具氨氮吸附效能的沸石多孔混凝土配合比优化.pdf

2 0 1 2 年 第1 1期 (总 第2 7 7 期 ) Nu mbe r 1 1m 20 1 2( To t a l No 2 7 7) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 PRACTI qC AL TECHN0L0GY d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - -3 5 5 0 2 0 1 2 1 1 0 4 5 具氨氮吸附效能的沸石多孔混凝土配合比优化 岳衡 ，虢清伟 2 ，王劲松 ， ，龙焰 。 ，张政科 4 1刘超 ( 1 南华大学 城市建设学院， 河南 衡阳 4 2 1 0 0 1 ；2 环境保护部 华南环境科学研究所， 广东 广州 5 1 0 6 5 5 3 暨南大学 环境工程系， 广东 广州 5 1 0 6 3 2 ；4 湖南农业大学 环境工程系，湖南 长沙 4 1 0 1 2 8 ) 摘要： 为开发具氨氮吸附效能的沸石多孔混凝土功能材料 ， 采用正交试验、 综合表观验证分析等方法对其最优配合比进行研究。 结果 表 明： 各 因素对孔隙率的影 响大小顺序为骨料粒径 灰 骨 比水灰 比 减水剂掺量 ， 骨料 粒径对孔隙率的影响显著 ， 灰骨 比次之 ， 水灰 比 与减水剂掺量影响较小 ； 对 氨氮吸附量 的影 响顺序是灰骨 比 水灰 比 ) ， 骨料 粒径 减水剂掺 量 ， 灰骨 比对吸附量影 响显著 ， 水灰 比次 之 ， 粒径与减水剂掺量影响较小。 通过表观分析验证性试验结果得出最优骨料粒径是 2 O 一 3 0 m m， 水、 灰、 骨料的最优的配合比是 O 2 8 ： 1 ： 8 。 关键词 ： 沸石多孑 L 混凝土 ；正交试验 ；配合 比优化 ；吸附 中图分类号 ： T U5 2 8 0 6 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 1 1 一 O 1 3 9 0 3 Op t i mi z a t i on o f z e ol i t e por ou s con c r e t e pr opor t i on with ammoni a ni t r oge n ads or p t i on e f f i c i e nc y Y U EHe n g ， GU O Q i n g - we i ， WA NGJ i n 一 s o n g ， L O NG Y a h 3 Z HANGZ h e n g - k e ， L I UC h a o ( 1 Ci t y C o l l e g e ， Un i v e r s i t y o f S o u t h C h i n a ， He n g y a n g 4 1 2 0 0 1 ， C h i n a ； 2 S o u t h Ch i n a I n s ti t u t e o f E n v i r o n me n t a l S c i e n c e s ME P G u a n g z h o u 5 1 0 6 5 5 ， C h i n a ； 3 D e p a r t me n t o f E n v i r o n me n t a l E n g i n e e r i n g ， J i n a nUn i v e r s i ty， Gu a n g z h o u 5 1 0 6 3 2， C h i n a ； 4 De p a r t me n t o f E n v i r o n me n t a l E n g i n e e r i n g ， H u n a nAg r i c u l t u r a l Un i v e r s i ty， C h a n g s h a4 1 0 1 2 8 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： Ad o p t e d o r t h o g o na l t e s t a n a l y s i s ， t h e i n t ui t i v e c o mp r e h e n s i v e a n a l ys i s a n d o t h e r me t h o ds t o v e r i lf y z e o l i t e p o r o us c o n c r e t e o p t i ma l r a t i o， the pu