管桩余浆品质与混凝土砖性能的灰色关联研究.pdf

2 0 1 1 年第 4期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCT S 2 01 1 N0 4 Ap r i l 管桩余浆品质与混凝土砖性能的灰色关联研究 蔡可键 ， 冯 蕾 ， 戴海军 ( 1 宁波工程学院建工学院 ， 3 1 5 0 1 6 ； 2 宁波市发展新型墙体材料管理中心 ， 3 1 5 0 0 0 ) 摘 要 ： 通过试验 和数 学灰 色关联 分析 ， 探 讨 了工厂生产条件 下余浆 品质对 混凝土砖 强度和收 缩等方 面的影 响。结果表 明 ， 对砖 强度 影响最大的是余浆的密度和 固含量 ， 其次是水化程度 。余浆水化程度与砖 的干燥收 缩率有 关 ， 通过控制余 浆密度 可保证混凝土质量 ； 对于干燥收缩的控制 ， 可从余 浆预处理和改进工 艺方面着手。 关键词 ： 余浆品质 ； 混凝 土砖 ； 灰 色关联 分析 ； 干燥收缩 ； 吸水率 Ab s t r a c t ：T h r o u g h t h e t e s t s a n d ma t h e ma t i c s g r e y r e l a t i o n a l a n a l y t i c a l me t h o d ，t h e e f f e c t s o f s l u r r y q u a l i t y u n d e r f a c t o r y p r o d u c t i o n c o n d i t i o n o n s t r e n g t h a n d s h ri n k a g e o f c o n c r e t e b ri c k s a r e d i s c u s s e d r h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e d e n s i t y a n d s o l i d c o n t e n t o f s l u r r y a r e t h e mo s t e f f e c t i v e f a c t o r s t o t h e s t r e n g t h o f b ric k s ，a n d t h e h y d r a t i o n d e g r e e i s t h e s e c o n d a r y f a c t o r T h e h y d r a t i o n d e g r e e o f s l u r r y i s c o r r e l a t e d w i t h t h e d ryi n g s h rin k a g e r a t i o o f b ri c k s a n d c o n t r o l l i n g t h e s l u r r y d en s i t y c a n e ns ur e t h e c o n c r e t e q u al i t y To c o nt r o l t h e dr yi n g s h r i nk a g e，t h e me as u r e s o f s l ur r y pr e t r e a t me nt a n d i mpr o vi n g t h e pr o ce s s ca n b e ma d e Ke y wor ds ：S l ur r y q u a l i t y ；Co n c r e t e br i c k s ；Gr e y r e l a t i o na l a n a l y t i c a l me t h o d；Dryi n g s hr i nk a g e ；W a t e r a b s o r p t i o n r a t e 中 图分 类 号 ： TU5 2 8 文 献 标 识码 ： A 文 章 编 号 ： 1 0 0 0 46 3 7( 20 1 1) 0 4 3 5 一O 3 0前言 我 国城市建设正处于高速发展时期 在大量的 民用 和 工 业 建 筑 中预 应 力 混 凝 土 管 桩 以其 施 工 速 度 快 、 预 制 成 型 质 量 好 、 造 价 相 对 较 低 而 被 大 量 采 用 ， 生 产 量逐 年增 加 。