【導(dǎo)讀】2、驗(yàn)各種儀器，熟悉并能獨(dú)立操作儀器；素，研究上述因素對(duì)摻復(fù)合型摻合料混凝土不同齡期的抗碳化性能的影響。[3]西德尼.明德斯,.楊,戴維.達(dá)爾文.混凝土[M].吳科如，張雄，姚武等譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2020.

　　

【正文】 驗(yàn) 方案 本節(jié)對(duì)以下?lián)絾我黄贩N礦物摻合料的混凝土進(jìn)行碳化試驗(yàn)，研究在混凝土中分別摻入磨細(xì)鋼渣粉、粉煤灰、硅灰、礦渣微粉四種不同礦物摻合料后混凝土碳化情況，單摻取代水泥的量為 5%、 10%、 15%，膠凝材料總量不變，水膠比 ，砂率 38%，減水劑摻量為膠凝材料總量的 %。本次試驗(yàn)共制作了如表 31 所示的 12 組實(shí)驗(yàn)。根據(jù)第2 章中使用的基準(zhǔn)混凝土配合比，在膠凝材料總量不變的情況下，改變摻合料取代量，可以進(jìn)一步得到拌制混凝土?xí)r所需要的各種材料用量，具體數(shù)據(jù)如表 31 所示。 表 31 每立 方米混凝土的材料用量 (Kg) 實(shí)驗(yàn)號(hào) 水泥 摻合料品種 取代量 (%) 摻合料用量 水 砂 石子 減水劑 F1 粉煤灰 5 F2 10 F3 15 H1 硅灰 5 H2 10 H3 15 K1 礦渣微粉 5 K2 10 K3 15 G1 磨細(xì)鋼渣粉 5 G2 10 G3 15 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 試驗(yàn)結(jié)果及分析 (1) 摻合料品種和摻量對(duì)混凝土碳化的影響 本試驗(yàn)先將砂率為 ，水膠比為 的基準(zhǔn)混凝土 A2，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室分別養(yǎng)護(hù)28 天和 56 天后，碳化至規(guī)定時(shí)間 3d、 7d、 14d、 28d，測(cè)定碳化深度；然后將表 31 中各組混凝土在標(biāo) 準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下分別養(yǎng)護(hù) 28 天和 56 天后，碳化至規(guī)定時(shí)間 3d、 7d、 14d、28d，測(cè)定碳化深度，并與基準(zhǔn)混凝土進(jìn)行對(duì)比研究，具體結(jié)果見(jiàn)表 32。 表 32 養(yǎng)護(hù) 28 天混凝土碳化試驗(yàn)結(jié)果 摻合料 試驗(yàn)編號(hào) 取代量 (%) 不同碳化時(shí)間的碳化深度 (mm) 3天 7天 14天 28天 A2 0 粉煤灰 F1 5 F2 10 F3 15 硅灰 H1 5 H2 10 H3 15 礦渣微粉 K1 5 K2 10 K3 15 磨細(xì)鋼渣粉 G1 5 G2 10 G3 15 試驗(yàn)結(jié)果表明，碳化深度隨碳化時(shí)間的增加而增大，而且碳化時(shí)間越長(zhǎng)，碳化深 度增大的幅度也越明顯。摻單一品種礦物摻合料的混凝土抗碳化性能較基準(zhǔn)混凝土都降低了；由表 32 可見(jiàn)，加速碳化 7d 以前，摻合料摻量不同的混凝土，碳化深度不同，但總體相差不大，而在加速碳化 7d 之后，隨著摻量的增大，碳化發(fā)展就越快，碳化深度也越大。主要原因是碳化初期碳化深度比較小，摻量對(duì)碳化深度的影響不明顯，而碳化7d 以后，隨著碳化深度的增大，摻量對(duì)碳化深度的影響也逐漸增大。由于摻合料的二次水化反應(yīng)需要消耗 Ca(OH)2，一方面摻合料摻量越大，水泥水化形成的 Ca(OH)2就越少；另一方面摻合料摻量越大，摻合料二次水 化消耗的 Ca(OH)2就越多，所以兩方面的原因造成摻量越大，混凝土中 Ca(OH)2含量越低，漿體中氫氧化鈣儲(chǔ)備越少，混凝土就越容易被碳化。 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 將摻不同品種混凝土在相同碳化時(shí)間的碳化深度與摻量的關(guān)系繪制曲線圖，如圖31 和圖 32 所示。 圖 31 碳化 14 天的碳化深度對(duì)比曲線 圖 32 碳化 28 天的碳化深度對(duì)比曲線 由圖 31 和圖 32 可以看出：在碳化時(shí)間為 14d 和 28d，且摻量為 5%時(shí)，摻不同品種摻合料混凝土的碳化深度都較小，與基準(zhǔn)混凝土的碳化深度相接近，隨著摻合料摻量的增大混凝土碳化 深度也相應(yīng)增大，在碳化 14d 時(shí)，增大的幅度不明顯，但在碳化 28d時(shí)，增大的幅度比較明顯。