用正交試驗法 確定復合水泥配方(2)

表5 試驗結果分析
試驗號 列號 28d抗壓強度
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 各因素對復合水泥后期抗壓強度的影響
由圖1(A)知，石灰石摻量增加，后期抗壓強度直線下降，說明石灰石對復合水泥后期抗壓強度不利；沸石摻量由7%增加到14%，其28 d抗壓強度變化不大，當摻量大于14%時，則28 d強度下降較大；經處理后的外加劑Ⅰ(C)摻量增加，28 d抗壓強度亦增加，但增幅不大(見a1線)；未經處理的外加劑摻量增加，抗壓強度下降(見a2線)，外加劑Ⅱ摻量增加，28 d抗壓強度直線下降。說明外加劑Ⅱ對復合水泥后期抗壓強度不利。
3.2 復合水泥抗壓強度的計算
設全部試驗次數(shù)為n，第i次試驗數(shù)據為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水平下抗壓強度的平均值，βij表示第j列因子i水平下的效應，則有：
βij=mij-Y (2)
由此計算的水平效應見表6。
表6 復合水泥抗壓強度的水平效應
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(2)式和表6數(shù)據可計算出最佳配比和任意配比下理論抗壓強度。如上述的最佳強度：
RA1B2C2D1 =Y+β11+β22+β32+β41 =51.2+4.6+1.9+0.6+2.2=60.5
由此可見，當用混合材生產復合水泥時，在混合材摻量適當，并加入少量外加劑后，可以生產優(yōu)質復合水泥，其28 d抗壓強度接近用純熟料生產的硅酸鹽水泥。為此，在最佳配方下進行了試驗，測得實際抗壓強度為59.6 MPa，其誤差只有1.5%，為了驗證，取
L3-1(A1B1C1D1)和L3-6(A2B3C1D2)進行校核：
RL3-1(A1B1C1D1)=51.2+4.6+1.8+0.3+2.2=60.1，與實際60.2接近。
RL3-6(A2B3C1D2)=51.2+0.4-3.8+0.3-0.4=48.7，與實際46.5接近。
可見，用上述方法完全可以計算任何摻量混合材和外加劑下復合水泥的抗壓強度。
2.3 XRD、SEM分析
為了解在正交設計情況下得出最佳配比(石灰石5%，沸石14%、外加劑Ⅰ2*%)的復合水泥的水化情況，將其與純熟料(#0樣)水泥水化3 d和28 d的水化產物進行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，而復合水泥x佳較細小，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，導致復合水泥3d強度不及硅配鹽水泥。水化28 d時，硅酸鹽水泥(xo)存在較大的板狀Ca(OH)2，而復合水泥中的凝膠與沸石、Ca(OH)2、AFt等較好地粘結起來，從而使復合水泥有較高的抗壓強度和較好的密實性。其耐久性也得到改善。 
4 結論
(1)利用正交設計對復合水泥的配方進行優(yōu)化。計算出來的最佳配比復合水泥28 d抗壓強度與實測結果基本一致，誤差僅1.5%，可以利用此方法依次計算不同標號的混合材量，也可依不同混合材配比計算出28 d抗壓強度。
(2)從正交設計計算出的最佳配比復合水泥3 d水化產物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強度不及硅酸鹽水泥相吻合，而28 d產物小且多而緊密，其后期強度與硅酸鹽水泥接近，而且耐久性能也接近于硅酸鹽水泥。