r p o s e wa s t o d e v e l o p t he z e o l i t e p o r o u s c o n c r e t e p r o p o r t i o n wi th a mmo n i a n i t r o g e n a d s o r p t i o n e ffi c i e n c y T h e r e s u l t s s ho we d th a t t h e i n - flu e n c e f a c t o r s of t h e p o r o s i t y s i z e o r d e r wa s a g g r e g a t e s i z e c e me nt 一a g gre g a t e r a t i o wa t e r c e me n t r a t i o wa t e r r e d u c i n g a g e nt ， a g gr e g a t e s i z e p r o d u c e s s i g n i fic an t e ffe c t t o po r o s i t y， c e m e n t -a g gre g a t e r a t i o wa s the s e c o n d s m a l l e s t ， a n d wa t e r c e me n t r a t i o an d wa t e r r e d u c i n g a g e nt c o n t e n t wa s l e s s e ffe ct A t the s a me t i me ， the i n fl u e n c e f a c t o r s o f t h e a mmo n i a n i tr o g e n a d s o r p t i o n c a p a c i ty s i z e o r d e r wa s c e me n t - a g gre g a t e r a t i o wa t e r c e 一 m e n t r a t i o a g gr e g a t e s i z e wa t e r r e d u c i ng a g e n t ， c e me n t - a g g r e g a t e r a t i o p r o d uc e s s i gn i fic an t e ffe c t t o a ds o r p tio n c a p a c i tt y， wa t e r c e m e n t r a t i o h a d s o m e i mp a c t ， p a rti c l e s i z e an d wate r r e d u cing a g e n t c o nt e n t wa s l e s s e ffe c t I n a d d i t i o n， the i n t u i t i v e v e r i fic a t i o n t e s t a n a l y s i s r e s u l t s i n d i c a t e d that th eo p t im u m p a rti c l e s i z ewa s2 O3 0mm t h e o p t i m a l s c h e m e r a t i oo fwa t e r c e m e n t a n d a g gr e g a t ewa s 02 8 ： 1 ： 8 Ke y w or d s： z e o l i t e po r o u s c o n c r e t e； o rth o g o na l t e s t ； m a t c h i n g o p t i mi z a t i o n； a ds o r p t i o n 0 引言 1 材料与方法 多孔混凝土是由骨料、 胶结材料、 减水剂等按不同配合比混 合搅拌成型的多孑 L 型功能材料， 多孔混凝土具有多孔性 ， 故其透 水 、 透气性强。 不同配合比的骨料、 粒径、 胶结材料用量可形成大 小不同的孔隙， 可以满足不同用途的要求， 如消音、 吸收有害气 体 、 透水路面、 植被生长、 水质净化等_ l_ 。 因大量研究揭示沸石对 氨氮有很好的去除效果嗍， 若以沸石为骨料制成的多孔混凝土 应具有良好的水质净化功能， 在应用于河道滨水区护砌等情况 时， 对净化富营养化水体应有广阔的工程应用前景。 