輕質(zhì)綠化混凝土ph值影響因素的正交試驗(yàn)研究

輕質(zhì)綠化混凝土ph值影響因素的正交試驗(yàn)研究

綠化混凝土是指能適應(yīng)植物生長(zhǎng)、植被管理、保持現(xiàn)有保護(hù)功能、環(huán)境保護(hù)、改善生態(tài)條件的混凝土及其產(chǎn)品。它是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。已經(jīng)進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)研究并取得了一些成果。然而，也存在一些問(wèn)題。在文獻(xiàn)中，我們總結(jié)了主要問(wèn)題。輕綠化混凝土雖然符合植物生長(zhǎng)、輕軟度、一定強(qiáng)度和耐刮擦性，但也存在較大的ph值。綠化混凝土的不同組成因素的優(yōu)化試驗(yàn)需要進(jìn)行。在植物生長(zhǎng)條件下，提出了綠色混凝土各組成部分的合理組合。采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法研究了水泥、珍珠巖、外加劑、耕作土壤等原材料的用量對(duì)綠化混凝土的ph值的影響，為綠色混凝土的植物適應(yīng)性優(yōu)化方案提供了最佳ph值組合，以獲得最佳植物生長(zhǎng)環(huán)境條件。為系統(tǒng)優(yōu)化綠色混凝土的物理和化學(xué)性質(zhì)特征奠定基礎(chǔ)。1材料和方法1.1實(shí)驗(yàn)材料1.1.1水泥試驗(yàn)采用的是上海生產(chǎn)的海螺牌425波特蘭水泥,攪拌用水為自來(lái)水.1.1.2骨材本試驗(yàn)選用的混凝土骨料是珍珠巖,其主要理化性質(zhì)參見(jiàn)文獻(xiàn).1.1.3生物有機(jī)肥的制備外加劑為生物有機(jī)肥料、保水劑等按固定配比組成的特種混合物.試驗(yàn)選用上海高綠生物有機(jī)肥有限公司研制、上海文高生物有機(jī)肥制造廠生產(chǎn)的生物有機(jī)肥.該有機(jī)肥的pH值為6.5左右,有機(jī)質(zhì)40%～45%,含氮2.0%,含磷2.0%,含鉀2.0%.保水劑選用丙烯酰胺型保水劑.1.1.4耕作土壤耕植土為花園土壤表層土,其容重為1.07g/mm3,其主要化學(xué)組成如表1所示.1.1.5試劑pH值為4.01標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液,pH值為6.86標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液,pH值為9.18標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液,0.01mol/L氯化鈣溶液.1.1.6主要設(shè)備酸度計(jì)(SartorirusACPB-10),電子天平(BS224S),燒杯,量筒,玻璃棒等.1.2測(cè)試方法1.2.1綠化混凝土的ph值測(cè)定方法為獲得綠化混凝土的植物相容性最優(yōu)pH值環(huán)境條件,本試驗(yàn)利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法來(lái)選擇最優(yōu)水平組合.根據(jù)前期研究結(jié)果初選的較優(yōu)配比方案為基礎(chǔ),按10%的變幅確定各因素的3個(gè)不同水平,因素水平表見(jiàn)表2,選用L9(34)的正交表安排試驗(yàn).本試驗(yàn)在選定水泥品種、外加劑配比和水用量的情況下,主要考查水泥(A)、耕植土(B)、外加劑(C)和珍珠巖(D)的用量(設(shè)因素之間沒(méi)有交互作用)對(duì)輕質(zhì)綠化混凝土24h、7d、28d、180d的pH值影響,考慮到一定強(qiáng)度要求,同時(shí)考查各因素對(duì)綠化混凝土28d的抗壓強(qiáng)度的影響.需要指出,正交試驗(yàn)作方差分析時(shí),要有誤差列(即空列),本試驗(yàn)的正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)沒(méi)有空列.