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水泥磨細(xì)礦渣微粉與超細(xì)粉煤灰復(fù)合抗壓強(qiáng)度的定量預(yù)測(cè)
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(bào)告。這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是對(duì)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(qiáng)度的關(guān)系,確定采用單純形重心混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)此問題進(jìn)行研究.文獻(xiàn)[1,4]曾用單純形重心設(shè)計(jì)法對(duì)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(qiáng)度進(jìn)行了研究,但研究的對(duì)象都是砂漿,目前將該方法用于預(yù)測(cè)混凝土性能的研究尚未見報(bào)道.1小正三角形上單純形重心設(shè)計(jì)由于實(shí)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(shí)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(yàn)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(jìn)行單純形格子設(shè)計(jì),但必須引入偽分量,對(duì)大三角形和小三角形坐標(biāo)進(jìn)行換算,坐標(biāo)系x1x2x3是實(shí)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(duì)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(shí)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(jìn)行單純形重心設(shè)計(jì),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(jiǎn)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(shí)際的配料點(diǎn)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(jì)配料點(diǎn)如圖2所示.為了檢驗(yàn)回歸方程的精確性,另選一個(gè)配料點(diǎn),其坐標(biāo)為[x1x2x3]T=[0.40.450.15]T,對(duì)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(qiáng)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(jí)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(hù)過程中各組分對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)表2為復(fù)合膠凝材料混凝土各配料點(diǎn)的抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值,通過式(3)和式(4)可計(jì)算出不同齡期時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)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(cè)各測(cè)試齡期時(shí)不同復(fù)合比例下混凝土的抗壓強(qiáng)度值,預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間的相對(duì)誤差為相對(duì)誤差=預(yù)測(cè)值?實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值×100%(5)其絕對(duì)值基本可控制在5%以內(nèi).根據(jù)混凝土抗壓強(qiáng)度回歸方程,可在三角圖中繪制等強(qiáng)度線,通過等強(qiáng)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(duì)抗壓強(qiáng)度的貢獻(xiàn).圖3~圖5分別表示復(fù)合膠凝材料混凝土養(yǎng)護(hù)3d,28d和180d時(shí)的等強(qiáng)度線變化規(guī)律.從圖3可以看出,養(yǎng)護(hù)3d,混凝土強(qiáng)度隨水泥用量增加而增大,混凝土的等強(qiáng)線均呈左斜線,說明達(dá)到相同強(qiáng)度時(shí),靠左邊各點(diǎn)比右邊各點(diǎn)的水泥用量要少,即3d時(shí)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(duì)低的組分復(fù)合使用,可以彌補(bǔ)低活性組分單獨(dú)取代水泥時(shí)造成的低早強(qiáng)缺陷,在強(qiáng)度相同時(shí),則可以起到減少水泥用量的作用.3d時(shí)復(fù)合膠凝材料各組分對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)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(hù)齡期的延長(zhǎng),28d時(shí)水泥對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響明顯降低,混凝土強(qiáng)度達(dá)到85MPa時(shí),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(shí),混凝土達(dá)到50MPa時(shí),水泥(質(zhì)量分?jǐn)?shù))也需在85%以上.等強(qiáng)線仍是左斜線,說明28d時(shí)復(fù)合膠凝材料各組分對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大小仍為水泥、礦粉和粉煤灰.從圖5可以看出,養(yǎng)護(hù)到180d時(shí),復(fù)合膠凝材料中水泥(質(zhì)量分?jǐn)?shù))在25%~30.62%時(shí),強(qiáng)度就可以達(dá)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(duì)較大時(shí),混凝土強(qiáng)度也能達(dá)到95MPa,且粉煤灰單獨(dú)取代46.12%水泥(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)就能達(dá)到,說明180d時(shí)粉煤灰對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)已接近水泥,并遠(yuǎn)超過礦粉對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn),等強(qiáng)線成為右斜線.因此,180d時(shí),復(fù)合膠材各組分對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)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(jì)法是研究多元復(fù)合膠凝材料組成與混凝土
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