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响应面法优化再生骨料混凝土配合比
参数研究
何亮,吴庆霞,张溢,谢丽霞
(.保利长大工程有限公司,广东广州;.中国建筑科学研究院有限公司,北京;
.中交天津港湾工程研究院有限公司,天津,)
摘要:为研究再生骨料混凝土配合比设计参数,采用响应面Box-behnken试验设计法开展了水泥用量、再生粗骨料取代率和附
加用水量个自变量对混凝土坍落度、抗压和抗折强度的影响研究。结果表明:再生骨料混凝土的坍落度随着再生骨料取代率的增
大,先略有增大后持续减小;随着水泥用量的增加,略有增大,但是增幅较小;随着附加用水量的增加,显著增大。再生骨料混凝土的
抗压和抗折强度变化规律相近,即随着在再生骨料取代率的增大,先略有提高后迅速降低;随着附加用水量的增加,呈先提高后降低
的趋势,提高和降低的幅度相近;随着水泥用量的增加,缓慢提高。
关键词:响应面法;再生骨料;再生骨料混凝土;抗折强度
中图分类号::A文章编号:-X()--
Studyonoptimizationofmixproportionparametersofrecycledaggregateconcreteby
responsesurfacemethod
,,
HELiangWUQingxiaZHANGYi,XIELxia
(..,Guangzhou,China;.ChinaAcademyofBuildingResearch,Beijing,China;
..,Tianjin,China)
:
AbstractInordertostudythemixproportiondesignparametersofrecycledaggregateconcrete,theresponsesurfaceBox-
behnkentestdesignmethodisusedtostudytheeffectsofthreeindependentvariables:cementdosage,massproportionofrecycled
coarseaggregatetocoarseaggregateandadditionalwaterconsumptiononconcreteslump,compressivestrengthandflexuralstrength.
-
,itincreasesslightly,buttheincrease
,
strengthofrecycledaggregateconcretearesimilar,thatis,withtheincreaseofthereplacementrateofrecycledaggregate,itfirstin-
,itshowsthetrendoffirstincreasing
andthendecreasing,,itincreasesslowly.
:
Keywordsresponsesurfacemethodology,recycledaggregate,recycledaggregateconcrete,flexuralstrength
引言越来越受到关注,如再生骨料[-]、废渣骨料[-]等,很好地弥补
了天然骨料资源短缺问题。特别是建筑垃圾再生骨料,是采用
骨料在混凝土中发挥骨架作用,能够减小混凝土的收缩,废旧建筑拆除过程中的废旧混凝土或者砌筑物,通过专用破
提高混凝土的体积稳定性,约占混凝土体积的%,对混凝碎装置得到的一种骨料,目前大量的学者正在研究再生骨料
土的性能影响较大。随着国家对于环境保护的重视以及混凝在混凝土中的应用,对于环境保护和混凝土技术发展均具有
土技术的发展,普通天然骨料应用受到限制,各种新型骨料正具有十分重要的意义。
响应面法是利用科学的试验设计并开展试验得到一定的
收稿日期:--;修订日期:--数据,采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函
作者简介:何亮,男,年生,工程师,E-mail:***@。数关系,通过对回归方程的分析来寻求最优参数,解决多变量
NEWBUILDINGMATERIALS··
何亮,等:响应面法优化再生骨料混凝土配合比参数研究
问题的一种统计方法[],目前其在混凝土方面的应用尚较少,表试验混凝土配合比设计
特别是采用响应面法研究再生骨料混凝土配比参数方面为
。因素与编码材料用量(/kg/m)
编
此,本文采用响应面法开展了水泥用量再生粗骨料取代率和天然再生附加
、号水泥水砂减水剂
ABC粗骨料粗骨料用水量
附加用水量等混凝土配合比参数对混凝土坍落度、抗压强度
和抗折强度的影响研究,形成一种再生骨料混凝土配合比参#..
#..
数设计方法,推动再生骨料混凝土的工程应用。
#-...
试验#
..
#....
原材料
.#-..
()再生粗骨料:来自新塘立交改造项目,~mm连续#-..