但由于沸石 多孔混凝土影响因素众多， 既要满足孔隙率的结构要求 ， 又要满 足其去除氨氮的净水功能， 单凭普通混凝土的配合比经验已难 实现。 这些技术欠缺在一定程度上阻碍了其工程应用。 本研 究采用 正交试验方 法验证分 析了骨料 粒径 、 水灰 比、 灰骨比、 减水剂掺量等主要因素对多孔混凝土孔径、 氨氮吸附 效能的影响， 从而探求具氨氮吸附效能的沸石多孔混凝土的最 优配合比， 并为其工程应用提供理论依据。 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 5 - 0 2 1 1 原材料 本试验采用 P O 4 2 5 级水泥； 骨料选用产 自中国浙江省缙 云县的天然斜发沸石， 该沸石的主要矿物是斜发沸石同时伴生 有丝光沸石、 片沸石等 。 试验骨料选择了 1 0 2 O m m、 2 0 3 0 mm、 3 0 4 0 mi l l 等 3种粒径。 KS J S聚羧酸减水剂( 四川柯帅外加剂 有限公司) ， 减水率 3 5 o ；左右 ， C I - F F o 0 5 ， 影响显著， 记为 “ ； l咕 pR10 有一定影响， 记为“ ( ) ” ； F o c F ， 影响较小。 过表 3的极差分析结果可见 9个试验的孔隙率都在 3 7 7 7 4 5 7 3 较佳的范围内， 吸附量在 3 4 1 6 5 4 7 1 mg k g范围内， 因 为胶结材料封堵了沸石表面的孔洞， 使每个试验的吸附量都不 是很大。 骨料粒径对孑 L 隙率的影响最大 ， 灰骨比次之， 水灰 比再 次之， 减水剂最小。 灰骨 比对氨氮吸附量的影响较大 ， 水灰比 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 次之， 骨料粒径再次之 ， 减水剂 的掺量最小。 极差分析还可 以 得出对孔隙率的最优的方案 A C B 2 D ， ， 对吸附量的最优方案是 C D， 。 由方差分析得出， 骨料粒径对孔隙率的影响最为显著 ， 对氨氮吸附量而言则为灰骨比。 2 4 最优方案的表观分析 通过极差分析可知， 对孔隙率而言最优的组合为 A ， C ， B 2 1 ) 。 ， 对吸附量而言是 c 3 B A。 D。 。 因骨料粒径对孑 L 隙率影响较大， 而 对吸附量的影响却相对较小 ， 在保证孔隙率和吸附量的前提下 骨料粒径( 3 0 - 4 0 mm) 过大则失去稳定性， 若制成植生混凝土耐 淘洗能力降低 ， 抗压强度降低； 1 0 2 0 m l n的骨料粒径虽然抗压 强度提高了， 但是孔径过小， 不利于灌注土壤等适生材料， 植物 根系生长空间也是有限的。 对本文今后研究的方向是植生型混 凝土所以粒径应该选在 2 0 3 0 mm为宜。 对于灰骨比而言 ， 取两 个最优方案 C因素对应水平的平均值应是 C ( 1 ： 8 ) 。 对于水灰 比而言， 也取其平均值 0 2 8 ： 1 。 对于减水剂掺量都是 D ( 1 2 ) 最优， 所以综合考虑各方面因素确定水、 灰 、 骨料比的最优方案 为 0 2 8 ： 1 ： 8 。 2 5 验 证性 试验 选择粒径为2 0 3 0 mi l l 的沸石， 按水、 水泥、 骨料质量比0 2 8 ： 1 ：8 的比例制作多孔混凝土试件； 同时按优选方案A， C B 2 D 和C A， D 分别制作沸石多孔混凝土。 所有试件均按普通混凝土的方法养 护 7 d 后 ， 分别测孔隙率及氨氮吸附量， 结果见表 6 。 表 6 最优方案验证试验结果 从表 6看出， 3种配合比方案比较， 水、 灰、 骨料比为0 2 8 ： 1 ： 8 方案的孔隙率和吸附量分别为 4 2 4 1 、 4 7 5 4 mg k g ， 指标效果 居中。 但综合考虑表观状态 ， 其施工操作性能最好， 因此确定其 为最优的配合比， 这也为植生型沸石混凝土的配合 比研究提供 方法借鉴。 附量的影响， 得出以下结论： ( 1 ) 4种因素对孔隙率的影响大小顺序为： 骨料粒径 灰骨 比水灰比减水剂掺量；即骨料粒径对孔隙率影响显著， 灰 骨比次之 ， 其他较小。 ( 2 ) 对氨氮吸附量的影响大小排列为： 灰骨比 水灰比 粒径 减水剂掺量； 灰骨比对吸附量影响显著， 水灰比次之， 粒 径与减水剂掺量影响都较小。 ( 3 ) 通过表观分析验证性试验结果得出最优粒径是 2 0 3 0 n ； 水、 灰、 骨料的最优配合比为 0 2 8 ： 1 ： 8 。 