如果要作方差分析的話,通?？梢宰鲋貜?fù)試驗(yàn)得到誤差項(xiàng)的估計(jì)量.也可把因素離差平方和明顯偏小的列作為誤差列來(lái)處理;或是取較大些的正交表,如取L27(313),但這時(shí)試驗(yàn)次數(shù)成倍增加,計(jì)算量加大.因此,在實(shí)際問(wèn)題中,應(yīng)視情況而采取相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析方法.為減少實(shí)驗(yàn)量和試驗(yàn)塊的成倍增加,本試驗(yàn)擬采取將變差平方和明顯偏小的列作為誤差列來(lái)分析處理.1.2.2測(cè)定項(xiàng)目的選擇根據(jù)表3正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)配合比做9×4塊輕質(zhì)綠化混凝土試塊,9塊用于測(cè)定pH值,9×3塊按文獻(xiàn)方法用于測(cè)定28d的抗壓強(qiáng)度.9組試驗(yàn)的用水量均為8.5kg,尺寸為150mm×150mm×150mm的立方體.標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下,按實(shí)驗(yàn)要求取適量測(cè)定24h、7d、28d、180d的pH值和28d的抗壓強(qiáng)度.1.2.3ph值的測(cè)定方法參照土壤pH值測(cè)定方法,考慮到輕質(zhì)綠化混凝土為偏堿性材料,采用0.01mol/L氯化鈣溶液用于浸提的鹽溶液,其與土之比為2.5∶1.輕質(zhì)綠化混凝土風(fēng)干后通過(guò)2mm篩子,按比例稱取適量,加入上述鹽溶液,經(jīng)充分?jǐn)噭?平衡30min后,用電位法測(cè)定pH值.2結(jié)果與分析2.1ph值的最優(yōu)水平據(jù)表4中極差的直觀分析可知,4個(gè)因素對(duì)綠化混凝土24hpH值影響的大小順序?yàn)檎渲閹r(D)>水泥(A)>外加劑(C)>耕植土(B),經(jīng)方差分析,D、A的影響達(dá)到顯著水平.說(shuō)明D、A為主要影響因素.根據(jù)輕質(zhì)綠化混凝土的植物相容性要求,pH值應(yīng)盡量趨于中性為原則(后同),結(jié)合表中k值大小,對(duì)24hpH值的最優(yōu)水平組合為A1B1C2D3.2.2最優(yōu)條件下de據(jù)表5中極差的直觀分析可知,4個(gè)因素對(duì)綠化混凝土7dpH值影響的大小順序?yàn)樗?A)>珍珠巖(D)>外加劑(C)>耕植土(B),經(jīng)方差分析,A、D、C的影響達(dá)到顯著水平.說(shuō)明A、D、C為主要影響因素.根據(jù)輕質(zhì)綠化混凝土的植物相容性要求,結(jié)合表中k值大小,對(duì)7dpH值的最優(yōu)水平組合為A1B1C2D3.2.3最優(yōu)條件選擇據(jù)表6中極差的直觀分析可知,4個(gè)因素對(duì)綠化混凝土28dpH值影響的大小順序?yàn)樗?A)>外加劑(C)>珍珠巖(D)>耕植土(B),經(jīng)方差分析,A的影響達(dá)到顯著水平.說(shuō)明A為主要影響因素.根據(jù)輕質(zhì)綠化混凝土的植物相容性要求,結(jié)合表中k值大小,對(duì)28dpH值的最優(yōu)水平組合為A1B1C2D3.2.4各影響因子的配比據(jù)表7中極差的直觀分析可知,4個(gè)因素對(duì)綠化混凝土180dpH值影響的大小順序?yàn)樗?A)>外加劑(C)>珍珠巖(D)>耕植土(B),經(jīng)方差分析,A的影響達(dá)到顯著水平.說(shuō)明A為主要影響因素,C、D也有一定影響.根據(jù)輕質(zhì)綠化混凝土的植物相容性要求,結(jié)合表中k值大小,對(duì)180dpH值的最優(yōu)水平組合為A1B3C2D3,因B在4個(gè)因素中影響因子最小,故B取B1還是B2、B3影響都不大,故此處最優(yōu)組合仍可為A1B1C2D3.