其中摻磨細(xì)鋼渣粉混凝土的碳化深度最大，摻硅灰混凝土的碳化深度最小，表明摻硅灰混凝土的抗碳化性較好，這是因?yàn)楣杌翌w粒粒徑細(xì)小，比表面積較大，對(duì)水有較強(qiáng)的敏感性，在水泥早期的水化反應(yīng)中表現(xiàn)出較高的火山灰活性，并可以填充其他摻合料和水泥顆粒的間隙中發(fā)揮其微集料效應(yīng)，所以摻有硅灰的混凝土具有致密的結(jié)構(gòu)，可以很好的抑制 CO2侵入混凝土結(jié)構(gòu)。 表 33 養(yǎng)護(hù) 56 天混凝土碳化試驗(yàn)結(jié)果 摻合料 試驗(yàn)編號(hào) 取代量 (%) 不同碳化時(shí)間的碳 化深度 (mm) 3天 7天 14天 28天 A2 0 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 粉煤灰 F1 5 F2 10 F3 15 硅灰 H1 5 H2 10 H3 15 礦渣微粉 K1 5 K2 10 K3 15 磨細(xì)鋼渣粉 G1 5 G2 10 G3 15 由表 32 和表 33 對(duì)比可以看出，養(yǎng)護(hù)齡期延長(zhǎng) 28d，碳化 28 天的混凝土碳化深度平均下降 1mm 左右。這是因?yàn)樗嗨磻?yīng)不斷進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，混凝土結(jié)構(gòu)更加致密。如果在工程工期允許的范圍內(nèi)，增加混凝土濕養(yǎng)時(shí)間，待混凝土硬化之后，二氧化碳?xì)怏w侵入混凝土內(nèi)部就愈加困難，對(duì)提高混凝土的抗碳化性有利。 (2) 混凝土抗碳化性能與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系 將摻不同品種摻合料的高性能混凝土養(yǎng)護(hù) 28 天后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 34。 表 34 養(yǎng)護(hù) 28 天摻不同品種摻合料混凝土抗壓強(qiáng)度及碳化深度試驗(yàn)結(jié)果 摻合料 試驗(yàn)編號(hào) 取代量 (%) 28天抗壓強(qiáng)度 (MPa) 碳化 28天的碳化深度 (mm) A2 0 粉煤灰 F1 5 F2 10 F3 15 硅灰 H1 5 H2 10 H3 15 礦渣微粉 K1 5 K2 10 K3 15 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 磨細(xì)鋼渣粉 G1 5 G2 10 G3 15 由表 34 可以看出： (a) 摻粉煤灰和磨細(xì)鋼渣粉時(shí)，混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度基本上都比基準(zhǔn)混凝土低；摻硅灰混凝土強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)混凝土；摻礦渣微粉時(shí)，摻量 ≤ 10%時(shí)，強(qiáng)度大于基準(zhǔn)混凝土；硅灰摻量為 10%時(shí)，混凝土強(qiáng)度最高。 (b) 混凝土的抗壓強(qiáng)度隨摻合料 粉煤灰、礦渣微粉和磨細(xì)鋼渣粉摻量的增大而減小。由文獻(xiàn)資料及程宇科 [11]的研究可知，摻有礦物摻合料的混凝土抗壓強(qiáng)度早期普遍較低（如粉煤灰、礦渣微粉、磨細(xì)鋼渣粉），這是因?yàn)樯鲜鰮胶狭显缙诘幕鹕交倚?yīng)不明顯，在混凝土中主要起填充作用，而早期混凝土的力學(xué)性能主要與混凝土中水泥的水化程度有關(guān)，所以摻合料摻量越大，往往強(qiáng)度越低。隨著齡期的增長(zhǎng)，摻合料所發(fā)揮的火山灰效應(yīng)越來(lái)越明顯，混凝土后期的強(qiáng)度增長(zhǎng)較快。在四種摻合料中硅灰的比表面積大，有較強(qiáng)的吸附作用，火山灰活性很高，而且水化反應(yīng)很快，并生成強(qiáng)度更高的低堿水化硅酸鈣 ，水泥石強(qiáng)度得到提高的同時(shí)，由于吸附作用減少自由水在集料面上的聚集，也提高了界面區(qū)的結(jié)構(gòu)密實(shí)性，從而提高了混凝土強(qiáng)度。 (c) 摻單一品種摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度與抗碳化性之間有一定的聯(lián)系，對(duì)同一品種摻合料而言，總體上具有抗壓強(qiáng)度高，碳化深度就小的特點(diǎn)，一般抗壓強(qiáng)度較高的混凝土密實(shí)性較好，對(duì)混凝土的抗碳化性能有利。