#
级配,吸水率.%,压碎值.%,针片状含量.%,孔隙率-..
#..
.%。
#-....
()天然粗骨料:石灰岩骨料,~mm连续级配,吸水率
#--...
,压碎值,孔隙率
.%.%.%。#--..
()水泥:水泥,密度,比表面积
P·O..g/cm#..
m/kg,标准稠度用水量.%,。#....
()河砂:细度模数.,Ⅱ区中砂。#..
#
()聚羧酸高性能减水剂:含固量.%,减水率.%。--...
#-....
()拌合水:自来水。
试验设计
.结果与分析
采用响应面法中的Box-behnken的设计模式开展再生骨
料混凝土配合比参数研究的试验设计。
用量、再生粗骨料取代率和附加用水量(是指考虑到再生骨料再生骨料混凝土性能测试结果见表,并将试验值输入到
吸水率较大,在配合比设计用水量以外附加的用水量)分别设Design-expert中,进行二次方程式模型分析,得到预测值。
计为自变量因素A、B、C,经过混凝土试配试验,确定自变量表再生骨料混凝土各项性能的试验值与预测值
因素A、B、C的水平分别为~kg/m、%~%、~因素与编码坍落度/mm抗压强度/MPa抗折强度/MPa
编号
kg/m,低、中、高水平编码值分别用-、、表示,自变量因素ABC试验值预测值试验值预测值试验值预测值
编码和水平见表。将各自变量因素值输入到响应面法软件#....
Design-expert中,得到不同因素水平的试验设计方案(见#....
#
表),固定混凝土的砂率为%,减水剂掺量为水泥质量-....
#....
的%。
#....
表试验自变量因素编码及水平
#-....
因素#-....
编码
水泥用量再生粗骨料附加用水量#-....
()()取代率()()()
/kg/mA/%B/kg/mC#....
-#-....
#--....
#--....
#
试验方法....
.#....
混凝土坍落度参照普通混凝土拌合
GB/T—《#....
物性能试验方法标准》进行测试,抗压和抗折强度参照GB/T#--....
—《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行测试。#-....
··新型建筑材料.
何亮,等:响应面法优化再生骨料混凝土配合比参数研究
由表可以看出,再生混凝土坍落度、抗压与抗折强度的(a)为附加用水量在水平下,水泥用量和再生骨料取代率对
试验值和预测值较为接近。坍落度的影响,图(b)为再生骨料取代率在水平下,水泥
.再生骨料混凝土的坍落度用量和附加用水量对坍落度的影响,图(c)为水泥用量在
图为再生骨料混凝土坍落度的响应面分析,其中图水平下,再生骨料取代率和附加用水量对坍落度的影响。
图再生骨料混凝土坍落度的响应面分析
从图可以看出,在附加用水量为水平,即附加用水量凝土坍落度。
为kg/m时,随着再生骨料取代率的增大,混凝土的坍落度在利用再生骨料、轻骨料等吸水率较大的骨料配制混凝
先略有增大,后持续减小。主要原因可能是再生粗骨料少量替土时,往往采取附加用水量的方式,即在配合比拌合用水之外
代天然粗骨料时,对于骨料的整体级配具有一定的改善作用,增加额外的用水量,目的在于缓解因为骨料吸水率较大,使得
从而使得骨料孔隙率下降,在同样浆体数量的情况下,低孔隙拌合用水迅速降低,造成混凝土拌合物工作性不良和工作性
率骨料配制的混凝土会多出一定量的浆体带动骨料流动,从经时损失较大的问题。结合图(b)、(c)可以看出,随着附加
而使混凝土的坍落度增大;而随着再生骨料取代率进一步增用水量的增加,再生骨料混凝土的坍落度明显增大,再生骨料
加,由于再生骨料的吸水率较大(该试验采用的再生骨料吸水本身的吸水率较大,能够吸附混凝土拌合物中的拌合用水,从
率为.%),拌合物中的拌合用水会被再生骨料所吸附,从而而使得混凝土的坍落度减小,而加入附加用水后,拌合物中的
减少了拌合物中的拌合用水,使得浆体体积减小,进而使得混自由水量较大,从而使得混凝土的坍落度增大。
