基于正交試驗?zāi)z?；炷量?jié)B性的研究

1、    基于正交試驗?zāi)z?；炷量?jié)B性的研究    范靈芝摘要：膠?；炷恋目?jié)B性能受多種因素的影響。本文通過正交試驗探討水灰比、膠粒摻量、膠粒粒徑三種試驗因素對膠?；炷量?jié)B性的影響規(guī)律。通過對試驗數(shù)據(jù)進行分析得到影響膠?；炷量?jié)B性能的因素依次是：膠粒摻量，膠粒粒徑，水灰比；相對滲透性系數(shù)隨膠粒摻量的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，相對滲透性系數(shù)隨膠粒粒徑的增大而逐漸增大；通過試驗表明在混凝土中加入膠粒確實能提高膠?；炷恋目?jié)B性能，采用多元回歸的分析方法，建立了膠?；炷料鄬B透性系數(shù)與水膠比、膠粒摻量、膠粒粒徑的經(jīng)驗公式。關(guān)鍵詞：膠粒混凝土；相對滲透性

2、系數(shù)；正交試驗；回歸分析引言隨著橡膠制品，尤其是輪胎產(chǎn)量的不斷擴大，廢橡膠處理已成為世界性難題1。膠?；炷潦且曰炷翞榛?，摻入膠粉（包括粒徑較大的膠粒）制成的土木工程復(fù)合材料，而膠粉主要通過物理作用改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不改變混凝土中各種材料的化學(xué)性能2?；炷恋目?jié)B性是指混凝土抵抗液體、氣體在壓力作用下的滲透能力。混凝土的滲透性對耐久性影響最大，被認(rèn)為是衡量混凝土耐久性的最重要的綜合指標(biāo)，滲透性是多孔性材料的基本性質(zhì)之一，它反映了混凝土內(nèi)部孔隙的大小、數(shù)量以及連通性等情況3。滲透性越低，則水及有害介質(zhì)越不易侵入到混凝土內(nèi)部去，對混凝土產(chǎn)生的破壞作用越小，即混凝土的耐久性越好。國內(nèi)外學(xué)者都

3、以混凝土的滲透性為起點來研究耐久性。將廢舊輪胎清洗干凈，加工成粒徑小于5mm的顆粒，按一定的比例替代等體積的砂子配制成膠?；炷?。本文將對膠?；炷恋南鄬B透性系數(shù)進行試驗，并初步探討其影響機理。1 試驗1.1試驗參數(shù)的確定為了探索影響膠?；炷量?jié)B性的主要因素，采用正交方案設(shè)計實驗。影響普通混凝土抗?jié)B性的因素有骨料材質(zhì)、水灰比、養(yǎng)護條件等等，根據(jù)工程經(jīng)驗，膠粒混凝土的水灰比、膠粒摻量、膠粒粒徑將對其抗?jié)B性產(chǎn)生較大影響3，選為本次正交實驗需要考察的三個因素，三個因素都取三個水平，膠粒的摻入選用等體積代砂法。1.2試驗設(shè)計本次試驗采用三因素三水平的正交設(shè)計安排試驗，選取水灰比、膠粒摻量、膠粒粒徑

4、3個因素。根據(jù)三因素三水平正交組合設(shè)計安排9組試驗點用于測定膠?；炷恋南鄬B透性系數(shù)，每組3個試件，總共27個試件。試驗因素水平見表1。1.3原材料水泥：選用冀東水泥廠生產(chǎn)的盾石42.5r型硅酸鹽水泥，試驗結(jié)果可知水泥的各種性能均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)。粗骨料：粗骨料為渭河卵石，粒徑為531.5mm，堆積密度為1550kg/m3，表觀密度為2650kg/m3。試驗結(jié)果表明：該石子為連續(xù)級配。細(xì)骨料：細(xì)骨料為渭河河砂，表觀密度為2.7g/cm3，堆積密度為1556kg/m3，含泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.78%。砂的細(xì)度模數(shù)為2.43，屬中砂，及配合格。膠粒：西安市膠粒生產(chǎn)有限公司生產(chǎn)。粒徑在0.64.7

5、5mm之間，表觀密度約為1050kg/m3。水：滿足規(guī)范的試驗室自來水。1.4試驗方法試驗按照水工混凝土試驗規(guī)程（sl352-2006）中有關(guān)測定混凝土相對滲透性試驗的規(guī)定進行。從表2可以看出： 摻入膠粒以后，混凝土的容重降低，且隨著膠粒摻量的增大而減小，但相同摻量下，各組容重的下降略有差異，主要原因可能是膠粉摻入混凝土后產(chǎn)生的氣泡數(shù)量不等。 摻入膠粒以后，混凝土的含氣量比基準(zhǔn)混凝土的含氣量大?；炷恋暮瑲饬侩S膠粒摻量的增加而顯著增加，而且膠粒顆粒的粒徑越小，混凝土含氣量增加的幅度越大。 膠?；炷恋奶涠仁苣z粒粒徑，膠粒摻量和混凝土內(nèi)部引入氣泡量等因素的影響，隨膠粒摻量的增加總體上呈現(xiàn)下降的