但 预应 力 管 桩 在 离 心 成 型过 程中 ， 会产生大量废弃液管桩余浆。余 浆中含 有水 泥 和减 水 剂 等碱 性 物 质 随 意 排放 会 对 水 土 造 成严重污染 。对于余浆的处理有硬化后作为垃圾掩 埋 、 处理后循环利用 于管 桩 、 作为混凝 土砌块的骨 料 或用 作路 基 的填料 等 方式 。其 中将 余浆 作 为胶 凝 材 料 用 于 混 凝 土 砖 制 备 是 一 种 既 经 济 又 节 能 的 方 法 ， 因此 ， 得 到 了较好 的推 广 。 管 桩 生产 中采用 不 同品 种 的水 泥 、外 加 剂 、 配 合 比， 离 心成 型时不同的离心力和规格 等 ， 都会影 响余浆的品质 使不 同批次 的性能之间存在差异进 而影响到混凝土砖 的质量。 目前 ， 较 多的研究都集 中在余浆 的预处理和制备技术方面 3 1 ， 而余浆品质 对混凝土砖的性 能。 尤其是收缩性能 的影响研究很 少 ，而收 缩开 裂 往 往是 混 凝 土砖 的 主要 问题 之一 。 另一方面 ， 工厂生产 的混凝 土砖质量除与管桩余浆 有 关 外 ， 还 与 人 员 操 作 、 其 他 原 材 料 、 养 护 条 件 、 生 产过程控制等因素相关 ， 使实际生产 中余浆品质与 混 凝 土性 能 难 以线 性 相关 并 不 易 分 析 。 为此 ， 本文 通 过 试 验 并 运 用 灰 色关 联 这 一模 糊 数 学 模 型研 究 余浆对混凝土性能的影响 ，找 出主要影 响参数 ， 以 期更好地指导混凝土砖制备工艺 ， 提高产品质量。 1 试 验 1 1 原 材 料 ( 1 ) 管桩余浆 ： 宁波某厂 P H C桩排出的废浆。 ( 2 ) 混凝 土砖 ： 某厂利用余浆制备 的混凝土砖 ， 规 格 为 2 4 0 mm 1 1 5 m mx 9 0 mm， 2排 矩 形 孔 ，孔 洞 率 3 0 。 ( 3 ) 粉煤灰 ： 技术指标见表 l 。 ( 4 ) 人 工砂 ： 技术 指 标见 表 2 。 表 1 粉 煤 灰 技术 指 标 细度模数 含泥量 泥块含 量 表观密度 堆积密度 ， ( k g m ) ( k g m ) 2 9 6 9 5 0 0 263 0 1 3 9 0 ( 5 ) 配合 比 ： 余 浆 1 3 、 粉煤 灰 1 5 、 人 工砂 8 5 5 。 1 2 试 验方 法 1 2 1 余浆物理性能试验 ( 1 ) 余浆固含量 ： 烘干法测定 。 ( 2 ) 余浆密度 ： 量筒法测定。 ( 3 ) 余浆流动度 ： 按 GB 8 0 7 7 2 0 0 0 ( 混凝土# l , J l 剂 匀质 性测 试方 法 进行 。 一 35 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 4 期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 0 期 ( 4 ) 余浆中 C a ( 0 H) ： 含量 ： 通过测定余浆 中的 C a ( O H) ： 含量来 比较不 同批次余浆的水化程度。取 到废浆后立刻用酒精反复洗涤以中止水化 经烘干 并过 8 O m 的方孑 L 筛得到干燥粉末 ，再按 G B 1 7 6 1 9 9 6 ( 水泥化学分析方法 中的甘油酒精法进行。 ( 5 ) 余浆有效成分测定 ： 余浆 中的水 泥和矿粉 具有胶凝活性 。取到余浆后马上用无水 乙醇浸泡并 反复洗涤以终止水化 。然后烘干成粉末进行分析 。 管桩生产用砂不得通过 0 0 8 mm方孔筛 ， 因此 ， 余浆 粉末 0 0 8 mm方孔筛筛下即为有效成分含量。 1 2 2 混 凝土砖 性 能测试 方法 根据 J C 9 4 3 2 0 0 4 ( 混凝土多孔砖 标准 ， 混凝 土 砖的强度 、干燥收缩率 ，相对含水率等均按 G B T 4 1 1 1 规定进行 。 其 中干燥收缩率试验的测定标距为 1 5 0 mm。 1 3 灰色关联分析 灰色关联分析可以定量地 比较 系统之 间或 系 统中各 因素之间相对变化的情况 即根据序列曲线 几何形状 ， 来衡量它们之间关联性大小 。如果两组 比较序列的变化态势基本一致或相似 。 其 同步变化 程度较高， 即可以认为两者关联程度较大 ； 反之 ， 两 者关 联程 度较 小 。