毕业设计（论文）水泥轻舟设计与制作细石混凝土的设计、制作

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1、 2012届毕业设计（论文） 毕业设计报告（论文）(2012届) 题 目： 水泥轻舟设计与制作 细石混凝土的设计、制作 所 属 系： 材料工程技术系 班 级： 材料0911 学 生 姓 名： 学 号： 同 组 成 员： 指 导 教 师： 22摘要水泥轻舟是薄板结构的细石混凝土制作而成的，要求混凝土要有足够的抗压、抗折强度。现在水泥轻舟都是以竞赛的形式出现，世界各地的学生通过制作水泥轻舟来增强对水泥混凝土的感性认识。设计出适合水泥轻舟用的薄板结构混凝土是水泥轻舟制作的关键，同时该薄板结构混凝土还可以应用于很多的建筑当中，加快了混凝土的发展，使水泥混凝土这一门科学得到了更大的进步。本文研究的是水泥

2、轻舟细石混凝土的优化组合问题，关键的问题是使得混凝土的抗压强度在50Mpa以上，抗折强度在10Mpa以上，为保证该混凝土能达到强度要求，特添加粉煤灰，硅灰，减水剂，纤维并对其参量进行调整，对砂的细度模数与颗粒级配进行重新配置，目的是使得砂子的堆积密度较小，并通过正交试验设计确定最优的配合比。在抹灰的过程中，特添加两层玻璃纤维网，能够更大程度的增加混凝的的强度。由试验结果表明：1. 砂子的粒径对强度有些影响，所以在05mm的砂子中掺加11%510mm的砂；2. 粉煤灰的“三大效应”显示比较明显，能提高混凝土的综合性能；3. 硅灰对增加强度有更大的效果，但是硅灰的需水量稍大，并且容易引起混凝土的收

3、缩，是混凝土产生裂缝，所以在混凝土中掺加一定量的聚丙烯纤维，既能大幅度的提高混凝土的强度，又能有效的抑制混凝土的收缩，有一举两得的效果；4. 大量的掺入粉煤灰、硅灰、纤维以后，能够明显地增加黏稠度，在减水剂的配合使用下，不仅强度有所增加，还能更好的改善混凝土的施工性能。关键词：细石混凝土，正交试验，配合比，施工性 目录摘要I第一章 绪论11.1 引言11.2 水泥轻舟的发展11.2.1 国外水泥轻舟的发展11.2.2 国内水泥轻舟的发展31.3 课题研究的内容和目的3第二章 实验的原材料及性能检测42.1 P.O 42.5水泥42.2 粉煤灰42.3 硅灰52.4 砂52.5 聚丙烯纤维52.

4、6 聚羧酸减水剂5第三章 确定实验配合比73.1 初步确定配合比73.2 砂颗粒级配的确定93.3 初步确定粉煤灰、硅灰的掺量范围103.4 确定实验配合比12第四章 正交试验设计及数据分析134.1 正交试验134.2 正交试验数据分析164.3 确定最优配合比19第五章 结论20参考文献21致谢22第一章 绪论1.1 引言 混凝土是世界上使用量最大，使用范围最广的工程材料，是人类文明建设中不可缺少的物质基础。混凝土工程与技术近三十年来获得飞速的发展，与此同时，混凝土正面临着前所未有的可持续发展问题的严峻考验。人类必须在基础设施建设和环境资源保护这两个同等重要的社会需求之间，找出解决矛盾的办

5、法。作为发展基础设施最重要的参与者以及地球天然资源的消费者，混凝土工业需要重新定向，接收所有有利于环境的工艺技术，即与环境友好的混凝土技术。他们必须建立在下列四个要素组成的基础上：一是节约混凝土原材料（包括资源和能源）；二是提高混凝土结构的耐久性；三是解决混凝土生产和使用中生态环境保护的问题；四是寻找能替代和部分替代硅酸盐水泥的新材料。在人类社会急速膨胀性发展，但又严重缺乏科技投入和材料技术教育的背景下，上述问题没有一个是容易解决的。直到目前为止，水泥混凝土科学一直停留在经验科学的层次。也正是由于这门科学需要丰富的实践经验，水泥混凝土材料科学的教学也一直难以系统展开，和混凝土的重要性极不相称。

