膠?；炷量箾_磨能力的影響因素及影響機(jī)理，將膠粒用量、膠粒尺寸、水灰比例作為試驗(yàn)變量，以混合正交試驗(yàn)方式設(shè)計(jì)多組試驗(yàn)。多角度統(tǒng)計(jì)分析各試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)，最終分析出3個(gè)影響因素的顯著性及最佳數(shù)值指導(dǎo)工程實(shí)踐。

1　試驗(yàn)材料介紹

本試驗(yàn)所用試驗(yàn)材料涉及到水泥、粗骨料、細(xì)骨料、膠粒、水。各自的規(guī)格如下：

水泥：新疆烏魯木齊市P.O42.5R級(jí)水泥，通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)獲得該水泥各項(xiàng)性能指標(biāo)，與相應(yīng)規(guī)范對(duì)照均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

粗骨料：新疆烏魯木齊市烏魯木齊河卵石，屬于3級(jí)級(jí)配。

細(xì)骨料：新疆烏魯木齊市烏魯木齊河河砂，經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，其表觀密度是2850 kg/m3，堆積密度是1600 kg/m3，泥土所占質(zhì)量百分比是2.35%。河砂細(xì)度模數(shù)是2.29，級(jí)配等級(jí)隸屬于中砂，達(dá)到相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。

膠粒：新疆哈密市生產(chǎn)的15目與30目2種膠粒。其顆粒粒徑尺寸均低于5.5 mm。

水：新疆烏魯木齊市自來(lái)水，經(jīng)檢測(cè)各項(xiàng)礦物質(zhì)含量均達(dá)標(biāo)。

2　試驗(yàn)設(shè)定

在工程實(shí)踐中，因建筑需求，需要混凝土結(jié)構(gòu)的抗沖磨性能滿足相應(yīng)的環(huán)境要求，將廢舊的膠粒外摻進(jìn)普通混凝土中增強(qiáng)其抗磨性能。選擇與砂等體積的膠粒方式加入普通混凝土內(nèi)。由于水灰比嚴(yán)重影響著普通混凝土抗沖磨性能，為了保證試驗(yàn)結(jié)果不受其影響，依據(jù)混合正交方式設(shè)計(jì)試驗(yàn)組。重點(diǎn)研究膠粒用量、膠粒尺寸（直徑）、水灰比例3個(gè)因素對(duì)膠?；炷量箾_磨性能的影響規(guī)律，依次固定兩個(gè)變量，改變其中一個(gè)變量，獲得各影響因素的最優(yōu)值使得膠?；炷量箾_磨性能最佳。

2.1　試驗(yàn)因素?cái)?shù)值設(shè)定

試驗(yàn)選擇混合正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)試驗(yàn)。依照正交組合設(shè)定8組試驗(yàn)組檢測(cè)各自膠粒混凝土抗沖磨能力，各試驗(yàn)組內(nèi)設(shè)有4個(gè)試驗(yàn)構(gòu)件，共計(jì)32個(gè)試驗(yàn)構(gòu)件。3個(gè)試驗(yàn)影響因素設(shè)定數(shù)值如表1內(nèi)所示[1]。

表1　粒徑混凝土抗沖磨性能試驗(yàn)影響因素設(shè)定值

2.2　試驗(yàn)過(guò)程及方式

依據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定中混凝土抗沖磨性能試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。嚴(yán)格執(zhí)行混合比配制膠粒混凝土并攪拌均勻，在坍落度達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后裝模，在振搗臺(tái)上振動(dòng)45 s使其成型。試驗(yàn)構(gòu)件成型48 h后拆模處理，將試驗(yàn)構(gòu)件放置在養(yǎng)護(hù)室，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)30 d，借助水下鋼球法完成混凝土抗沖磨性能檢測(cè)試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中注意事項(xiàng)如下：

（1）未進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，先將試驗(yàn)構(gòu)件放置在水內(nèi)浸泡，待2 d后取出。

（2）在試驗(yàn)中，試驗(yàn)構(gòu)件表面必須保持干燥后對(duì)其稱量，稱量記錄后將其用鋼容器盛裝，設(shè)定葉輪轉(zhuǎn)速20 r/s帶動(dòng)水，并放置80個(gè)規(guī)格不同的鋼球?qū)υ囼?yàn)構(gòu)件表面摩擦，3 d后可停止。

（3）摩擦?xí)r長(zhǎng)達(dá)到設(shè)定值后，取出試驗(yàn)構(gòu)件，將其表面沖洗,保持干燥后完成稱量記錄，依據(jù)公式（1）求出試驗(yàn)構(gòu)件的磨損比例[2]。

