均匀试验法在环氧树脂混凝土配合比设计中的应用研究.doc

均匀试验法在环氧树脂混凝土配合比设计中的应用研究By admin 四月 21st, 2010 305 views 翻译 周梅，刘海卿，金大伟(辽宁工程技术大学土木建筑工程学院，辽宁阜新123000)与普通水泥混凝土相比，树脂混凝土是一种具有极好耐久性和良好力学性能的多功能材料。其抗拉、抗压、抗弯强度均高于普通水泥混凝土，抗冲耐磨性能、抗冻性、抗渗性、耐水性、耐化学腐蚀性能良好，适用于比较恶劣的环境，有广阔的应用前景。树脂混凝土研究历史只有50年，开展大规模研究并逐步应用于实践也不过20年。我国在该领域的研究还处于起步阶段，理论尚不成熟，设计及施工经验函待积累。本文将均匀设计和最优化技术应用于环氧树脂混凝土配合比设计中，运用SPSS软件中的回归分析方法和MATLIB技术实现多组分树脂混凝土的配合比设计、优化和预测，用优化得到的配合比指导试验取得了理想的结果，为树脂混凝土的配合比设计探索出一种新的方法。1原材料的选择及骨料级配原理1.1环氧胶粘剂固化剂:JCT一6型粘碳纤维胶，属改性胺类。增韧剂:沈阳新西试剂厂生产的邻苯二甲酸二丁酷。填料:根据就近取材、因地制宜的原则，选用阜新发电厂1级粉煤灰，其烧失量为0.52%，细度为0.045mm方孔筛筛余为H.8%，化学成分见表1。1.2骨料碎石:选用阜新大巴沟碎石，相对密度2.68，劈裂抗拉强度6.63MPa，自然状态下抗压强度92.2MPa，吸水饱和状态下抗压强度90.8MPa，凝聚力16.4MPa，内摩擦角33。;软化系数0.985。骨料级配的原则为:在最大密度曲线理论的指导下，通过多组样本的实测结果，建立适合树脂混凝土骨料选择的n幂公式:式中p-骨料各级颗粒粒径的通过率，%;d-骨料各级颗粒粒径，mm;D-最大粒径，mm。按公式(1)将骨料总量分配到各级粒径中，求出各种不同粒径的骨料用量(本试验配比用量见表2)。2配合比设计3试验数据处理3.1回归分析3.1.1目标函数的选择如前所述，由于本试验是多水平多因素试验，不能用一般的方差分析，而需要用回归分析方法，借助于计算机编程或现成的回归分析软件确定定量关系式，从而找出最优条件和配方。对表3中的实测数据进行4次多项式回归分析，其数学模型见式(2):回归方程的检验采用复相关系数准则(R2)，即选取R2接近于1的方程为最优方程，并考察相应于回归方程的残差散点图来进行检查，当散点图分布无明显趋势性时，即认为该方程所容变量较为合理可信。3.1.2回归方程的确定因篇幅所限，对抗压、劈拉强度回归方程中的回归系数和方差分析等的解释本文中略去(读者若需要可联系获取)。3.2目标函数优化在环氧树脂混凝土中，由于以环氧树脂胶粘剂代替水泥作胶结材料，其折压比较普通混凝土有极大的改善。从表3中的预测值所列数据计算得出的折压比达1/2-1/3，这是其它混凝土无法比拟的。本文最优化的目标也设定为最大抗压强度和最大抗折强度。将上面获得的回归方程进行取最大化变换，变换后的目标函数见式(5):目标函数:Z=(y)(5) 所有函数最优化处理均采用MATLAB软件进行。结果显示，以抗压和抗折强度为最优化对象，其最优工艺条件也相同，实验结果见表4。4最优配比验证与讨论4.1最优配合比验证表3列举了利用回归方程求得的预测值，从中可以看到，实测值和预测值相差很小，说明回归方程精度很高。最后我们用表4最优配合比条件中提供的最优数据做了一组验证性试验，试验结果7d抗压强度为90.7MPa，7d抗折强度为29.8MPa，进一步验证了对回归方程进行优化处理，所得的最佳配合比是可信可靠的。4.2结果讨论(1)从试验结果可以看到，环氧树脂混凝土的抗压强度、抗折强度达到最优时的配合比条件相同，这说明树脂混凝土的这2项指标在一定范围内是同步的，这对实际应用非常有利。(2)在回归方程中没有:4项，即填料(粉煤灰)项，这说明填料(粉煤灰)的用量只要在合理范围内选取，可以取最大值，这可大大减少树脂和固化剂的用量，降低树脂混凝土的造价。但值得一提的是，这只针对填料是粉煤灰而言，其它品种的填料或许是最重要的影响因素。(3)环氧胶粘剂是树脂混凝土中的胶凝材料，是树脂混凝土强度的主要影响因素。本文最优化结果显示，环氧胶粘剂最佳配比为:m(环氧树脂):m(固化剂):m(增塑剂)=8:3:1。(4)砂率在最优化结果中取下限35%，这一特征与普通混凝土相似。选择骨料的基本原则是在空隙率小的前提下，骨料尽可能粗。骨料级配若合理，砂率越小，说明粗骨料越多，其比表面积越小，包