納米CaCO3再生砼抗壓強度正交試驗分析

劉艷萍 閆春嶺 秦善勇

摘 要：研究影響再生砼抗壓強度的因素，考慮了納米CaCO3、水膠比、砂率和再生粗骨料摻量4種影響因素，采用L9（34）正交表安排試驗，利用極差分析和方差分析兩種方法對試驗結果進行探討。結果表明，當納米CaCO3摻入率為1%時，砼強度最優;水膠比為0.38～0.40時，砼的抗壓強度最大;砂率和再生粗骨料取代率對砼抗壓強度均出現反彈現象，隨其增加先減小再增大。影響砼抗壓強度大小的順序依次分別為：水膠比、再生粗骨料取代率、納米CaCO3、砂率。

關鍵詞：納米CaCO3;抗壓強度;再生粗骨料;正交試驗

中圖分類號：TU528.041?????? 文獻標識碼：A文章編號：1001-5922（2022）01-0131-05

Orthogonal test analysis of compressive strength of Nano-CaCO3 recycled concrete

LIU Yanping1，YAN Chunling2，QIN Shanyong3

（1.Anyang Yongtong Municipal Public Engineering Quality Inspection Co.，Ltd.，Anyang 455000，Henan China;

2.School of Civil and Architectural Engineering，Anyang Institute of Technology，Anyang 455000，Henan China;

3.Anyang Municipal Engineering Department，Anyang 455000，Henan China）

Abstract：In order to study the influence of the factors affecting the compressive strength of recycled concrete，four influencing factors including Nano-CaCO3，water-binder ratio，sand ratio and recycled coarse aggregate content were considered.The orthogonal table L9（34） was used to arrange the test results and the range analysis and variance analysis were conducted to study the test results.The results showed that the concrete strength was optimal when Nano-CaCO3incorporation rate was 1%，so Nano-CaCO3 incorporation had certain positive effect on concrete strength.When the water-binder ratio reached 0.38～0.4，the compressive strength value of concrete was the largest.The sand rate and the replacement rate of recycled coarse aggregates both rebounded on the compressive strength of concrete，which first decreased and then increased as the amount increased.Finally，the order of factors affecting the compressive strength of concrete was drawn：water-binder ratio > the replacement rate of recycled coarse aggregate > Nano-CaCO3 >? sand rate.The research results provide a theoretical basis for the application of recycled concrete.

Key words：nano-CaCO3;compressive strength;recycled concrete;orthogonal test

隨著城鎮化進程的發展，基礎設施建設如橋梁、隧道和交通工程等建設項目逐年增多，對砼的需求量不斷增長。而砼做為一種高用量高碳材，未來低碳化是一種必然趨勢。據統計，全球每年砼使用量約175億t，骨料約占131億t左右[1]。如此消耗量，讓人瞠目結舌。作為骨料中砂和石，與其他礦產資源一樣，遲早有一天會消耗殆盡。因此，從資源回收利用的角度出發，向科研技術人員提出了一個全新的研究方向，即把拆除的建筑垃圾加工制備成再生骨料部分或全部代替天然骨料，這樣既有利于綠色可持續發展，又減少不必要的環境污染，變廢為寶。目前對再生砼的物理性能方面已有學者[2-6]對其進行了相關的研究。與天然骨料相比，再生砼存在壓碎性指標差等問題，再生砼在實際工程推廣應用中受到了一定的限制，如大部分再生砼應用于非重要性結構或構件中，或者是作為填料，用于公路方面的路基部分。但如何改性再生砼的性能進而推廣應用，這又一次對科技人員提出了新的挑戰。一些學者就再生骨料物理化學性能方面進行了相應的改性，如采取水泥漿包裹再生骨料與再生骨料進行對比研究，得出水泥漿包裹砼抗壓性能有所增加[7]。采用化學試劑對再生粗骨料處理和強化，研究發現了其抗壓強度雖然較未處理的砼有所增加，但增加幅度不大[8]。采用微波加熱循環法對再生粗骨料進行改性研究[9];對再生砼進行了改性對比試驗，即納米SiO2溶液浸泡再生粗骨料[10];研究了含有納米SiO2和聚丙纖維砼的基本力學性能，得出由于納米SiO2填堵了部分砼中的裂隙，從而砼的抗壓強度有所提高[11-12]。考慮到加熱去漿的復雜性及納米SiO2的價格高的特點，又考慮混凝土中摻入納米CaCO3（Nano-calcium carbonate，簡稱NC）能夠加快水泥的水化速率[13-14];同時，NC也有利于增強砼的力學性能[15-16]。但NC在砼中的研究仍處于起步階段[17]。

通過室內試驗，采用重復正交試驗，借助方差分析研究了納米CaCO3（A）、水膠比（B）、砂率（C）和再生粗骨料（C）摻量4種因素對再生砼抗壓強度的影響，此研究結果為再生砼的應用提供了參考。

1 室內試驗

1.1 試驗材料

水泥為P.O42.5R型膠凝材料，性能如表1所示;表2、表3分別列出了細骨料、粗骨料性能。納米CaCO3（NC）表觀密度為460 kg/m，減水劑為PM-2高性能聚羧酸型。

1.2 正交試驗方案

本次試驗采用4因素3水平的正交表L9（34）安排試驗，嚴格按照試驗操作規程進行試樣的澆筑、振搗和養護。最后，對養護28 d后的試樣采用型號為WEW-1000A萬能試驗機進行加載試驗[17]。

2 結果分析

2.1 試驗結果

試驗數據的極差和方差分析結果，如表5所示。

2.2 因素分析

納米CaCO3、水膠比等因素與砼抗壓強度的關系如圖1所示。

由圖1可以得出，納米CaCO3摻入率為1%時，砼強度最優，因此摻入適量的納米CaCO3對砼強度有一定的效果;水膠比為0.38～0.40時，此時砼的抗壓強度最大。而砂率和再生粗骨料摻量這兩種因素比較特殊，二者均引起砼的抗壓強度“半波波動”現象，即隨其增加先減再增現象，出現這種結果的原因：一是試驗本身的真實反應，此外，也可能由于試驗的離散而致。下一步將繼續深入研究。

3 極差與方差分析

3.1 極差分析

由表5可知，影響砼抗壓強度的因素大小依次分別是：B、D、A、C，即水膠比的影響因素最大，砂率最小。

3.2 方差分析

3.2.1 計算總偏差平方和及自由度

不失一般性[18-20]，設試驗號為n，r為試驗重復數，ST和fT分別為總偏差平方和及總自由度。

ST=∑ni=1∑rj=1x2ij-K2nr，fT=nr-1

式中：K為試驗結果的總和;

3.2.2 計算F值

取顯著性水平α=0.05，則

Fj=Sj/djSE/dE～Fαdj，dE

通過計算得到FA=37.39，FB=146.29，FC=21.58，FD=84.51，均大于F0.01（2，18）=6.01，結果如表6所示。結果表明，這幾種因素均對砼抗壓強度有顯著的影響，其影響程度的大小順序與極差分析結果相同。

4 結語

（1）納米CaCO3摻入率為1%時，砼強度最優;因此摻入適量的納米CaCO3對砼強度有一定的積極作用;

（2）水膠比為0.38～0.40時，砼的抗壓強度最大;而砂率和再生粗骨料摻量這兩種因素均引起砼的抗壓強度“半波波動”現象，即隨其增加先減小再增大現象;

（3）通過試驗數據的極差和方差分析得出，影響砼強度因素的大小依次分別為：水膠比、再生粗骨料取代率、納米CaCO3。

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