試驗(yàn)構(gòu)件磨損比例計(jì)算公式為：

式中：

L—試驗(yàn)構(gòu)件的磨損比例，%；

Mq—未試驗(yàn)時(shí)干燥狀態(tài)下試驗(yàn)構(gòu)件質(zhì)量值，kg；

Mh—試驗(yàn)后干燥狀態(tài)下試驗(yàn)構(gòu)件質(zhì)量值，kg。

3　試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1　攪拌時(shí)膠?；炷列阅芨艣r與分析

混凝土摻和物性能高低對(duì)混凝土的力學(xué)性能及耐久性影響較大，混凝土摻和物性能的高低主要通過(guò)坍落度進(jìn)行評(píng)價(jià)。除此之外，混凝土摻和物含氣量同樣決定混凝土性能，當(dāng)含氣量比例較大時(shí)，摻和物黏性較大，摻和物的離析與泌水現(xiàn)象微弱，這樣可以明顯增強(qiáng)混凝土的耐久性能。在拌和成型時(shí)，對(duì)各試驗(yàn)組內(nèi)混凝土試驗(yàn)構(gòu)件進(jìn)行性能實(shí)測(cè)，指標(biāo)平均值見(jiàn)表2。其平均值是同試驗(yàn)組內(nèi)4個(gè)試驗(yàn)構(gòu)件檢測(cè)數(shù)據(jù)的平均值[3]。

分析表2中數(shù)據(jù)，不難看出膠粒的加入，與未加入膠粒的混凝土，膠粒混凝土含氣量比例提高，并且含氣量與膠粒摻入量呈正相關(guān)，除此之外摻和物的含氣量提升幅度與膠粒尺寸大小呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。與未加入膠粒的混凝土相比，膠?；炷恋奶涠扔兴陆担⑶姨涠扰c膠粒用量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，不僅如此，膠?；炷恋谋碛^密度與膠粒用量同樣呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3.2　正交試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)剖析

膠?；炷猎囼?yàn)構(gòu)件抗沖磨能力試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)完成極差分析，通過(guò)極差分析，探究3個(gè)影響因素與性能指標(biāo)的影響關(guān)系及影響機(jī)理，最終確定3個(gè)影響因素的最佳值與混合比，使得膠?；炷列阅苓_(dá)到最優(yōu)。具體極差分析的過(guò)程及結(jié)果整理成表3[4]。

表2　各個(gè)標(biāo)號(hào)粒徑混凝土實(shí)測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)值匯總

表3　正交試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與極差分析數(shù)據(jù)

通過(guò)表3中極差分析數(shù)據(jù)，可以得到在給定的各試驗(yàn)因素的范圍中，依據(jù)極差高低，得出影響膠?；炷量箾_磨能力的影響因素由高到低排序是：膠粒用量，膠粒尺寸，水灰比例。膠粒加入后，與未加入膠粒的混凝土相比，膠粒混凝土磨損比例有所下降，即膠粒的加入可有效提升膠?；炷量箾_磨能力。膠粒混凝土的磨損比例與膠粒用量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即膠粒用量越多，膠?；炷聊p比例越小。在本文試驗(yàn)中標(biāo)定膠粒用量15%，膠粒尺寸是15目，水灰比例是0.6時(shí)膠?；炷聊p比例最小[5]。

為了深度挖掘3個(gè)影響因素對(duì)膠?；炷量箾_磨能力影響的具體變化規(guī)律，繪制膠?；炷聊p比例K值和3個(gè)因素間的變化折線圖，如圖1所示。

圖1　磨損比例與3個(gè)因素間的變化折線圖

分析圖1中折線變化，膠?；炷聊p比例與膠粒用量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，分析表3內(nèi)數(shù)據(jù)，在膠粒用量是0時(shí)，對(duì)應(yīng)磨損比例是2.63%，在膠粒用量是5%時(shí)，對(duì)應(yīng)磨損比例是1.36%，其減小幅度為1.27%。在膠粒用量是15%時(shí)，對(duì)應(yīng)磨損比例是0.32%，其減小幅度僅0.67%，而膠粒用量增長(zhǎng)10%，減小幅度是總減小幅度的47%，前后對(duì)比分析可知減小速率顯著降低。綜上所述，在混凝土中加入膠粒，有利于增強(qiáng)膠粒混凝土的耐磨能力，但這種效果僅局限于一定范圍中[6]。

3.3　正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)方差剖析

對(duì)3個(gè)影響因素影響膠?；炷量箾_磨性能的程度進(jìn)行分析，確定其顯著性影響因素與非顯著性影響因素，對(duì)各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完成方差分析工作，具體分析如表4所示[7]。

分析表4內(nèi)數(shù)據(jù)，不難推斷，膠粒用量對(duì)膠?；炷量箾_磨能力具有及其顯著性的影響，水灰比例顯著性影響著膠?；炷恋目箾_磨能力，膠粒尺寸對(duì)膠?；炷恋目箾_磨能力影響不顯著，該結(jié)論和前面的極差分析得出的結(jié)論一致。