6、在混凝土教育方面，西北大学曾举办一些饶有兴趣的活动，组织幼儿园的儿童，十多岁的学生到ACBM参观、实践或学习，希望能把对混凝土的兴趣灌输到少年和儿童中，从而为混凝土的工程应用培养有潜质的后续人才。美国的很多高校也一直在探索有效混凝土教学方法。其中非常成功的尝试就是水泥轻舟（concrete canoe）的制作和竞赛活动，为了增强学生混凝土材料方面的实践能力，美国伊利诺斯州大学Clyde Kesler教授在1969年在他混凝土的性能与行为的课堂上建议学生做水泥轻舟，这个想法可能来自于1848年法国南部Lambot制作的第一条水泥轻舟。后来水泥轻舟的竞赛在美国迅速发展，成为一道靓丽的大学校园文化的

7、风景线。1.2 水泥轻舟的发展1.2.1 国外水泥轻舟的发展 水泥轻舟是用水泥制作的类似皮划艇的小船。1848年法国南部的Lambot制作了世界上第一条水泥轻舟。现在水泥轻舟更多的时候是指水泥轻舟赛。水泥轻舟赛是在高校学生团体之间进行的水泥轻舟设计、制作和竞速的综合赛事。这项赛事最早由美国高校组织创立，英文名为“concrete canoe”水泥轻舟竞赛起源于美国西北大学、伊利诺斯州大学等高校组织的混凝土方面的专业教育。西北大学曾举行一些饶有兴趣的活动，组织幼儿园的儿童，十多岁的学生到ACBM（美国的一个材料科学研究中心）参观、实践或学习，希望能把对混凝土的兴趣灌输到少年和儿童中，从而为混凝土

8、的工程应用培养有潜质的后续人才。美国的很多高校也一直在探索有效水泥混凝土教学方法。其中非常成功的尝试就是Concrete canoe（水泥轻舟）的制作和竞赛活动，为了增强学生混凝土材料方面的实践能力，美国伊利诺斯州大学Clyde Kesler教授在1969年在他混凝土的性能与行为的课堂上建议学生做concrete canoe，这个想法可能来自于1848年法国南部Lambot制作的第一条水泥轻舟。后来水泥轻舟的竞赛在美国迅速发展，成为了一道靓丽的大学校园文化的风景线。1970年春，Clyde Kesler教授的学生制作的由钢筋增强的水泥轻舟，这可能是世界上第一条用于竞赛的水泥轻舟。这个想法很快被

9、附近的普度大学John Mclaughlin教授所认同并介绍到普度大学，于是普渡大学的一群学生在Charles Schuler和Robert Lee教授的知道下，通过不懈的努力，也制作了自己的水泥轻舟。1971年5月16日，在F.C.Young的组织下，举行了第一届水泥轻舟赛。第一次的比赛场面可能有些混乱，双方都有选手落水，但这次小范围的比赛却缔造了一种的新的校园文化，随后这种比赛在美国开始了蓬勃的发展，第二年在印第安纳波利斯的比赛就热闹得多，参赛者增加到了16所高校的队伍。 由于水泥轻舟比赛的广泛参与性，在1972年举办比赛第二届水泥轻舟赛时参赛的高校已经达到16所。同年，在美国西海岸和大平

10、原地区也举行了各自的水泥轻舟比赛，参加水泥轻舟赛的高校总计达到了22所，到1974年参赛高校达到了80所以上。到1978年各类水泥轻舟比赛的数目已经达到了17种。1988年密歇根州立大学举办了第一届全美水泥轻舟赛。目前，美国很多著名高校都有自己的水泥轻舟队，比如斯坦福大学、加州大学伯克利分校，普林斯顿大学，伊利诺伊大学阿巴拉香槟分校、威斯康星大学麦迪逊分校、普度大学。参加比赛的大学在最多的时候有近100所。现阶段，该赛事在美国的发展已经成熟，加上全国性的赛事外，不同地区也都有各自的赛事，每条轻舟上的选手是4人而不是原来的两人。Concrete canoe每年都在美国大学之间举行，各大学轮流作为

11、主办方，由美国土木工程师学会（ACSE），美国混凝土协会（ACI）及其他研究机构提供资金和技术支持和组织工作。十几年后水泥轻舟赛传播到世界各国，1986年德国举办了第一届水泥轻舟赛，随后几乎每两年举办一次，2009年将举办了第12届比赛，1995年加拿大和日本先后举办了本国的第一届水泥轻舟赛，随后每年举办一次。2005年阿联酋举办了第一届水泥轻舟赛，2007年在荷兰特温特大学举办了第30届水泥轻舟队赛事，2008年代尔夫特理工举办了31届。2008年南非和新加坡也分别举办了自己的水泥轻舟赛。1.2.2 国内水泥轻舟的发展 水泥轻舟赛是一项汇聚科技创新、文化传承、竞赛争夺、趣味观赏、形象宣传为一

