用正交试验法 确定复合水泥配方(2)

表5 试验结果分析
试验号 列号 28d抗压强度
石灰石(A) 沸石(B) 外加剂Ⅰ(C) 外加剂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。
图1 各因素对复合水泥后期抗压强度的影响
由图1(A)知，石灰石掺量增加，后期抗压强度直线下降，说明石灰石对复合水泥后期抗压强度不利；沸石掺量由7%增加到14%，其28 d抗压强度变化不大，当掺量大于14%时，则28 d强度下降较大；经处理后的外加剂Ⅰ(C)掺量增加，28 d抗压强度亦增加，但增幅不大(见a1线)；未经处理的外加剂掺量增加，抗压强度下降(见a2线)，外加剂Ⅱ掺量增加，28 d抗压强度直线下降。说明外加剂Ⅱ对复合水泥后期抗压强度不利。
3.2 复合水泥抗压强度的计算
设全部试验次数为n，第i次试验数据为Yi，T= Σn Yi，则总平均值为：
i=1

Y= 1 /n ΣYi= T/n (1)

如采用mij表示第j列因子第i水平下抗压强度的平均值，βij表示第j列因子i水平下的效应，则有：
βij=mij-Y (2)
由此计算的水平效应见表6。
表6 复合水泥抗压强度的水平效应
水平 石灰石(A) 沸石(B) 外加剂Ⅰ(C) 外加剂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
根据(2)式和表6数据可计算出最佳配比和任意配比下理论抗压强度。如上述的最佳强度：
RA1B2C2D1 =Y+β11+β22+β32+β41 =51.2+4.6+1.9+0.6+2.2=60.5
由此可见，当用混合材生产复合水泥时，在混合材掺量适当，并加入少量外加剂后，可以生产优质复合水泥，其28 d抗压强度接近用纯熟料生产的硅酸盐水泥。为此，在最佳配方下进行了试验，测得实际抗压强度为59.6 MPa，其误差只有1.5%，为了验证，取
L3-1(A1B1C1D1)和L3-6(A2B3C1D2)进行校核：
RL3-1(A1B1C1D1)=51.2+4.6+1.8+0.3+2.2=60.1，与实际60.2接近。
RL3-6(A2B3C1D2)=51.2+0.4-3.8+0.3-0.4=48.7，与实际46.5接近。
可见，用上述方法完全可以计算任何掺量混合材和外加剂下复合水泥的抗压强度。
2.3 XRD、SEM分析
为了解在正交设计情况下得出最佳配比(石灰石5%，沸石14%、外加剂Ⅰ2*%)的复合水泥的水化情况，将其与纯熟料(#0样)水泥水化3 d和28 d的水化产物进行SEM分析(见图2)。
图2 xo和x佳试样水化3d和28d后的SEM照片
 结果表明：水化3d时，硅酸盐水泥(xo)存在较多较大的板状Ca(OH)2，而复合水泥(x佳)中虽然也存在Ca(OH)2，但其数量少，尺寸也相对小；C-S-H凝胶也有所不同，硅酸盐水泥(x0)较大，而复合水泥x佳较细小，数量似乎也不及硅酸盐水泥的多；钙矾石也不完全相同，硅酸盐水泥(xo)较大，而复合水泥数量较多，尺寸较小，之间的连接也不及硅酸盐水泥的紧，导致复合水泥3d强度不及硅配盐水泥。水化28 d时，硅酸盐水泥(xo)存在较大的板状Ca(OH)2，而复合水泥中的凝胶与沸石、Ca(OH)2、AFt等较好地粘结起来，从而使复合水泥有较高的抗压强度和较好的密实性。其耐久性也得到改善。 
4 结论
(1)利用正交设计对复合水泥的配方进行优化。计算出来的最佳配比复合水泥28 d抗压强度与实测结果基本一致，误差仅1.5%，可以利用此方法依次计算不同标号的混合材量，也可依不同混合材配比计算出28 d抗压强度。
(2)从正交设计计算出的最佳配比复合水泥3 d水化产物SEM照片可以看出：Ca(OH)2、C-S-H凝胶和AFt不同于硅酸盐水泥，这与其3 d强度不及硅酸盐水泥相吻合，而28 d产物小且多而紧密，其后期强度与硅酸盐水泥接近，而且耐久性能也接近于硅酸盐水泥。