李江成

（京水江河（北京）工程咨詢有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊　830001）

0　引言

隨著汽車不斷普及，廢舊輪胎數(shù)量增多。相關(guān)研究表明將廢舊輪胎膠粒與混凝土混合，不僅可以變廢為寶，減少環(huán)境污染，而且可有效改善混凝土性能。膠?；炷量箾_磨能力是工程實踐中衡量混凝土使用壽命的重要指標(biāo)，其抗沖磨能力影響因素及影響機(jī)理是提升膠?；炷量箾_磨能力的關(guān)鍵。

本文為了探究膠?；炷量箾_磨能力的影響因素及影響機(jī)理，將膠粒用量、膠粒尺寸、水灰比例作為試驗變量，以混合正交試驗方式設(shè)計多組試驗。多角度統(tǒng)計分析各試驗檢測數(shù)據(jù)，最終分析出3個影響因素的顯著性及最佳數(shù)值指導(dǎo)工程實踐。

1　試驗材料介紹

本試驗所用試驗材料涉及到水泥、粗骨料、細(xì)骨料、膠粒、水。各自的規(guī)格如下：

水泥：新疆烏魯木齊市P.O42.5R級水泥，通過試驗檢測獲得該水泥各項性能指標(biāo)，與相應(yīng)規(guī)范對照均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

粗骨料：新疆烏魯木齊市烏魯木齊河卵石，屬于3級級配。

細(xì)骨料：新疆烏魯木齊市烏魯木齊河河砂，經(jīng)過實測，其表觀密度是2850 kg/m3，堆積密度是1600 kg/m3，泥土所占質(zhì)量百分比是2.35%。河砂細(xì)度模數(shù)是2.29，級配等級隸屬于中砂，達(dá)到相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。

膠粒：新疆哈密市生產(chǎn)的15目與30目2種膠粒。其顆粒粒徑尺寸均低于5.5 mm。

水：新疆烏魯木齊市自來水，經(jīng)檢測各項礦物質(zhì)含量均達(dá)標(biāo)。

2　試驗設(shè)定

在工程實踐中，因建筑需求，需要混凝土結(jié)構(gòu)的抗沖磨性能滿足相應(yīng)的環(huán)境要求，將廢舊的膠粒外摻進(jìn)普通混凝土中增強(qiáng)其抗磨性能。選擇與砂等體積的膠粒方式加入普通混凝土內(nèi)。由于水灰比嚴(yán)重影響著普通混凝土抗沖磨性能，為了保證試驗結(jié)果不受其影響，依據(jù)混合正交方式設(shè)計試驗組。重點研究膠粒用量、膠粒尺寸（直徑）、水灰比例3個因素對膠?；炷量箾_磨性能的影響規(guī)律，依次固定兩個變量，改變其中一個變量，獲得各影響因素的最優(yōu)值使得膠?；炷量箾_磨性能最佳。

2.1　試驗因素數(shù)值設(shè)定

試驗選擇混合正交試驗設(shè)計原則設(shè)計試驗。依照正交組合設(shè)定8組試驗組檢測各自膠?；炷量箾_磨能力，各試驗組內(nèi)設(shè)有4個試驗構(gòu)件，共計32個試驗構(gòu)件。3個試驗影響因素設(shè)定數(shù)值如表1內(nèi)所示[1]。

表1　粒徑混凝土抗沖磨性能試驗影響因素設(shè)定值

2.2　試驗過程及方式

依據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定中混凝土抗沖磨性能試驗過程進(jìn)行試驗檢測。嚴(yán)格執(zhí)行混合比配制膠粒混凝土并攪拌均勻，在坍落度達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后裝模，在振搗臺上振動45 s使其成型。試驗構(gòu)件成型48 h后拆模處理，將試驗構(gòu)件放置在養(yǎng)護(hù)室，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)30 d，借助水下鋼球法完成混凝土抗沖磨性能檢測試驗。試驗過程中注意事項如下：

（1）未進(jìn)行試驗時，先將試驗構(gòu)件放置在水內(nèi)浸泡，待2 d后取出。

（2）在試驗中，試驗構(gòu)件表面必須保持干燥后對其稱量，稱量記錄后將其用鋼容器盛裝，設(shè)定葉輪轉(zhuǎn)速20 r/s帶動水，并放置80個規(guī)格不同的鋼球?qū)υ囼灅?gòu)件表面摩擦，3 d后可停止。