凝土的坍落度减小。.再生骨料混凝土的抗压强度
水泥用量对再生骨料混凝土坍落度的影响相对较小,随图为再生骨料混凝土抗压强度的响应面分析,其中图
着水泥用量的增加,混凝土坍落度略有增大,但增幅较小。主(a)为附加用水量在水平下,水泥用量和再生骨料取代率对
要原因是,再生骨料往往表面较为粗糙,且具有一定的微孔,抗压强度的影响,图(b)为再生骨料取代率在水平下,水泥
水泥浆体能够包覆再生骨料颗粒,填充表面的微孔,进而带动用量和附加用水量对抗压强度的影响,图(c)为水泥用量在
再生骨料流动,因此提高水泥用量能够在一定程度上增大混水平下,再生骨料取代率和附加用水量对抗压强度的影响。
图再生骨料混凝土抗压强度的响应面分析
NEWBUILDINGMATERIALS··
何亮,等:响应面法优化再生骨料混凝土配合比参数研究
结合图(a)和(c)可以看出,随着再生骨料取代率的增生骨料混凝土的抗压强度呈先提高后逐渐降低的趋势,在附
加,再生骨料混凝土的抗压强度先略有提高后明显降低。主要加用水量为kg/m时,再生骨料混凝土的抗压强度达到最
原因是再生骨料的吸水率较大,取代一定量的天然骨料后,能高,由于再生骨料的吸水率较大,在混凝土拌合物中容易吸走
够吸附拌合用水,使得混凝土实际水灰比降低,从而对于混凝拌合用水,从而造成混凝土拌合物坍落度较小以及坍落度经
土抗压强度具有一定的提高作用;另一方面,再生骨料具有较时损失较大的问题,为此可以采用附加用水的技术措施,用于
多的孔隙,压碎值较大,本身薄弱环节较多,加入混凝土中对补充再生骨料吸走的水。附加用水一方面提高了再生骨料混
混凝土的抗压强度有削弱作用,因此在再生骨料取代率较小凝土的水灰比,降低混凝土抗压强度,另一方面,一定量的附
时,其对于混凝土水灰比的降低作用较为明显,再生骨料混凝加用水可以保证混凝土的工作性能,进而使得混凝土成型更加
土抗压强度呈现略有提高的现象,取代率进一步增大时,则其密实,因此提高了混凝土的抗压强度。在附加用水量较少时,
对于抗压强度削弱作用占主要部分,因此混凝土的抗压强度其对混凝土抗压强度以正效益为主;而附加用水量过多时,对
明显降低。混凝土的抗压强度以副作用为主,因此出现了随着附加用水
结合图(a)和(b)可以看出,随着水泥用量的增加,再生量增加,再生混凝土抗压强度先提高后降低的现象。
骨料混凝土的抗压强度缓慢提高。
孔隙,同时存在大量的薄弱环节,在混凝土受到压力作用时容图为再生骨料混凝土抗折强度的响应面分析,其中图
易从薄弱环节处开裂,从而造成混凝土受压破坏,水泥用量较(a)为附加用水量在水平下,水泥用量和再生骨料取代率
大时,可以有较多的浆体将再生骨料包覆,同时填充再生骨料对抗折强度的影响,图(b)为再生骨料取代率在水平下,
表面孔隙,起到增强再生骨料的作用,进而提高了再生骨料混水泥用量和附加用水量对抗折强度的影响,图(c)为水泥用
凝土的抗压强度。量在水平下,再生骨料取代率和附加用水量对抗折强度的
结合图(b)和(c)可以看出,随着附加用水量的增加,再影响。
图再生骨料混凝土抗折强度的响应面分析
从图可以看出,再生骨料混凝土的配合比参数,包括再表为响应面分析模型的方差分析情况,在方差分析中,
生骨料取代率、附加用水量和水泥用量对再生骨料混凝土抗当达到%的显著性水平,即p值<.时,说明模型采用的二
折强度的影响规律与对抗压强度的影响规律相近,即随着在次方程式分析具有显著性,即模型在%置信水平具有显著
再生骨料取代率的增大,再生骨料混凝土的抗折强度先略有性。再生骨料混凝土的坍落度、抗压强度、抗折强度的模型p
提高后迅速降低;随着附加用水量的增加,再生骨料混凝土值均小于.,这表明模型提供了优异和准确的响应。
的抗折强度呈先提高后逐渐降低的趋势,增大和降低的幅表模型的方差分析
度相近;随着水泥用量的增加,再生骨料混凝土的抗折强度来源模型p值失拟p值校正值R预测值R
缓慢提高。出现这种现象的原因与导致再生骨料混凝土抗坍落度...-.