基 于此 ， 可 以用来 判 定 系统 的 众 多 因素 中 ， 哪些 是 主要 因素 ， 哪些 是 次要 因素 ； 哪些 因素对系统发展起推动作用需强化发展 ， 哪些因素 对系统发展起阻碍作用需加以抑制 。 系统 中， 设 置 为系统 因素 ， 其在序号 k上的观 测 数 据为 施( ) ， ： l ， 2 ， ， 1 1 ， 则称 X 产 k( 1 ) ， ( 2 ) ， ， X i ( n ) 1 为 因素 X 的行 为 序列 。进行 分 析 时 ， 首先 要 选 准 系统 行 为 特 征 X 。 ( k ) ( 称 母 序 列 ) ， 其 次 要 明确系统主行为的有效 因素 X ( k ) ( 称子序列 ) 。 关联度是度量系统之间或因素之 间随时间变化的 关联性大小的尺度。灰色关联度 ( 。 ， 置) 简记为 ，k点关联系数 y 。 ( ) ， 置( ) ， 简记为 ( ) 。计 算灰色关联度一般有 以下 6个步骤 ： ( 1 ) 数据原始处理 ， 计算各序列的均值项得 ： = ( Jf ) ， ( 2 ) ， ( n ) ( 2 ) 计算每个时刻点上母序列与各子序列差的 绝对值 即： ( k ) = I 。 ( k ) ( k ) l ( 3 ) 表 中取差值绝对值 中最大值与最小值 ， 记 为 ： M= ma x m a x A ( k ) m = mi n m i n ( k ) i i k ( 4 ) 在各时刻点上母序列 X 。 与 置 的关联系数 ， 计算公式为： 一 36一 L o i ( ) = ( 0 ， 1 ) 其 中， 考称为分辨系数， 一般取 专 = 0 5 。 ( 5 ) 求关联度 ， 即计算关联系数的平均值 ： = i - ( ) k =l， 2， ， n = 1， 2， ， m ( 6 ) 排关联 序 为评价各子序列对母序列的关联程度 ， 将关联 度按大小顺序排成-Y U ， 成关联序。此外 ， 若母序列 与原始序列在 毫 = 0 5时的关联度0 6时， 则认为 和 置 满意 关联 。 2结 果分析 和讨 论 2 1 余 浆和 混凝 土砖性 能试 验结果 余浆 的物理性能和相对应 制备混凝 土砖 的性 能见 表 3和表 4 。 2 2 余浆性能对混凝土砖强度的影响 表 3 管桩余浆物理性 能和成分 表 4 混凝土砖的物理力学性能 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 蔡可键 ， 冯蕾 ， 戴海军 管桩余浆品质与混凝土砖性能的灰色关联研究 由表 3和表 4数据可知 ， 利用灰色关联方法分 析余浆性能对混凝土砖抗压强度 的影 响。其 中用 x X 分别表示余浆的密度 、固含量 、有效成分 、 4 5 m筛余 和 C a ( O H) ： 含量等指标 。x 。 和 X 分别 代表 混凝 土砖 的 1 4 d和 2 8 d平 均抗 压强 度 。两组 序 列的关联度计算结果见表 5 。 表 5 余浆性能与混凝土砖抗压强度关联 度计 算结果 x0 1 o 80 0 78 o 6 9 o 6 8 o73 3 68 x0 2 o 7 4 0 7 3 o 6 3 0 6 6 0 68 3 4 7 X 1 5 4 1 5 1 1 3 2 1 3 4 1 4 1 一 由表 5可知 ， 余浆品质的 5个指标都 与混凝土 砖强度具有相关性 ， 关联度值均大于 0 6 。其 中余浆 密度与砖 1 4 d和 2 8 d强度的关联度值最大 其次为 固含 量 。从 加 和 结果 来 看 ， 关 联 度 排序 为 ： 密 度 固 含量 C a ( O H) 含量4 5 1x m筛余 有效 含量 ， 即密 度 和 固含 量 是 影 响 混 凝 土砖 的 主要 因 素 ； C a ( O H) 含量包 含了余浆 中胶凝材料 的多少和水 化程度 等 信息 ， 同样对砖强度影 响较大 ； 而有效成 分虽然是 胶凝材料的含量 但在各综合因素作用下对砖强度 的影 响反而 不 明显 由表 5还可看 出， 余浆品质对混凝土砖 1 4 d强 度影 响 要 大 于 2 8 d 。随 着时 间 的增 长 ， 关联 性 减 弱 ， 即余浆品质对砖强度早期影响更大些 。 2 - 3 余浆对混凝土砖干燥收缩和吸水率 的影响 混 凝 土砖 的湿 涨 干 缩 性 能 是 砌 体 建 筑 易 裂 的 主要因素之一 。