1、新型复合材料增强剂正交试验研究 柯旭 崔凯 张晓玲 杨华山 祝豪华 龙一飞 贵州师范大学 摘 要： 随着建筑材料和建筑施工技术的发展, 对建筑材料的性能要求越来越高。其中建筑材料的高强度和高工作性已经有了较成熟的研究, 混凝土耐久性研究中一个最棘手的问题是, 如何控制和防止有害裂缝的产生。目前提高混凝土强度常用的方法是掺入硅粉, 但是在硅粉的运用过程中也出现很多问题。硅粉混凝土早期收缩量大易于开裂、施工困难;同时随着近年来硅粉的大量应用, 硅粉有供不应求的趋势, 价格越来越高, 增加了工程应用成本。大量的研究和应用实践表明:掺加膨胀剂, 形成补偿收缩, 是抑制早期收缩裂缝最方便最经济、最有效的
2、措施3。粉煤灰作为混凝土掺和料被广泛运用于混凝土生产, 但是其早期强度低, 无法, 所以高强混凝土中的掺量一般较小。本文以正交试验的方法主要研究配置参数膨胀剂、MP、过 0.045mm 筛粉煤灰 3 个因素对水泥基材料强度的影响。关键词： 正交试验; 配合比; 微观结构; 作者简介：柯旭 (1993 年生) , 男, 汉族, 贵州瓮安人, 本科在读。作者简介：杨华山 (1976 年生) , 男, 汉族, 甘肃武威人, 武汉大学博士, 主要从事建筑材料方面的研究。基金：2016 年贵州省大学生创新创业训练计划, 项目编号: (201610663005) 1 试验1.1 试验材料(1) 水泥:试验
3、所用水泥为西南 PO42.5 普通硅酸盐水泥。水泥各项物理检测检测结果如表 1 所示, 水泥主要化学成分如表 2 所示。表 1 PO42.5 水泥检测结果 下载原表 表 2 PO42.5 水泥的化学成分 (质量分数/%) 下载原表 (2) MPMP 是自主配制的一种新型混合材料。利用扫描电镜对干燥后的 MP 的形貌放大到 1000 倍和 2000 倍进行了观察, 可以看到大部分都是表面光滑的小球。并对 MP 进行激光粒度分析, 可以看到 MP 的平均粒径为 1.805um, 尺寸在0.811um-5.834um 以内范围以内的 MP 占总量的 90%, 尺寸在 0.811um 以下的 MP占总
4、量的 10%。(3) 膨胀剂:试验用膨胀剂为贵州某公司提供, 对其进行 X 射线衍射分析, 可以看出膨胀剂的主要矿物组分是石膏和碳酸钙。(4) 粉煤灰:粉煤灰是由贵阳某建材有限公司提供的 II 级灰。将其过 45um 筛得到小于 45um 的粉体 (以下简称粉煤灰 (筛) ) 。为了分析粉煤灰 (筛) 粒度和粒度分布对其进行激光粒度分析。可以看出, 粉煤灰 (筛) 的平均粒径为12.731um, 尺寸在 2.285um-34.648um 范围内的颗粒占总量的 90%, 尺寸在2.285um 以下的颗粒占总量的 10%。为了分析粉煤灰 (筛) 对水化反应的影响, 又对其 X 射线衍射分析。可以看
5、出粉煤灰 (筛) 的矿物组分主要是石膏、石英、莫来石。1.2 试验方法探究新型混凝土耐磨剂的配合比, 初选 MP, 膨胀剂, 粉煤灰 (筛) 3 个主要因素, 每个因素选取 3 个水平, 因素水平表如表 3 所示。为了简单又准确的确定耐磨剂配合比采用正交试验, 通过分析各因素对胶砂 3d 及 28d 抗压强度 (试件尺寸为 40mm40mm160mm) 的影响以及影响规律, 进而确定最佳配合。表 3 因素水平表 下载原表 2 结果与分析2.1 试验结果正交试验试验结果如表 4 所示。表 4 L9 (3) 正交试验结果 下载原表 2.2 结果分析(1) 对正交试验结果进行极差分析和方差分析, 其
6、结果分别如表 5、表 6 所示。表 5 3d 极差分析结果 下载原表 表 6 3d 方差分析结果 下载原表 (2) 由表 6 可以得出, 对于胶凝材料 28d 抗压强度, 各影响因素顺序为:膨胀剂掺量粉煤灰 (筛) 掺量微珠掺量, 对于 28d 抗压强度膨胀剂掺量的影响相对其他两个因素更为显著, 微珠和粉煤灰 (筛) 的掺量对胶凝材料强度的影响不大。(3) 由各影响因素不同水平对试验指标的影响趋势可知, 配制混凝土增强剂时, 最佳配合比为 A3B2C3, 即膨胀剂掺量为 6%, 微珠掺量为 5%, 粉煤灰 (筛) 掺量为 8%5-7。3 结论试验结果表明:在水化初期, 膨胀剂掺量对水泥基材料的
7、强度影响起较大作用, 其次是粉煤灰 (筛) 掺量的影响;而随着水化反应进行程度的不断加深, MP 和粉煤灰 (筛) 掺量逐渐取代膨胀剂的掺量;通过对试验结果的分析, 可以确定强度达到 50MPa 的新型复合材料增强剂的具体配合比, 即膨胀剂掺量为 6%, MP 掺量为 5%, 粉煤灰 (筛) 掺量为 8%。参考文献1韩素芳.混凝土工程病害与修补加固M.北京:海洋出版社, 1996. 2黄国兴, 陈改新.水工混凝土建筑物修补技术及应用M.北京:中国水利水电出版社, 1998. 3刘崇熙, 汪在芹.坝工混凝土耐久寿命的现状和问题J.长江科学院院报, 2000, 17 (1) :17-20. 4杨春光, 王正中, 田江永, 等.抗冲磨混凝土的研究应用和发展M.中国农村水利水电, 2006 (6) :97-99. 5杨坪, 彭振斌.硅粉在混凝土中的应用探讨J.混凝土, 2002 (1) :11-14. 6李趋, 关贵珍, 丁贵东.白石水库泄洪排砂底孔硅粉混凝土的设计与实验研究J.水利水电技术, 1998, 29 (9) :48-51. 7李明仕, 张春学, 张凤英, 等.白石水库泄洪排沙底孔硅粉混凝土的施工J.水利水电技术, 1998, 29 (9) :51-52.