4　回歸分析

為了使膠?；炷聊軌蚩茖W(xué)合理的應(yīng)用于實(shí)踐，首先要能夠?qū)ζ淇箾_磨能力精確的預(yù)測(cè)，本文借助spss統(tǒng)計(jì)軟件完成試驗(yàn)檢測(cè)的膠?；炷量箾_磨能力與3個(gè)影響因素設(shè)定值回歸分析工作，最終得到其回歸分析方程式，見(jiàn)公式（2）。

式中：

y—磨損比例；

x1—膠粒用量值；

x2—膠粒尺寸值；

x3—水灰比例。

依據(jù)各組試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果依次得到模型回歸值與殘差值，各自的回歸方差分析見(jiàn)表5所示[8]。

分析表5中數(shù)據(jù)不難看出，回歸方程的顯著性水平高達(dá)0.006，表明本回歸方程的相關(guān)性十分顯著。

5　膠?；炷凉こ虘?yīng)用效果

表4　方差分析數(shù)據(jù)表

表5　回歸方差分析表

將研究得到膠粒混凝土抗沖磨能力的3個(gè)影響因素具體影響機(jī)理應(yīng)用于工程實(shí)踐中。新疆地區(qū)A水利水電工程施工中，根據(jù)本試驗(yàn)給定的各自的最佳值拌制膠?；炷痢⒛z?；炷劣糜谒畮?kù)下游護(hù)坦—護(hù)坡工程中。該工程自2010年5月份開(kāi)始施工，到2011年7月份結(jié)束。經(jīng)過(guò)質(zhì)檢部分檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)符合相關(guān)規(guī)定。A水利工程自2011年9月份蓄水投入使用，水庫(kù)下游護(hù)坦—護(hù)坡工程投入使用。在使用6年間，下游護(hù)坦—護(hù)坡工程未發(fā)生任何失穩(wěn)現(xiàn)象，其混凝土沖磨磨損比例仍符合相關(guān)規(guī)范中規(guī)定值。經(jīng)過(guò)實(shí)地查看及相關(guān)質(zhì)檢部門(mén)檢測(cè)，各項(xiàng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)均合格。表明膠粒混凝土的抗沖磨能力發(fā)揮了較好的效果，即膠粒混凝土抗沖磨能力具有較好的工程實(shí)踐應(yīng)用。

6　結(jié)語(yǔ)

本文為了探究膠粒混凝土抗沖磨能力的影響因素，以混合正交試驗(yàn)方式設(shè)計(jì)多組試驗(yàn)，多角度統(tǒng)計(jì)分析各試驗(yàn)數(shù)據(jù)，最終得到如下結(jié)論：

（1）膠粒的加入，可以有效提升膠?；炷梁瑲饬?，膠?；炷梁瑲饬颗c膠粒用量呈正相關(guān)關(guān)系，膠?；炷撂涠扰c膠粒用量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

（2）根據(jù)極差、方差等分析膠?；炷量箾_磨能力，較大程度上受膠粒用量與水灰比例影響，基本不受膠粒尺寸影響。由高到低的次序是：膠粒用量、水灰比例、膠粒尺寸。膠粒不僅可提升混凝土抗沖磨能力，且膠?；炷聊p比例、磨損速率與膠粒用量成反比。

（3）經(jīng)過(guò)回歸分析，得到膠?；炷量箾_磨能力與膠粒用量、膠粒尺寸、水灰比例3個(gè)影響因素間的函數(shù)關(guān)系式，其線性關(guān)系十分顯著。

參考文獻(xiàn)：

[ 1 ]鄧明楓，鐘強(qiáng)，張立勇，等 . 高性能混凝土抗沖磨性能試驗(yàn)研究 [ J ] . 混凝土，2008（02）:82-83+86 .

[ 2 ]薛媛，婁宗科 . 粉煤灰混凝土抗沖磨性能試驗(yàn)研究[ J ] .人民黃河，2008（05）:94-95 .

[ 3 ]李光宇，王正中 . 膠粉對(duì)混凝土抗沖磨性能的影響[ J ] .中國(guó)農(nóng)村水利水電，2010（05）:121-123+127 .

[ 4 ]井錦旭，田正宏，朱炳喜，等 . 透水模板澆筑混凝土抗沖磨性能研究 [ J ] . 施工技術(shù)，2010，39（12）:41-44 .

[ 5 ]亢景付，范昆 . 橡膠混凝土抗沖磨性能[ J ] . 天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，44（08）:727-731 .

[ 6 ]謝李，婁宗科 . 橡膠混凝土抗沖磨性能的研究[ J ] . 水資源與水工程學(xué)報(bào)，2014，25（02）:188-191 .

[ 7 ]王欣，侍克斌，吳福飛，等 . 細(xì)集料鋼渣混凝土的力學(xué)性能及抗沖磨性能[ J ] . 粉煤灰綜合利用，2016（03）:19-21+25 .

[ 8 ]范昆 . 橡膠混凝土抗沖磨性能研究[ D ] . 天津：天津大學(xué)，2010 .