納米CaCO3再生砼抗壓強(qiáng)度正交試驗(yàn)分析

劉艷萍 閆春嶺 秦善勇

摘 要：研究影響再生砼抗壓強(qiáng)度的因素，考慮了納米CaCO3、水膠比、砂率和再生粗骨料摻量4種影響因素，采用L9（34）正交表安排試驗(yàn)，利用極差分析和方差分析兩種方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行探討。結(jié)果表明，當(dāng)納米CaCO3摻入率為1%時(shí)，砼強(qiáng)度最優(yōu);水膠比為0.38～0.40時(shí)，砼的抗壓強(qiáng)度最大;砂率和再生粗骨料取代率對(duì)砼抗壓強(qiáng)度均出現(xiàn)反彈現(xiàn)象，隨其增加先減小再增大。影響砼抗壓強(qiáng)度大小的順序依次分別為：水膠比、再生粗骨料取代率、納米CaCO3、砂率。

關(guān)鍵詞：納米CaCO3;抗壓強(qiáng)度;再生粗骨料;正交試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU528.041?????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2022）01-0131-05

Orthogonal test analysis of compressive strength of Nano-CaCO3 recycled concrete

LIU Yanping1，YAN Chunling2，QIN Shanyong3

（1.Anyang Yongtong Municipal Public Engineering Quality Inspection Co.，Ltd.，Anyang 455000，Henan China;

2.School of Civil and Architectural Engineering，Anyang Institute of Technology，Anyang 455000，Henan China;

3.Anyang Municipal Engineering Department，Anyang 455000，Henan China）

Abstract：In order to study the influence of the factors affecting the compressive strength of recycled concrete，four influencing factors including Nano-CaCO3，water-binder ratio，sand ratio and recycled coarse aggregate content were considered.The orthogonal table L9（34） was used to arrange the test results and the range analysis and variance analysis were conducted to study the test results.The results showed that the concrete strength was optimal when Nano-CaCO3incorporation rate was 1%，so Nano-CaCO3 incorporation had certain positive effect on concrete strength.When the water-binder ratio reached 0.38～0.4，the compressive strength value of concrete was the largest.The sand rate and the replacement rate of recycled coarse aggregates both rebounded on the compressive strength of concrete，which first decreased and then increased as the amount increased.Finally，the order of factors affecting the compressive strength of concrete was drawn：water-binder ratio > the replacement rate of recycled coarse aggregate > Nano-CaCO3 >? sand rate.The research results provide a theoretical basis for the application of recycled concrete.

Key words：nano-CaCO3;compressive strength;recycled concrete;orthogonal test

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)如橋梁、隧道和交通工程等建設(shè)項(xiàng)目逐年增多，對(duì)砼的需求量不斷增長(zhǎng)。而砼做為一種高用量高碳材，未來(lái)低碳化是一種必然趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年砼使用量約175億t，骨料約占131億t左右[1]。如此消耗量，讓人瞠目結(jié)舌。作為骨料中砂和石，與其他礦產(chǎn)資源一樣，遲早有一天會(huì)消耗殆盡。因此，從資源回收利用的角度出發(fā)，向科研技術(shù)人員提出了一個(gè)全新的研究方向，即把拆除的建筑垃圾加工制備成再生骨料部分或全部代替天然骨料，這樣既有利于綠色可持續(xù)發(fā)展，又減少不必要的環(huán)境污染，變廢為寶。目前對(duì)再生砼的物理性能方面已有學(xué)者[2-6]對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的研究。與天然骨料相比，再生砼存在壓碎性指標(biāo)差等問(wèn)題，再生砼在實(shí)際工程推廣應(yīng)用中受到了一定的限制，如大部分再生砼應(yīng)用于非重要性結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中，或者是作為填料，用于公路方面的路基部分。但如何改性再生砼的性能進(jìn)而推廣應(yīng)用，這又一次對(duì)科技人員提出了新的挑戰(zhàn)。一些學(xué)者就再生骨料物理化學(xué)性能方面進(jìn)行了相應(yīng)的改性，如采取水泥漿包裹再生骨料與再生骨料進(jìn)行對(duì)比研究，得出水泥漿包裹砼抗壓性能有所增加[7]。采用化學(xué)試劑對(duì)再生粗骨料處理和強(qiáng)化，研究發(fā)現(xiàn)了其抗壓強(qiáng)度雖然較未處理的砼有所增加，但增加幅度不大[8]。采用微波加熱循環(huán)法對(duì)再生粗骨料進(jìn)行改性研究[9];對(duì)再生砼進(jìn)行了改性對(duì)比試驗(yàn)，即納米SiO2溶液浸泡再生粗骨料[10];研究了含有納米SiO2和聚丙纖維砼的基本力學(xué)性能，得出由于納米SiO2填堵了部分砼中的裂隙，從而砼的抗壓強(qiáng)度有所提高[11-12]?？紤]到加熱去漿的復(fù)雜性及納米SiO2的價(jià)格高的特點(diǎn)，又考慮混凝土中摻入納米CaCO3（Nano-calcium carbonate，簡(jiǎn)稱(chēng)NC）能夠加快水泥的水化速率[13-14];同時(shí)，NC也有利于增強(qiáng)砼的力學(xué)性能[15-16]。但NC在砼中的研究仍處于起步階段[17]。

