摘要:
用正交試驗(yàn)法研究了以沸石和石灰石生產(chǎn)復(fù)合水泥的原料選擇及最佳摻量，借助XRD和SEM等測試手段，對水泥水化產(chǎn)物和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。
表5 試驗(yàn)結(jié)果分析?
試驗(yàn)號 列號 28d抗壓強(qiáng)度
石灰石(A) 沸石(B) 外加劑Ⅰ(C) 外加劑Ⅱ(D) Y28/MPa
1 1 1 1 1 60.2
2 1 2 2 2 58.0
3 1 3 3 3 49.2
4 2 1 2 3 51.0
5 2 2 3 1 53.4
6 2 3 1 2 46.5
7 3 1 3 2 47.9
8 3 2 1 3 47.8
9 3 3 2 1 46.5
M1 167.4 159.1 154.5 160.1? T28?=460.5
M2 154.9 159.2 155.5 152.4
M3 142.2 142.2 150.5 148.0 Y=51.2
M1j? 55.8 53.0 51.5 53.4
M2j? 51.6 53.1 51.8 50.8
M3j? 47.4 47.4 50.2 49.3
Rj? 8.4 5.7 1.6 4.1
注：T28?=ΣY28；Y= 1n T28。
圖1 各因素對復(fù)合水泥后期抗壓強(qiáng)度的影響?
由圖1(A)知，石灰石摻量增加，后期抗壓強(qiáng)度直線下降，說明石灰石對復(fù)合水泥后期抗壓強(qiáng)度不利；沸石摻量由7%增加到14%，其28 d抗壓強(qiáng)度變化不大，當(dāng)摻量大于14%時，則28 d強(qiáng)度下降較大；經(jīng)處理后的外加劑Ⅰ(C)摻量增加，28 d抗壓強(qiáng)度亦增加，但增幅不大(見a1線)；未經(jīng)處理的外加劑摻量增加，抗壓強(qiáng)度下降(見a?2線)，外加劑Ⅱ摻量增加，28 d抗壓強(qiáng)度直線下降。說明外加劑Ⅱ?qū)?fù)合水泥后期抗壓強(qiáng)度不利。?
3.2 復(fù)合水泥抗壓強(qiáng)度的計(jì)算?
設(shè)全部試驗(yàn)次數(shù)為n，第i次試驗(yàn)數(shù)據(jù)為Yi，T= Σn Yi，則總平均值為：?
i=1
Y= 1 /n ΣYi= T/n (1)?
如采用mij表示第j列因子第i水平下抗壓強(qiáng)度的平均值，βij表示第j列因子i水平下的效應(yīng)，則有：?
βij?=mij-Y (2)?
由此計(jì)算的水平效應(yīng)見表6。
表6 復(fù)合水泥抗壓強(qiáng)度的水平效應(yīng)?
水平 石灰石(A) 沸石(B) 外加劑Ⅰ(C) 外加劑Ⅱ(D)
1 4.6 1.8 0.3 2.2
2 0.4 1.9 0.6 -0.4
3 -3.8 -3.8 -1.0 -1.9
根據(jù)(2)式和表6數(shù)據(jù)可計(jì)算出最佳配比和任意配比下理論抗壓強(qiáng)度。如上述的最佳強(qiáng)度：
RA1B2C2D1 =Y+β11+β22+β32?+β41 =51.2+4.6+1.9+0.6+2.2=60.5?
由此可見，當(dāng)用混合材生產(chǎn)復(fù)合水泥時，在混合材摻量適當(dāng)，并加入少量外加劑后，可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)復(fù)合水泥，其28 d抗壓強(qiáng)度接近用純熟料生產(chǎn)的硅酸鹽水泥。為此，在最佳配方下進(jìn)行了試驗(yàn)，測得實(shí)際抗壓強(qiáng)度為59.6 MPa，其誤差只有1.5%，為了驗(yàn)證，取
L3-1(A1B1C1D1)?和L3-6(A2B3C1D2)?進(jìn)行校核：?
RL3-1(A1B1C1D1)=51.2+4.6+1.8+0.3+2.2=60.1，與實(shí)際60.2接近。?
RL3-6(A2B3C1D2)=51.2+0.4-3.8+0.3-0.4=48.7，與實(shí)際46.5接近。?
可見，用上述方法完全可以計(jì)算任何摻量混合材和外加劑下復(fù)合水泥的抗壓強(qiáng)度。?
2.3 XRD、SEM分析?
為了解在正交設(shè)計(jì)情況下得出最佳配比(石灰石5%，沸石14%、外加劑Ⅰ2*%)的復(fù)合水泥的水化情況，將其與純熟料(#0樣)水泥水化3 d和28 d的水化產(chǎn)物進(jìn)行SEM分析(見圖2)。?
圖2 xo和x佳試樣水化3d和28d后的SEM照片
結(jié)果表明：水化3d時，硅酸鹽水泥(xo)存在較多較大的板狀?Ca(OH)2，而復(fù)合水泥(x佳)中雖然也存在Ca(OH)2?，但其數(shù)量少，尺寸也相對小；C-S-H凝膠也有所不同，硅酸鹽水泥(x0)較大，而復(fù)合水泥x佳較細(xì)小，數(shù)量似乎也不及硅酸鹽水泥的多；鈣礬石也不完全相同，硅酸鹽水泥(xo)較大，而復(fù)合水泥數(shù)量較多，尺寸較小，之間的連接也不及硅酸鹽水泥的緊，導(dǎo)致復(fù)合水泥3d強(qiáng)度不及硅配鹽水泥。水化28 d時，硅酸鹽水泥(xo)存在較大的板狀Ca(OH)2，而復(fù)合水泥中的凝膠與沸石、Ca(OH)2、AFt等較好地粘結(jié)起來，從而使復(fù)合水泥有較高的抗壓強(qiáng)度和較好的密實(shí)性。其耐久性也得到改善。
4 結(jié)論?
(1)利用正交設(shè)計(jì)對復(fù)合水泥的配方進(jìn)行優(yōu)化。計(jì)算出來的最佳配比復(fù)合水泥28 d抗壓強(qiáng)度與實(shí)測結(jié)果基本一致，誤差僅1.5%，可以利用此方法依次計(jì)算不同標(biāo)號的混合材量，也可依不同混合材配比計(jì)算出28 d抗壓強(qiáng)度。
(2)從正交設(shè)計(jì)計(jì)算出的最佳配比復(fù)合水泥3 d水化產(chǎn)物SEM照片可以看出：Ca(OH)?2、C-S-H凝膠和AFt不同于硅酸鹽水泥，這與其3 d強(qiáng)度不及硅酸鹽水泥相吻合，而28 d產(chǎn)物小且多而緊密，其后期強(qiáng)度與硅酸鹽水泥接近，而且耐久性能也接近于硅酸鹽水泥。
作者：侯憲欽 高培偉 黃博升