参考文献 ： 1 奚新国， 许仲梓 ， 陈建华 生态环境友好型混凝土的研究现状与展 望 混凝土 ， 2 0 0 2 ( 8 ) ： 6 - 8 2 I2 温东辉 ， 等天然斜发沸石对溶液中 N H ； 的物化作用机理 M 】 中国环 境科学， 2 0 0 3 ， 2 3 ( 5 ) ： 5 0 9 5 1 4 【 3 MC V E I G H R J ， WE AT HE R L E Y L R E f f e c t o f O t h e r C a t i o n s i n Wa s t e w - a t e r s o n t h e I o n - e x c h a n g e R e mo v a l o f A mmo n i u m I o n J D e v C h e m E n g Mi n P r o c e s s ， 1 9 9 9， 7 ( 1 2 ) ： 6 9 8 4 4 】 温东辉 ， 张曦， 等天然沸石对铵吸附能力的生物再生试验研究【 J j _北 京大学学报： 自然科学版 ， 2 0 0 3 ， 3 9 ( 4 ) ： 4 9 5 【 5 陈志山 大孔混凝土的透水性及其测定方法l J 】 混凝土与水泥制品， 2 0 0 1 ( 1 ) ： 1 9 2 0 1 6 J6 北京大学数学力学系数学专业概率统计组 正交设计【 M 京： 人民 教育出版社， 1 9 7 6 7 陈世民， 庄建坤， 等 聚羧酸系K s J s 高性能减水剂的主要性能特点 与工程应用【J J 施 工技术， 2 0 0 5 ( 3 4 ) ： 1 0 5 1 0 6 8 李学军， 王明祥 无砂多孔混凝土试验研究 J 西北水资源与水工程， 1 9 9 7 ， 8 ( 4 ) ： 2 8 3 1 9 董建伟， 肖新民随机多孔型绿化混凝土主要生长环境与构造特性 J 吉林水利， 2 0 0 3 ( 8 ) ： 1 - 4 1 O 】 朱航征 多孔混凝土( P O C ) 的特性与生态环保技术 J 建筑技术开 发 。 2 0 0 2， 2 9 ( 2 ) ： 6 7 6 9 作者简介 3 结论 联系 地址 ： 本研究通过正交试验设计 ， 方差与极差分析粒径、 水灰比、 灰骨比、 减水剂掺量 4种因素对沸石多孔混凝土的孔隙率和吸 联系电话 上接第 1 3 8页 消耗了不少减水剂， 用胶凝材料计算减水剂用量的传统计算方法难 以适用这种新变化。 本文探讨了用原材料总粉量计算混凝土减 水剂用量方法， 旨在抛砖引玉， 以求计算方法更科学。 ( 2 ) 混凝土所用非胶凝材料( 主要是石子和砂子) 中的粉料 ( 为了方便粉料采集和试验， 本研究中粉料指进行砂石筛分后残 留在筛底 、 颗粒小于 1 6 0 x m的粉料 ) 对减水剂同样有吸附作 用 ， 只是吸附量不如水泥大而已， 其吸附量可用水泥作基准计 算出吸附比率。 ( 3 ) 用原材料总粉量计算混凝土减水剂用量方法避免了传 统计算方法的缺点， 更能体现各强度等级混凝土对减水剂的确 切需求。 ( 4 ) 减水剂通用掺量是在综合了混凝土所用原材料特性 、 配合比对减水剂的影响的基础上得出的数据， 所以比减水剂生 产厂家推荐的掺量更具针对性和实用性。 ( 5 ) 用原材料总粉量计算的混凝土减水剂用量作为一个理 岳衡( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 硕士研究生 ， 研究方向： 水处理理论与 技术 。 厂东省惠州市博罗县罗阳镇沿江路 东江水环境研究中心 ( 5 1 6 1 0 0 ) 1 3 9 0 2 6 6 2 6 7 0 论用量， 也会随着原材料的变动而变动 ， 所以在生产中也要根 据原材料变动进行调整。 参考文献 ： 1 阎培渝现代混凝土特点 昆 凝土， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 3 - 5 2 2 谢小元， 刑丽君， 蒋中强 高石粉含量机制砂对预拌混凝土性能的影 响l J 混凝土， 2 0 1 1 ( 1 2 ) ： 1 0 1 1 1 8 3 杨永民， 林永权， 林东， 等 减水剂饱和点与水泥浆体流动性及硬化 性能关系的研究fJ 1 _ 混凝土， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 4 2 4 5 作者简介 联系地址 联系电话 柳建业( 1 9 6 8 一 ) ， 男， 助工， 从事混凝土原材料检测、 混凝土 配合比试验、 混凝土检测。 广西壮族自治区南宁市兴宁区昆仑大道( 金桥客运站旁) ( 5 3 0 0 2 3 ) 1 3 7 8 8l 1 5 6 4 8 1 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m