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，采用重復(fù)正交試驗(yàn)，借助方差分析研究了納米CaCO3（A）、水膠比（B）、砂率（C）和再生粗骨料（C）摻量4種因素對(duì)再生砼抗壓強(qiáng)度的影響，此研究結(jié)果為再生砼的應(yīng)用提供了參考。

1 室內(nèi)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

水泥為P.O42.5R型膠凝材料，性能如表1所示;表2、表3分別列出了細(xì)骨料、粗骨料性能。納米CaCO3（NC）表觀密度為460 kg/m，減水劑為PM-2高性能聚羧酸型。

1.2 正交試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)采用4因素3水平的正交表L9（34）安排試驗(yàn)，嚴(yán)格按照試驗(yàn)操作規(guī)程進(jìn)行試樣的澆筑、振搗和養(yǎng)護(hù)。最后，對(duì)養(yǎng)護(hù)28 d后的試樣采用型號(hào)為WEW-1000A萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載試驗(yàn)[17]。

2 結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的極差和方差分析結(jié)果，如表5所示。

2.2 因素分析

納米CaCO3、水膠比等因素與砼抗壓強(qiáng)度的關(guān)系如圖1所示。

由圖1可以得出，納米CaCO3摻入率為1%時(shí)，砼強(qiáng)度最優(yōu)，因此摻入適量的納米CaCO3對(duì)砼強(qiáng)度有一定的效果;水膠比為0.38～0.40時(shí)，此時(shí)砼的抗壓強(qiáng)度最大。而砂率和再生粗骨料摻量這兩種因素比較特殊，二者均引起砼的抗壓強(qiáng)度“半波波動(dòng)”現(xiàn)象，即隨其增加先減再增現(xiàn)象，出現(xiàn)這種結(jié)果的原因：一是試驗(yàn)本身的真實(shí)反應(yīng)，此外，也可能由于試驗(yàn)的離散而致。下一步將繼續(xù)深入研究。

3 極差與方差分析

3.1 極差分析

由表5可知，影響砼抗壓強(qiáng)度的因素大小依次分別是：B、D、A、C，即水膠比的影響因素最大，砂率最小。

3.2 方差分析

3.2.1 計(jì)算總偏差平方和及自由度

不失一般性[18-20]，設(shè)試驗(yàn)號(hào)為n，r為試驗(yàn)重復(fù)數(shù)，ST和fT分別為總偏差平方和及總自由度。

ST=∑ni=1∑rj=1x2ij-K2nr，fT=nr-1

式中：K為試驗(yàn)結(jié)果的總和;

3.2.2 計(jì)算F值

取顯著性水平α=0.05，則

Fj=Sj/djSE/dE～Fαdj，dE

通過(guò)計(jì)算得到FA=37.39，F(xiàn)B=146.29，F(xiàn)C=21.58，F(xiàn)D=84.51，均大于F0.01（2，18）=6.01，結(jié)果如表6所示。結(jié)果表明，這幾種因素均對(duì)砼抗壓強(qiáng)度有顯著的影響，其影響程度的大小順序與極差分析結(jié)果相同。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）納米CaCO3摻入率為1%時(shí)，砼強(qiáng)度最優(yōu);因此摻入適量的納米CaCO3對(duì)砼強(qiáng)度有一定的積極作用;

（2）水膠比為0.38～0.40時(shí)，砼的抗壓強(qiáng)度最大;而砂率和再生粗骨料摻量這兩種因素均引起砼的抗壓強(qiáng)度“半波波動(dòng)”現(xiàn)象，即隨其增加先減小再增大現(xiàn)象;

（3）通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的極差和方差分析得出，影響砼強(qiáng)度因素的大小依次分別為：水膠比、再生粗骨料取代率、納米CaCO3。

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