根據(jù)本節(jié)研究,各因素對(duì)輕質(zhì)綠化混凝土(24h、7d、28d和180d)pH值的最佳組合是一致的,為A1B1C2D3,即水泥用量為4.5kg,耕植土的用量為17.3kg,外加劑用量為2.9kg,珍珠巖用量為7.2kg,相應(yīng)的質(zhì)量配比為A∶B∶C∶D∶水為11.14%∶42.82%∶7.18%∶17.82%∶21.04%.2.5對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響因子的確定據(jù)表8中極差的直觀分析可知,4個(gè)因素對(duì)綠化混凝土28d抗壓強(qiáng)度影響的大小順序?yàn)樗?A)>耕植土(B)>外加劑(C)>珍珠巖(D),經(jīng)方差分析,A的影響達(dá)到顯著水平,說(shuō)明A為主要影響因素,B的影響也較為明顯,C、D的影響可不考慮.從表中k值大小分析,對(duì)28d抗壓強(qiáng)度的最優(yōu)水平組合為A3B1C1D2,因C、D的影響因子都很小,所以C取C2,D取D3亦可,因此,最優(yōu)組合也可為A3B1C2D3,即水泥用量為5.5kg,耕植土的用量為17.3kg,外加劑用量為2.9kg,珍珠巖用量為7.2kg,相應(yīng)的質(zhì)量配比為A∶B∶C∶D∶水為13.29%∶41.79%∶7.00%∶17.39%∶20.53%.2.6配合比的確定綜合上述討論結(jié)果,各因素對(duì)pH值和抗壓強(qiáng)度的最優(yōu)組合分別為A1B1C2D3和A3B1C2D3,主要矛盾集中在A(水泥用量)的水平.本試驗(yàn)綜合考慮pH值優(yōu)先和兼顧強(qiáng)度的要求,綜合最優(yōu)水平組合為A1B1C2D3,即水泥用量為4.5kg,耕植土的用量為17.3kg,外加劑用量為2.9kg,珍珠巖用量為7.2kg,相應(yīng)的質(zhì)量配比為A∶B∶C∶D∶水為11.14%∶42.82%∶7.18%∶17.82%∶21.04%.2.7土壤ph值及28d抗壓強(qiáng)度為進(jìn)一步證實(shí)各因素優(yōu)化配比的可靠性和合理性,對(duì)綜合最優(yōu)水平組合A1B1C2D3的條件作28dpH值及28d抗壓強(qiáng)度驗(yàn)證,試驗(yàn)重復(fù)3次,28dpH值分別為8.35、8.45、8.37,平均pH值為8.39,28d抗壓強(qiáng)度分別為0.47、0.49、0.51MPa,平均抗壓強(qiáng)度為0.49MPa,并在其上播種黑麥草,植物生長(zhǎng)較好,說(shuō)明其具有較好的植物相容性和一定強(qiáng)度要求.3綠化混凝土ph值的變化情況下土(1)本研究說(shuō)明水泥、珍珠巖、外加劑和耕植土的水平變動(dòng)是影響綠化混凝土pH值波動(dòng)的主要因素,且具有明顯的時(shí)間效應(yīng).7d前水泥、珍珠巖、外加劑的影響較為顯著,其中水泥、珍珠巖和外加劑達(dá)到顯著水平,而28d后只有水泥是輕質(zhì)綠化混凝土pH值和28d抗壓強(qiáng)度的主要影響因素,基本上隨著水泥用量的增加呈線性變化,且達(dá)到顯著水平.珍珠巖用量的增加有進(jìn)一步降低pH值的趨勢(shì),但需進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證.(2)試驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)24h、7d、28d、180d的pH值最優(yōu)水平組合基本相同,28d后的輕質(zhì)綠化混凝土的pH值趨于穩(wěn)定,并具有代表性,最適于在28d后進(jìn)行種植試驗(yàn),但測(cè)定試驗(yàn)周期相對(duì)較長(zhǎng).28d抗壓強(qiáng)度最優(yōu)水平組合為A3B1C2D3,綜合考慮pH值優(yōu)先和兼顧強(qiáng)度的要求,最優(yōu)水平組合為A1B1C2D3.在實(shí)際應(yīng)用中還可根據(jù)實(shí)際條件靈活選擇各因素的用量.(3)對(duì)輕質(zhì)綠化混凝土24h、7d、28d、180d的pH值的T值分析表明,以24hpH值為起點(diǎn)的各階段的pH值降幅分別為2.9%、11.8%、7.0%,7～28d的pH值降幅最大.(4)耕植土的理化性質(zhì)不同、外加劑配比調(diào)整