表 6列出了余浆各项指标与收缩率 和吸 水率 之 间的关 联度 值 。其 中用 X X 分别 代 表 余浆 的密度 、固含量 、有效成分 、 4 5 1 x m筛余 和 C a ( O H) 含量等指标 ， x 代表测定 的混凝土砖的干燥 收缩率 ， X 代表吸水率 。 表 6 余浆性能与混凝土砖干燥 收缩率 、 吸水率 的关联度 从结果来看 ， 余浆 中的 C a ( O H) 含量和有效成 分 ， 即余浆 中胶凝成分的水化程度和含量是影响砖 干燥 收缩 的主要 因素 其次是 固含量 密度 和颗粒 细度与收缩值不具备关联性 。 混凝土砖干缩开裂 的实质是 砖体 内毛 细孔水 分蒸发 引起 的毛细孔收 缩应力大于砖 的抗拉强度 所致 ， 与余浆 中水泥含量 水化程度 ， 粉煤灰和砂质 量 。配合 比和施工控制等多因素相关 。例如 1 l 一 1 3 组就增大了成型机 的成型压力 ， 将原来 的成型压力 1 2 1 3 MP a ， 提高为 I 5 MP a ， 使得混凝 土砖密实度提 高 ， 自由水 分减 少 ， 收缩 率减 小 。 砖 的吸水率与余的品质 问无 明显相关性 ， 几项 指标的关联度值都小于 0 6 。砖的吸水率与配合 比 中的水灰 比、 粉料级配 、 孔隙率和空 隙结构 的关系 较为紧密 。但砖实际的干燥收缩率与相对含水率是 呈线性相关 的i 6 3 相对 含水率 越大 ， 干燥收缩 率越 大 ， 因此要 同时 控 制砖 的 相 对含 水 率 和 理论 最 大 干 燥 收缩 率 ， 才 能减 少 干 缩 开 裂 。这 要 求 材料 配 比设 计要合理 ， 成型要密实 ， 要控制成品上墙含水率。 3结论 ( 1 ) 余浆 品质对混凝土砖 1 4 d和 2 8 d的抗压强 度具有 良好 的相关性 ， 影 响程度随龄期的增长而减 弱 ， 各项指标关联度排序为 ： 密度 固含量 C a ( O H) 含量4 5 1x m筛余 有效含量 ， 即密度和固含量是影 响强度的主要因素。 ( 2 ) 余浆性能中的有效成分 ， C a ( O H) 含量和固 含量 与混凝土 的干燥 收缩 有相关性 ：关联度排序 为 ： C a ( O H) 含量 有效成分 固含量 。 ( 3 ) 余浆品质与混凝土砖的吸水率无关联性。 根据以上结论 工厂生产条件下余浆的密度 与 强度 性 能 紧 密相 关 。 可 以将 密度 作 为 主 要评 价 指 标 之一。通过确定余浆密度的合理范围和控制其稳定 性来保证混凝土砖强度 ； 而余浆 中的 C a ( O H) 含量 与砖 的干燥 收缩值有所关联 ， 可通过添加缓凝剂或 加水均化等方式控制和延缓其水化程度 。 除此还需 从 改 进 施 工 工 艺 方 面 着 手 保 证 机 械 成 型 压 力 1 5 MP a ， 控制成 品上墙含水率等。 参考 文献 ： 1 马嵘， 蒋元海 管 桩混凝 土余 浆 循环 利用 的均化 研究 【 J 混凝土， 2 0 0 6 ( 1 1 ) ： 7 2 7 3 【 2 】 强卫 管桩余浆 性能及 在混凝土 中的应用 f J 】 广东建材， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 2l 一 2 3 【 3 】 袁静， 于献青 利 用管桩余 浆生产混凝 土砖相关 问题 的探 讨【 J 】 2 0 0 7 ( 1 1 ) ： 2 5 2 7 【 4 刘思峰 灰色系统理论 及其应用 开封： 河南 大学 出版社， 1 991： 49- 97 5 】 王学 萌， 张继忠， 王荣 ， 等 灰色 系统分析及实用 计算程序 武汉： 华 中科技大学 出版社+ 2 0 0 1 ： 8 - 1 6 6 】 陈伟， 郭昌生， 卢新帆 混 凝土砖干燥收缩率探讨 f J 1 新型 建筑材料 2 0 0 6 ( 1 0 ) ： 3 2 3 4 收稿 日期 ： 2 0 1 1 一 O 1 2 6 作者简 介 ： 蔡可键 ( 1 9 6 2 一 ) ， 男 ， 硕 士 、 副教授 。 通讯地址 ： 宁波翠柏路 8 9号 联 系 电话 ： [phone] E- mai l ： f e n g l e i 8 01 6 3c o m 一 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m