影響摻有礦物摻合料的混凝土碳化性能的因素很多，對(duì)不同品種摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度與抗碳化性之間的關(guān)系，還有待進(jìn)一步研究。 第 4 章 摻二元復(fù)合摻合料混凝土的碳化試驗(yàn) 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)概述 正交 設(shè)計(jì)是借助一種規(guī)格化的表格－正交表，在試驗(yàn)前有計(jì)劃、有目的地安排試驗(yàn)方案，在試驗(yàn)后再通過(guò)簡(jiǎn)單的運(yùn)算，正確地分析試驗(yàn)結(jié)果，它把試驗(yàn)安排與數(shù)據(jù)處理緊密地結(jié)合起來(lái)，是一種科學(xué)地安排試驗(yàn)方案和試驗(yàn)分析結(jié)果的好方法。 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)具有兩大特點(diǎn) [26]： (1) 均衡分散性：以一個(gè)三因素三水平的試驗(yàn)為例，如果要求各個(gè)因素的所有水平之間都在試驗(yàn)中相遇，就有 27 個(gè)試驗(yàn)條件，這種試驗(yàn)方法成為全面試驗(yàn)。全面試驗(yàn)雖然可以反映試驗(yàn)考察范圍的全面情況，但是試驗(yàn)次數(shù)太多，如果是四因素三水平的試驗(yàn)，全面試驗(yàn)就要做 81 組。而正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是 按照正交表選點(diǎn)，只要做 9 組試驗(yàn)就可以全面反映整個(gè)情況，所選取的 9 個(gè)點(diǎn)是均衡分散的，因此有很強(qiáng)的代表性。 (2) 整齊可比性：仍以三因素三水平的試驗(yàn)方案為例，我們是在其他因素有規(guī)則地變化下比較某一因素的三水平的。 A 因素的各個(gè)水平 A A A3 在試驗(yàn)中都重復(fù)了三次，且在 A 因素的某一水平下， B 因素的三個(gè)水平 B B B3， C 因素的三個(gè)水平 C CC3 都變到了。這個(gè)規(guī)律對(duì) B 因素、 C 因素也是如此。這樣，試驗(yàn)條件對(duì)各因素處于完全相似的狀態(tài)，就具備了可比性。 總之，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)就是讓所有的因素都在試驗(yàn)中整齊地、有 規(guī)則地變化，在運(yùn)動(dòng)中比較各因素及各水平的差異和聯(lián)系。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的均衡分散性和整齊可比性都是由正交表的特性所決定的，這些特性在數(shù)學(xué)上叫 “ 正交性 ” ，這就是 “ 正交表 ” 、 “ 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) ” 中 “ 正交 ” 二字的由來(lái)。 對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果可采用極差分析法進(jìn)行分析。極差分析法主要通過(guò)極差 R 的大小來(lái)確定各影響因素的主次順序，第 i 列因素的極差： Ri＝ max(Ⅰ i,Ⅱ i,Ⅲ i)min(Ⅰ i,Ⅱi,Ⅲ i)。極差 R 的大小反映相應(yīng)因素作用的大小。極差大的因素，意味著該因素的不同水平對(duì)指標(biāo)所造成的影響較大，通常是主要因素；極差小的因素， 意味著該因素的不同水平對(duì)指標(biāo)所造成的影響較小，通常是次要因素。本文采用極差分析法對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。 試驗(yàn)結(jié)果與分析 由程宇科 [11]的研究可知，磨細(xì)鋼渣粉的活性較好，在與其它礦物摻合料一起復(fù)合使用時(shí)所產(chǎn)生的疊加效應(yīng)明顯 [11]，因此本節(jié)主要研究磨細(xì)鋼渣粉與其它礦物摻合料進(jìn)行二元復(fù)合后對(duì)混凝土抗碳化性能的影響。選取總?cè)〈俊⒌V物摻合料間的比例、水膠比三因素，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。 (1) 磨細(xì)鋼渣粉和硅灰復(fù)合 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 正交試驗(yàn)的因素和水平見(jiàn)表 41，采用 L9(33)正交表，各組配比和材 料用量見(jiàn)表 42。膠凝材料用量為 ，砂用量為 kg/m3，石子用量為 kg/m3，減水劑用量為 kg/m3。 表 41 磨細(xì)鋼渣粉和硅灰正交試驗(yàn)因素水平列表 因素 A B C 取代量 (%) 磨細(xì)鋼渣與硅灰比例 水膠比 水平 1 20 2:1 2 30 3:1 3 40 4:1 根據(jù)正交 方案 , 計(jì)算出每立方米混凝土所需的各種試驗(yàn)材料用量 , 見(jiàn)表 42。 表 42 每立方米混凝土材料用量表 (kg) 試驗(yàn)號(hào) 水 泥 取代量 (%) 比例 水膠比 鋼渣粉 硅灰 水 D1 20 2:1 D2 20 3:1 D3 20 4:1 D4 30 2:1 D5 30 3:1 D6 30 4:1 D7 40 2:1 D8 40 3:1 D9 40 4:1 按表 42 配制混凝土試件，養(yǎng)護(hù) 28d 后進(jìn)行碳化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 43，極差分析結(jié)果見(jiàn)表 44。 表 43 磨細(xì)鋼渣粉與硅灰復(fù)合摻合料混凝土碳化試驗(yàn)結(jié)果 試驗(yàn)編號(hào) 不同碳化時(shí)間的碳化深度 (mm) 3 天 7 天 14 天 28 天 A1 A2 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 A3 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 表 44 磨細(xì)鋼渣粉和硅 灰復(fù)合摻合料混凝土的碳化深度極差分析 碳化時(shí)間 (d) 取代量 A 比例 B 水膠比 C 3d 碳化深度平均值(mm) K1 K2 K3 極差 R 7d 碳化深度平均值(mm) K1 K2 K3 極差 R 14d 碳化深度平均值(mm) K1 K2 K3 極差 R 28d 碳化深度平均值(mm) K1 K2 K3 極差 R 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 由 上表 可得出如下結(jié)論 : (a) 水膠比相同時(shí)，雖然摻加磨細(xì)鋼渣粉和硅灰復(fù)合摻合料混凝土的碳化深度比基準(zhǔn)混凝土大，但比單摻摻合料時(shí)明顯減小，碳化 28d 的碳化深度減小 ～ 。 (b) 根據(jù)極差分析得到最佳配合比為：礦物摻合料取代量為 20%，磨細(xì)鋼渣粉和硅灰的比例為 2:1，水膠比為 。 (c) 因?yàn)楸敬卧囼?yàn)所設(shè)水膠比差異較小，極差分析顯示影響抗碳化性能的最大影響因素為取代量，水灰比次之，比例對(duì)其影響較小。取代量越大，碳化深度越大；水膠比越大，碳化深度也越大。 (2) 磨細(xì)鋼渣粉和粉煤灰復(fù)合 正交試驗(yàn)的因素和水平見(jiàn)表 45，采用 L9(33)正交表，各組配比和材料用量見(jiàn)表46。膠凝材料用量為 kg/m3，砂用量為 kg/m3，石子用量為 kg/m3，減 水劑用量為 kg/m3。 表 45 磨細(xì)鋼渣粉和 粉煤灰 正交試驗(yàn)因素水平列表 因素 A B C 取代量 (%) 磨細(xì)鋼渣與 粉煤灰 比例 水膠比 水平 1 20 1:1 2 30 1:2 3 40 1:3 根據(jù)正交 方案 , 計(jì)算出每立方米混凝土所需的各種試驗(yàn)材料用量 , 見(jiàn)表 46。 表 46 每立方米混凝土材料用量表 (kg) 試驗(yàn)號(hào) 水泥 取代量 (%) 比例 水膠比 鋼渣粉 粉煤灰 水 C1 20 1:1 C2 20 1:2 C3 20 1:3 C4 30 1:1 C5 30 1:2 C6 30 1:3 C7 40 1:1 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 C8 40 1:2 C9 40 1:3 按表 46 配制混凝土試件，養(yǎng)護(hù) 28d 后進(jìn)行碳化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 47，極差分析結(jié)果見(jiàn)表 48。 表 47 磨細(xì)鋼渣粉與粉煤灰復(fù)合摻合料混凝土碳化試驗(yàn)結(jié)果 試驗(yàn)編號(hào) 不同碳化時(shí)間的碳化深度 (mm) 3 天 7 天 14 天 28 天 A1 A2 A3 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8