6、趨勢，但8.854×10-7在一定的摻量范圍內(nèi)存在反復(fù)變化。2 試驗結(jié)果及分析l9（34）正交試驗結(jié)果及極差分析詳見表32.1直觀分析考慮誤差的影響，設(shè)立一組空白列。最右一列為相對滲透性系數(shù)，表中ki為某個因素第個水平的所有相對滲透性系數(shù)之和，為影響因素的水平數(shù)。表示其水平數(shù)的均值。為任一列的最大值與最小值之差，r值越大，則該因素在試驗范圍內(nèi)對相對滲透性系數(shù)的影響越大。例如第一列r=5.525×10-6-3.484×10-6=2.041×10-6，依次類推，即得其他值。由表3可知，rb>rc>ra，即膠粒摻量對膠?；炷料鄬B透性系數(shù)的影響最

7、大，膠粒粒徑次之，水灰比最小，且摻入膠粒以后，混凝土的抗?jié)B性能有所增加，約增加了73%。從圖1可以看出，因素膠粒摻量在趨勢圖中曲線波動最大，膠粒摻量方面，雖然摻量為15%的混凝土kr比摻量為0%的高，但膠粒摻量達(dá)到30%時，混凝土的抗?jié)B性有了較大提高，高于膠粒摻量為0%的普通混凝土，它是影響膠粒混凝土抗?jié)B性的主要因素。膠粒混凝土的抗?jié)B性隨膠粒粒徑的增大降低，其中以（0.61.18）為最佳，說明在混凝土中較細(xì)粒徑的膠粒能改善抗?jié)B性。水灰比方面，kr隨水灰比的增加變化不大。2.2方差分析方差分析見表4方差分析表明：膠粒摻量為膠?；炷恋娘@著因素，粒徑對試驗結(jié)果有一定的影響，水灰比對試驗結(jié)果的影響不

8、顯著。綜合方差分析與極差分析的結(jié)果，可知：在其他因素近似不變的情況下，膠粒摻量為影響膠?；炷料鄬B透性系數(shù)的主要因素，這是由于膠粒主要通過物理作用改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不改變混凝土中各種材料的化學(xué)性能，當(dāng)然膠粒本身的物理性質(zhì)也不會發(fā)生變化，膠粒對混凝土的影響主要歸因于膠粒與水泥漿體的相容性差，兩者之間不能形成有效的粘合。當(dāng)摻量超過15%后，混凝土的抗?jié)B主要取決于膠粒的抗?jié)B性能，因此其相對滲透性系數(shù)顯著減小。膠粒粒徑對膠?；炷料鄬B透性系數(shù)有一定的影響，水灰比在0.40.6水平之間變化時，對膠粒混凝土相對滲透性系數(shù)的影響不顯著。2.3回歸分析對于本次實驗的數(shù)據(jù)擬合采用多項式擬合。對于離散的實

9、驗數(shù)據(jù)，用一個近似的函數(shù)來反映離散數(shù)據(jù)點的變化趨勢，這個變化趨勢的趨勢線不是經(jīng)過所有的數(shù)據(jù)點，這樣的方法叫做數(shù)據(jù)擬合6。應(yīng)用excel的數(shù)據(jù)分析功能，對實驗數(shù)據(jù)進行多項式擬合，得到下式：實測為9組，變量數(shù)目4，自由度為5，當(dāng)置信度為95%時，查試驗設(shè)計與分析 附表11得到相應(yīng)的系數(shù)為0.937；由于 r=0.992> 0.937，因此，所得到的多項式回歸方程是有意義的，并且擬合的標(biāo)準(zhǔn)誤差是2.19×10-7。3 結(jié)論（1）膠?；炷恋奶涠仁苣z粒粒徑，膠粒摻量和混凝土內(nèi)部引入氣泡量等因素的影響，隨膠粒摻量的增加總體上呈現(xiàn)下降的趨勢，但在一定的摻量范圍內(nèi)存在反復(fù)變化。（2）摻入膠

10、粒以后，混凝土的含氣量比基準(zhǔn)混凝土的含氣量大?；炷恋暮瑲饬侩S膠粒摻量的增加而顯著增加，而且膠粒顆粒的粒徑越小，混凝土含氣量增加的幅度越大。（3）通過極差、方差分析表明：摻入膠粒以后，混凝土的相對滲透性系數(shù)有所降低，抗?jié)B性能有所增加。膠粒摻量是影響膠?；炷恋淖钪饕蛩?，也是最顯著因素。（4）水灰比為0.5，膠粒摻量為30%，膠粒粒徑選用0.61.18mm，此時抗?jié)B性較好，相對滲透性系數(shù)較好為3.707×10-7cm/h。（5）利用試驗數(shù)據(jù)對進行多項式擬合，得出經(jīng)驗公式，相關(guān)系數(shù)為r=0.992。參考文獻：1楊春峰，楊敏. 廢舊橡膠混凝土的耐久性研究 進展j. 沈陽大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，（1）：60-63. doi：10.3969/j.issn.1002-35