（3）摩擦?xí)r長達(dá)到設(shè)定值后，取出試驗構(gòu)件，將其表面沖洗,保持干燥后完成稱量記錄，依據(jù)公式（1）求出試驗構(gòu)件的磨損比例[2]。

試驗構(gòu)件磨損比例計算公式為：

式中：

L—試驗構(gòu)件的磨損比例，%；

Mq—未試驗時干燥狀態(tài)下試驗構(gòu)件質(zhì)量值，kg；

Mh—試驗后干燥狀態(tài)下試驗構(gòu)件質(zhì)量值，kg。

3　試驗數(shù)據(jù)分析

3.1　攪拌時膠?；炷列阅芨艣r與分析

混凝土摻和物性能高低對混凝土的力學(xué)性能及耐久性影響較大，混凝土摻和物性能的高低主要通過坍落度進(jìn)行評價。除此之外，混凝土摻和物含氣量同樣決定混凝土性能，當(dāng)含氣量比例較大時，摻和物黏性較大，摻和物的離析與泌水現(xiàn)象微弱，這樣可以明顯增強(qiáng)混凝土的耐久性能。在拌和成型時，對各試驗組內(nèi)混凝土試驗構(gòu)件進(jìn)行性能實測，指標(biāo)平均值見表2。其平均值是同試驗組內(nèi)4個試驗構(gòu)件檢測數(shù)據(jù)的平均值[3]。

分析表2中數(shù)據(jù)，不難看出膠粒的加入，與未加入膠粒的混凝土，膠?；炷梁瑲饬勘壤岣撸⑶液瑲饬颗c膠粒摻入量呈正相關(guān)，除此之外摻和物的含氣量提升幅度與膠粒尺寸大小呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。與未加入膠粒的混凝土相比，膠?；炷恋奶涠扔兴陆?，并且坍落度與膠粒用量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，不僅如此，膠粒混凝土的表觀密度與膠粒用量同樣呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3.2　正交試驗檢測數(shù)據(jù)剖析

膠?；炷猎囼灅?gòu)件抗沖磨能力試驗檢測數(shù)據(jù)完成極差分析，通過極差分析，探究3個影響因素與性能指標(biāo)的影響關(guān)系及影響機(jī)理，最終確定3個影響因素的最佳值與混合比，使得膠粒混凝土性能達(dá)到最優(yōu)。具體極差分析的過程及結(jié)果整理成表3[4]。

表2　各個標(biāo)號粒徑混凝土實測參數(shù)數(shù)據(jù)值匯總

表3　正交試驗實測數(shù)據(jù)與極差分析數(shù)據(jù)

通過表3中極差分析數(shù)據(jù)，可以得到在給定的各試驗因素的范圍中，依據(jù)極差高低，得出影響膠粒混凝土抗沖磨能力的影響因素由高到低排序是：膠粒用量，膠粒尺寸，水灰比例。膠粒加入后，與未加入膠粒的混凝土相比，膠粒混凝土磨損比例有所下降，即膠粒的加入可有效提升膠粒混凝土抗沖磨能力。膠粒混凝土的磨損比例與膠粒用量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即膠粒用量越多，膠?；炷聊p比例越小。在本文試驗中標(biāo)定膠粒用量15%，膠粒尺寸是15目，水灰比例是0.6時膠?；炷聊p比例最小[5]。

為了深度挖掘3個影響因素對膠?；炷量箾_磨能力影響的具體變化規(guī)律，繪制膠粒混凝土磨損比例K值和3個因素間的變化折線圖，如圖1所示。

圖1　磨損比例與3個因素間的變化折線圖

分析圖1中折線變化，膠粒混凝土磨損比例與膠粒用量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，分析表3內(nèi)數(shù)據(jù)，在膠粒用量是0時，對應(yīng)磨損比例是2.63%，在膠粒用量是5%時，對應(yīng)磨損比例是1.36%，其減小幅度為1.27%。在膠粒用量是15%時，對應(yīng)磨損比例是0.32%，其減小幅度僅0.67%，而膠粒用量增長10%，減小幅度是總減小幅度的47%，前后對比分析可知減小速率顯著降低。綜上所述，在混凝土中加入膠粒，有利于增強(qiáng)膠粒混凝土的耐磨能力，但這種效果僅局限于一定范圍中[6]。