12、体，具有广泛的参与性、团队性、创新性、传承性和趣味性的竞技活动，因此也被称为水泥行业的“奥林匹克运动”。来自武汉理工大学、黄石理工学院、西南科技大学、绵阳职业技术学院、广西大学化工学院等高校的六支参赛队伍展开了激烈的角逐。赛事还将邀请国家教育部、团中央、体育总局相关司局，各相关媒体、各知名高校相关院系、全国水泥60强企业和湖北大中型水泥企业的领导和嘉宾观看比赛。黄石市政府副秘书长李文良、武汉理工大学沈卫国教授、中国混凝土与水泥制品协会副会长、武汉建筑材料工业设计院院长姚元君、黄石市园林局副局长刘冲等领导出席了当天的开赛仪式并讲话。2011年9月17日在四川绵阳仙湖举办中国第二届水泥轻舟赛。1.

13、3 课题研究的内容和目的本课题主要针对细石混凝土的配合比的研究，由于该水泥轻舟用的细石混凝土对各方面的性能要求比较高，且现有的文献中关于细石混凝土的也是比较少，基本没有关于水泥轻舟的文献，且在仅有的文献中，几乎没有公开发表关于配合比的理论文章。本课题通过对现有的资料分析，从原材料的本身性质（物理性质和化学性质）和一些经验数据出发，进行研究。1 确定骨料的最佳级配2 确定胶凝材料的种类与配比 3 确定外加剂的品种4 确定细石混凝土的最佳配比5 根据确定的配合比制作混凝土第二章 实验的原材料及性能检测2.1 P.O 42.5水泥 本课题研究的时水泥轻舟用细石混凝土的配合比设计与制作，水泥是主要的胶

14、凝材料，本课题采用的是扬子水泥有限公司生产的P.O 42.5的水泥。以下是水泥的物理学性能。如表2-1标稠/g凝结时间/h比表面积/ Cm2/g密度g/ Cm3细度/%流动度/mm138初凝终凝3823.060.5204.21.34.3表2-1 水泥物理学性能水泥力学性能的检测是根据GB/T176711999水泥胶砂强度的测定方法（ISO）进行实验，数据如表2-2水泥抗折强度抗压强度3d7d28d3d7d28d扬子P.O42.55.87.38.425.435.245.8表2-2 水泥力学性能检测表根据实验测得的数据得知该水泥符合本课题所需的实验要求。2.2 粉煤灰粉煤灰是燃煤电厂用静电除尘的方

15、法从锅炉烟气中收集到的废弃物，它是我国混凝土工程中使用最多的活性矿物掺合料，是因为粉煤灰具有三大效应形态效应、活性效应、微集料效应。粉煤灰在改善混凝土的和易性方面有很大的帮助，并且对混凝土的力学性能，减水作用，耐久性能，和抑制碱集料反应的能力都有很大的帮助。这也是本课题采用外掺粉煤灰的缘由。主要从细度，烧失量，需水量比这三个方面对粉煤灰进行性能检测。 检测数据如表2-3细度/%烧失量/%需水量比/%8.6385.6表2-3 粉煤灰物理学性能 由实验结果知：该粉煤灰是级粉煤灰，符合本课题实验的要求。2.3 硅灰 硅灰的比表面积是水泥的1020倍，所以必然会导致需水量的增加。但是硅灰对混凝土的力学

16、性能的影响是极大的，现在硅灰广泛应用于高强度混凝土中，同时对混凝土的耐久性，耐磨性，抗化学腐蚀性都有极大的改善。有研究表明，硅灰的掺量占水泥质量的0.1%0.5%时，可起润滑作用；但当掺量继续增加时，需水量会显著增加，这是硅灰的润滑作用需要高效减水剂来激发。本课题需要高强的混凝土，用硅灰来增加强度显得尤为重要，这正是本课题选用硅灰的重要原因。2.4 砂 砂是本课题实验中最主要的骨料，砂的性能对混凝土的整体影响是很大的，从下面几项性能着手对砂的性能进行检测，所有关于砂性能检测的试验均是按照GB/T146842001建筑用砂的国家标准进行的。检测结果如表2-4细度模数含泥量/ %含水率/ %表观密