压强度变化的原因相似,也说明了再生骨料混凝土与普通混抗压强度....
凝土一样,其抗折和抗压强度具有一定相关性,呈现一定的比抗折强度...-.
例关系。响应面模型也可以通过正态性图进行验证,这是一种用
.模型确认于评估数据准确性的图形化方法,如图所示。
··新型建筑材料.
何亮,等:响应面法优化再生骨料混凝土配合比参数研究
图残差的正态性图
由图可以明显看出,图中都有接近直线的点,从而证明随着在再生骨料取代率的增大,抗压和抗折强度先略有提高
了数据集是正态分布的,并且所有拟合/预测值的随机程度都后迅速降低;随着附加用水量的增加,抗压和抗折强度先提高
是相同的。这证明了模型的正确性,因为残差(实测数据与模后逐渐降低,提高和降低的幅度相近;随着水泥用量的增加,
型预测拟合值之间的差值)随机分布在附近。整个正态性图抗压和抗折强度缓慢提高。
也显示,一些响应与预测值不同。但是,只要这些都在控制范
参考文献:
围内,仍然是可以接受的。
[]陈宗平,徐金俊,郑华海,
力应变本构关系建筑材料学报,,():
结论[J].-.
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为研究再生骨料混凝土配合比设计参数,采用响应面试响[J].建筑材料学报,,():-.
验设计法开展了水泥用量、再生粗骨料取代率和附加用水量[]陈建国,李若愚,佘晓彬,
个自变量对混凝土坍落度、抗压强度和抗折强度影响的研植生试验及应用研究[J].新型建筑材料,,():-.
究,得到如下结论:[]
()采用响应面法中的Box-behnken试验设计方法开展究[J].新型建筑材料,,():-.
了再生骨料混凝土配合比参数研究,模型提供了优异和准确[]杭美艳,彭雅娟,
的响应,建立的模型能够准确预测试验结果,可为再生骨料混的影响[J].混凝土与水泥制品,():-.
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()再生骨料混凝土的坍落度随着再生骨料取代率的增泥制品,():-.
大,先略有增大,后持续减小;随着水泥用量的增加,坍落度略[]-thawdamageinconcrete
有增大,但是增幅较小;随着附加用水量的增加,坍落度明显structuresbasedonresponsesurfacemethod[J].Constructionand
增大。BuildingMaterials,,:-.
()再生骨料混凝土的抗压和抗折强度变化规律相近,均■
■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■
(上接第页)的发展。
()高粘抗滑沥青防水涂料动力黏度越大,单次施工厚度
越大,施工效率越高;干固质量损失率越大,达到相同厚度的参考文献:
湿料涂刷量和涂刷厚度越大,施工效率越低。[][J].中国建筑防水,
()通过对理论最快施工时间的计算可知,动力黏度是影():-.
响高粘抗滑沥青防水涂料的最主要的因素。[]杨平文,[J].公路交通科
(),市场上主流的高粘技(应用技术版),():-.
抗滑沥青防水涂料均需要涂刷~遍,而施工现场仅施工~[]徐鸥明,
遍,产品的性能与市场上的施工****惯之间仍存在较大的差[J].中外公路.():-.
异,需要从产品和施工和管理的角度,共同推进地下防水工程■
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