01 引言 将一定量的粉煤灰掺入混凝土中，不仅可以降低工业废渣带来的环境污染以及我国土地资源占用问题，还能够减少胶凝材料中水泥的用量，进而间接地减少了水泥生产过程中的资源消耗和环境污染问题；另外，还能够起到延长混凝土使用寿命、减少维护及重建所需要费用的作用。 目前国内外研究提高粉煤灰活性几种常见的方法主要包括物理活化法和化学活化法。物理活化法是指将粉煤灰磨细或者进行水热蒸养处理；化学活化是指在粉煤灰中添加化学外加剂，使其能够与粉煤灰中的活性组分发生化学反应，促进激发粉煤灰与水泥之间的水化产物。 单独使用一种激发剂，通常难以显著提高粉煤灰混凝土的早期强度。正交分析具有试验工作量小、代表性强的优点，考虑到工程实际应用情况，本研究提出一种多元激发剂复合的正交分析试验方法。多元体系复合的正交分析试验效果要优于简单的物理激发或者化学激发，甚至优于目前仅存在于试验室中的传统复合激发技术。本研究通过设计正交分析试验，找出正交分析作用条件下，激发粉煤灰化学活性的最佳参数，从而提高混凝土的早期强度，并可以提高混凝土中粉煤灰的最大掺量。 02 实验方法 通过单因素变量法，选出减水剂、电石渣、NaOH、Na2SO4。激发剂的最佳掺量(占粉煤灰质量的百分比)变化范围，分别为减水剂：0.6％一0.8％、电石渣：0.5％～1.5％、NaOH：0.25％～0.35％、Na2S04：3％～4％。根据此最佳变化范围，采用正交分析试验方法，通过极差分析法，研究各因素影响胶砂和易性、凝结时间以及力学性能的主次顺序，确定出粉煤灰改性所需化学激发剂最佳掺量；通过正交分析试验结果分析，选出针对胶砂和易性、凝结时间以及力学性能情况下的最佳组合掺量。 为了便于化学激发剂充分与粉煤灰接触，激发粉煤灰活性，试验过程中先将硫酸钠、氢氧化钠与称量好的水搅拌混合溶解之后，再倒入称量好的水泥进行搅拌，测试相关胶砂拌合物性能，成型并养护试件，养护至规定龄期时取出试件进行抗压抗折性能检测。本次试验过程中，采用固定用水量、水胶比以及粉煤灰掺量不变的方法，选取减水剂、NaOH、电石渣以及Na2S04。四个因素，每个因素设三个水平，采用的正交分析表见表1，2。 03 实验结果分析 胶砂初凝时间测试结果见表3，通过表3的Kj计算可知，各因素对胶砂初凝时间的影响主次顺序为B>C>D>A，最优因素水平搭配的选择与实际施工中所要求的指标有关，若需要初凝时间较长，则可以选取指标大的最优水平组合A2B3C3D3，反之，需要缩短初凝时间则可选择A1B1C2D1。 胶砂终凝时间测试结果见表4，通过表4的Kj计算可知，各因素对胶砂终凝时间的影响主次顺序为B>C>A>D，电石渣掺量极差R最大，可见电石渣掺量对终凝时间影响最大，减水剂对终凝时间的影响在四个因素中最小。在试验中或实际工程施工中，对终凝的时间需求不同，若需要终凝时间较长时，可以选取最优水平组合A2B3C3D2，反之，如果需要的终凝时间较短时，可以选择A1B1C2D1最优水平组合。 胶砂7d抗折强度测试结果见表5，通过表5的Kj计算可知，各因素对胶砂7d抗折强度的影响主次顺序为B>C>D>A，在胶砂7d抗折强度中，电石渣和氢氧化钠的掺量极差R值较大，对抗折强度影响占主要作用，而硫酸钠与减水剂掺量极差R值较小，对抗折强度影响稍小。就实际工程应用情况而言，砂浆7d抗折强度越大越好，因此，最优水平组合应为A3B1C1D2，其对应掺量分别为硫酸钠的掺量为3％、电石渣的掺量为0.5％、氢氧化钠的掺量为0.25％、减水剂的掺量为0.7％。 胶砂7d抗压强度测试结果见表6，通过表6的Kj计算可知，各因素对胶砂7d抗压强度的影响主次顺序为B>A=C=D，由极差R值可知，电石渣对胶砂7d的抗压强度值影响最大，氢氧化钠、硫酸钠以及减水剂影响程度基本相同，因此，最优水平组合为A3B1C1D2，对应的硫酸钠的掺量为3％，电石渣的掺量为0.5％，氢氧化钠的掺量为0.25％，减水剂的掺量为0.7％。 04 结论 胶砂不同性能指标时，各因素的影响主次顺序结果也不相同，因此，本次最优配合比选择是需要综合各因素从更深层次进行分析，寻找出试验所需的最佳活性激发配合比，通过砂浆凝结时间和7d抗压抗折强度极差综合分析发现，影响砂浆工作性和力学性能的各因素主次顺序为B>C>D>A。 (1)胶砂初凝时间测试结果表明各因素对胶砂初凝时间的影响主次顺序为B>C>D>A，若需要初凝时间较长，则可以选最优水平组合A2B3C3D3，反之，需要缩短初凝时间则可选择A1B1C2D1。 (2)胶砂终凝时间测试结果表明各因素对胶砂终凝时间的影响主次顺序为B>C>A>D，若需要终凝时间较长时，可以选取最优水平组合A2B3C3D2，反之，如需要中终凝时间较短时，可选择A1B1C2D1，最优水平组合。 (3)胶砂7d抗折强度和抗压强度测试结果均表明各因素对胶砂7d抗折强度的影响主次顺序为B>C>D>A，为提高砂浆7d抗折强度，最优水平组合应为A3B1C1D2。 综上，当需要砂浆快速凝结时，可选最优组合A2B3C3D3，激发粉煤灰活性，对应硫酸钠的掺量为2.5％、电石渣的掺量为1.0％、氢氧化钠的掺量为0.35％、减水剂的掺量为0.8％；当需要砂浆具有较长凝结时间时，可选A1B1C2D1激发粉煤灰活性，对应硫酸钠的掺量为2％、电石渣的掺量为0.5％、氢氧化钠的掺量为0.3％、减水剂的掺量为0.6％；为提高砂浆的抗压和抗折强度，可选最优组合应为A3B1C1D2，对应硫酸钠的掺量为3％、电石渣的掺量为0.5％、氢氧化钠的掺量为0.25％、减水剂的掺量为0.7％。 |
