水泥磨細(xì)礦渣微粉與超細(xì)粉煤灰復(fù)合抗壓強度的定量預(yù)測

水泥磨細(xì)礦渣微粉與超細(xì)粉煤灰復(fù)合抗壓強度的定量預(yù)測

20世紀(jì)90年代中期，多元醇廢水混凝土技術(shù)在國內(nèi)外混凝土專家中引起了廣泛關(guān)注，并在近年來積極增加了關(guān)于多元復(fù)合廢水混凝土的研究報告。這項研究的重點是對兩種不同廢物混合的宏觀力學(xué)性能或耐久性的定量研究。關(guān)于水泥基材料性能和組成的定量關(guān)系的研究很少。本文為了定量描述水泥-磨細(xì)礦渣微粉-粉煤灰復(fù)合膠凝材料組成與混凝土抗壓強度的關(guān)系,確定采用單純形重心混料試驗設(shè)計方法對此問題進行研究.文獻[1,4]曾用單純形重心設(shè)計法對水泥-磨細(xì)礦渣微礦粉-粉煤灰復(fù)合膠凝材料體系的抗壓強度進行了研究,但研究的對象都是砂漿,目前將該方法用于預(yù)測混凝土性能的研究尚未見報道.1小正三角形上單純形重心設(shè)計由于實際問題的要求,在某些混料問題中,可控變量xi(i=1,2,…,p)除了受基本約束條件的限制之外,還要附加上其他約束條件.在實際問題中受下界約束條件的情況十分普遍,以p=3為例,三分量存在下界約束條件0≤ai≤xi≤1i=1,2,3x1+x2+x3=1}(1)在約束條件下,試驗區(qū)域是正三角形x1x2x3內(nèi)的小正三角形x′1x′2x′3(如圖1所示).于是,就可以在小正三角形上進行單純形格子設(shè)計,但必須引入偽分量,對大三角形和小三角形坐標(biāo)進行換算,坐標(biāo)系x1x2x3是實際成分的變化空間,稱自然空間,而坐標(biāo)系x′1x′2x′3則是編碼成分的空間變量,稱編碼空間,這樣,自然空間和編碼空間就建立了一一對應(yīng)關(guān)系,即x=(1?∑i=1pai)x′+a(2)通過以上變換公式,將混料的實際成分變成編碼成分,使存在下界約束條件的混料問題變換為無約束的混料問題,然后進行單純形重心設(shè)計,回歸方程為y=∑i=13bix′i+∑i<jbijx′ix′j+b123x′1x′2x′3(3)式中bi=yibij=4yij?2(yi+y)b123=27y123?12(y12+y23+y13)+3(y1+y2+y3)?????(4)本文所用膠凝材料有3種,即水泥加2種工業(yè)廢渣,設(shè)水泥用量為x1,磨細(xì)礦渣微粉(簡稱“礦粉”)和粉煤灰用量分別為x2和x3,該問題的約束邊界為x1≥0.25,x2≥0,x3≥0,則a1=0.25,a2=a3=0,實際的配料點是在圖2所示原等邊三角形的上部區(qū)域,相應(yīng)單純形重心設(shè)計配料點如圖2所示.為了檢驗回歸方程的精確性,另選一個配料點,其坐標(biāo)為[x1x2x3]T=[0.40.450.15]T,對應(yīng)的編碼坐標(biāo)為[0.20.60.2]T.2材料材料的用量水泥采用42.5R(P·I)硅酸鹽水泥,水泥、礦粉和粉煤灰的物理性能如表1所示.“邁地-100”早強高效減水劑.砂細(xì)度模數(shù)2.72,玄武巖碎石,5～19mm連續(xù)級配.基準(zhǔn)混凝土的水泥用量為550kg/m3,用水量為138kg/m3,砂為670kg/m3,石為1142kg/m3,水膠質(zhì)量比為0.25,砂率(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為37%,通過摻加高效減水劑使新拌混凝土的坍落度保持在30～50mm范圍內(nèi),基準(zhǔn)混凝土的減水劑摻量為水泥用量的1.3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),復(fù)合膠凝材料混凝土的減水劑用量為膠凝材料用量的0.9%～1.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)).3復(fù)合膠凝材料混凝土養(yǎng)護過程中各組分對強度的貢獻表2為復(fù)合膠凝材料混凝土各配料點的抗壓強度實測值,通過式(3)和式(4)可計算出不同齡期時混凝土抗壓強度與復(fù)合膠凝材料組成間的定量回歸方程,如表3所示.通過這些回歸方程可以預(yù)測各測試齡期時不同復(fù)合比例下混凝土的抗壓強度值,預(yù)測值與實測值之間的相對誤差為相對誤差=預(yù)測值?實測值實測值×100%(5)其絕對值基本可控制在5%以內(nèi).根據(jù)混凝土抗壓強度回歸方程,可在三角圖中繪制等強度線,通過等強度線的變化可以清晰地看出各種水泥及不同性質(zhì)廢渣對抗壓強度的貢獻.圖3～圖5分別表示復(fù)合膠凝材料混凝土養(yǎng)護3d,28d和180d時的等強度線變化規(guī)律.從圖3可以看出,養(yǎng)護3d,混凝土強度隨水泥用量增加而增大,混凝土的等強線均呈左斜線,說明達到相同強度時,靠左邊各點比右邊各點的水泥用量要少,即3d時左邊組分的活性比右邊組分的活性高,礦粉早期活性比粉煤灰活性高,早期活性高的組分與早期活性相對低的組分復(fù)合使用,可以彌補低活性組分單獨取代水泥時造成的低早強缺陷,在強度相同時,則可以起到減少水泥用量的作用.3d時復(fù)合膠凝材料各組分對強度的貢獻大小依次為水泥、礦粉和粉煤灰.從圖4中可以看出,隨著養(yǎng)護齡期的延長,28d時水泥對混凝土強度的影響明顯降低,混凝土強度達到85MPa時,水泥在復(fù)合膠凝材料中所占的比例(質(zhì)量分?jǐn)?shù))范圍為63.7%～74.95%,而3d時,混凝土達到50MPa時,水泥(質(zhì)量分?jǐn)?shù))也需在85%以上.等強線仍是左斜線,說明28d時復(fù)合膠凝材料各組分對強度的貢獻大小仍為水泥、礦粉和粉煤灰.從圖5可以看出,養(yǎng)護到180d時,復(fù)合膠凝材料中水泥(質(zhì)量分?jǐn)?shù))在25%～30.62%時,強度就可以達到80MPa,但復(fù)合膠凝材料中磨細(xì)礦渣微粉所占的比例仍需高于粉煤灰所占的比例,但當(dāng)水泥用量相對較大時,混凝土強度也能達到95MPa,且粉煤灰單獨取代46.12%水泥(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時就能達到,說明180d時粉煤灰對強度的貢獻已接近水泥,并遠(yuǎn)超過礦粉對強度的貢獻,等強線成為右斜線.因此,180d時,復(fù)合膠材各組分對強度的貢獻大小基本為水泥、粉煤灰、礦粉.4建立以粉煤灰為原料的復(fù)合混凝土1)單純形重心設(shè)計法是研究多元復(fù)合膠凝材料組成與混凝土