3.3　正交試驗數(shù)據(jù)方差剖析

對3個影響因素影響膠?；炷量箾_磨性能的程度進(jìn)行分析，確定其顯著性影響因素與非顯著性影響因素，對各組實驗數(shù)據(jù)完成方差分析工作，具體分析如表4所示[7]。

分析表4內(nèi)數(shù)據(jù)，不難推斷，膠粒用量對膠粒混凝土抗沖磨能力具有及其顯著性的影響，水灰比例顯著性影響著膠?；炷恋目箾_磨能力，膠粒尺寸對膠?；炷恋目箾_磨能力影響不顯著，該結(jié)論和前面的極差分析得出的結(jié)論一致。

4　回歸分析

為了使膠?；炷聊軌蚩茖W(xué)合理的應(yīng)用于實踐，首先要能夠?qū)ζ淇箾_磨能力精確的預(yù)測，本文借助spss統(tǒng)計軟件完成試驗檢測的膠?；炷量箾_磨能力與3個影響因素設(shè)定值回歸分析工作，最終得到其回歸分析方程式，見公式（2）。

式中：

y—磨損比例；

x1—膠粒用量值；

x2—膠粒尺寸值；

x3—水灰比例。

依據(jù)各組試驗檢測結(jié)果依次得到模型回歸值與殘差值，各自的回歸方差分析見表5所示[8]。

分析表5中數(shù)據(jù)不難看出，回歸方程的顯著性水平高達(dá)0.006，表明本回歸方程的相關(guān)性十分顯著。

5　膠粒混凝土工程應(yīng)用效果

表4　方差分析數(shù)據(jù)表

表5　回歸方差分析表

將研究得到膠?；炷量箾_磨能力的3個影響因素具體影響機(jī)理應(yīng)用于工程實踐中。新疆地區(qū)A水利水電工程施工中，根據(jù)本試驗給定的各自的最佳值拌制膠粒混凝土。將膠?；炷劣糜谒畮煜掠巫o(hù)坦—護(hù)坡工程中。該工程自2010年5月份開始施工，到2011年7月份結(jié)束。經(jīng)過質(zhì)檢部分檢測，各項指標(biāo)符合相關(guān)規(guī)定。A水利工程自2011年9月份蓄水投入使用，水庫下游護(hù)坦—護(hù)坡工程投入使用。在使用6年間，下游護(hù)坦—護(hù)坡工程未發(fā)生任何失穩(wěn)現(xiàn)象，其混凝土沖磨磨損比例仍符合相關(guān)規(guī)范中規(guī)定值。經(jīng)過實地查看及相關(guān)質(zhì)檢部門檢測，各項性能評價指標(biāo)均合格。表明膠?；炷恋目箾_磨能力發(fā)揮了較好的效果，即膠?；炷量箾_磨能力具有較好的工程實踐應(yīng)用。

6　結(jié)語

本文為了探究膠?；炷量箾_磨能力的影響因素，以混合正交試驗方式設(shè)計多組試驗，多角度統(tǒng)計分析各試驗數(shù)據(jù)，最終得到如下結(jié)論：

（1）膠粒的加入，可以有效提升膠?；炷梁瑲饬?，膠?；炷梁瑲饬颗c膠粒用量呈正相關(guān)關(guān)系，膠?；炷撂涠扰c膠粒用量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

（2）根據(jù)極差、方差等分析膠?；炷量箾_磨能力，較大程度上受膠粒用量與水灰比例影響，基本不受膠粒尺寸影響。由高到低的次序是：膠粒用量、水灰比例、膠粒尺寸。膠粒不僅可提升混凝土抗沖磨能力，且膠?；炷聊p比例、磨損速率與膠粒用量成反比。

（3）經(jīng)過回歸分析，得到膠?；炷量箾_磨能力與膠粒用量、膠粒尺寸、水灰比例3個影響因素間的函數(shù)關(guān)系式，其線性關(guān)系十分顯著。

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