17、度（kg/ m3）2.640.392.22596表2-4 砂物理学性能2.5 聚丙烯纤维纤维增强混凝土目前的发展很快，应用的范围也越来越广。纤维应用于混凝土中，主要的作用是增加其强度，包括抗折抗压强度，尤其对抗折强度效果比较显著。在混凝土中加入纤维以后，无数的纤维单丝会在混凝土的内部形成乱向支撑体系，可以有效的阻止裂纹的产生。同时纤维对混凝土的抗渗性，耐磨性，干缩性都有较大的改善。纤维的性能指标见表2-5组成密度/(g/ Cm3)比表面积/(Cm3/g)标称直径/um抗拉强度/MPa亲水性聚丙烯0.91150030350憎水表2-5 纤维性能指标2.6 聚羧酸减水剂 高效减水剂对水泥具有强烈的

18、分散作用，能大大提高水泥拌合物的流动性和混凝土的坍落度，能够有效的提高混凝土的密实度，同时大幅度降低用水量，显著改善混凝土的工作性。在硬化水泥达到同一强度的情况下能有效的减少水泥的用量。按胶砂流动度实验方法进行试验，要求流动度在1805mm范围内，减水剂掺量按1.1%掺加，最后测得减水剂的减水率为22%。第三章 确定实验配合比3.1 初步确定配合比根据普通混凝土配合比设计规程（JGJ20000）计算配制过程，最后根据现场观察再对实验室配合比进行调整。（一）初步计算配合比的确定1、混凝土配制强度应按下式计算:fcu,0fcu,k+1.645式中fcu,0-混凝土配制强度(MPa);fcu,k-

19、混凝土立方体抗压强度标准值(MPa);-混凝土强度标准差(MPa);目的是要求混凝土立方体抗压强度标准值达到50MPa，则fcu,k=50，取值为6，所以混凝土配制强度fcu,059.87MPa2、选择水泥的品种，确定水灰比根据本课题的要求，选择的水泥是扬子P.O42.5的普通硅酸盐水泥，按强度要求确定水灰比W/C。混凝土强度等级小于C60时，混凝土水灰比宜按下式计算W/C=a.fce/（fcu,0+a.b.fce）式中a,b-回归系数;fce-水泥28d抗压强度实测值(MPa)当无水泥28d抗压强度实测值时,公式(5.0.3-1)中的fce值可按下式确定:fce=c.fce,式中c-水泥强度

20、等级值的富余系数,可按实际统计资料确定;fce,g-水泥强度等级值(MPa).系数碎石卵石a0.460.48b0.070.33表3-1 回归系数表在本试验中，水泥的富余系数取值为1.15，由此算得fce=48.9。回归系数的取值按卵石计算a=0.48，b=0.33。由此计算出W/C=0.35。3、确定用水量因为由上一步计算得出的水灰比为0.35，不在0.400.80的范围内，所以现有的用水量的选取方法不可用。若按掺外加剂时的混凝土用水量计算:mwa=mw0(1-)式中mwa-掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用水量(kg);mw0-未掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用水量(kg);-外加剂的减水率(

21、%).项目指标卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）102031.540162031.540坍落度mm10-3019017016015020018517516535-5020018017016021019518517555-7021019018017022020519518575-90215195185175230215205195表3-2 混凝土用水量根据表3-2及经验数据，用水量按210计算，经实验减水剂的减水率为22%，则可以算出掺加减水剂时的用水量mwa=164kg。4、计算水泥用量每立方米混凝土的水泥用量(mc0)可按下式计算:mc0=mw0/W/C根据上式计算的数据可算出水泥用量

22、mc0=469kg5、计算砂子的用量由于水泥轻舟特殊的薄板结构，所以用的细石混凝土中不允许加入石子，故不存在砂率的概念，所以砂子的用量只能按假定的一立方混凝土的重量来计算。由于该混凝土要求容重要小于2000kg/m3，现假定混凝土的容重为1900kg/m3，由mc0=469kg，mwa=164kg，可以采用重量法直接计算出砂子的用量为ms0=1267kg。所以经过初步计算得出的配合比为：mwa：mc0：ms0=164:469:1267（二）试配以上求出的各材料的用量，是借助一些经验公式和数据计算出来的，或是利用经验资料查得的，因而不一定能够完全具体的工程实际情况，必须通过试拌调整，直到混凝土拌

23、合物的和易性符合要求为止，然后提出供检验强度用的基准配合比。粉煤灰，硅灰的掺量没有直接的数据来源，按经验数据计算掺入为粉煤灰掺15%，硅灰掺10%。进行试配实验，试配实验结果如表3-3实验3d7d抗折强度MPa抗压强度MPa抗折强度MPa抗压强度MPaA1、A2、A3平均3.95.716.025.9表3-3 试配强度由于时间原因，没有测28d强度值，根据7d强度推算该配合比下混凝土28d强度达不到50MPa，为了提高细石混凝土后期强度，将着手调整粉煤灰，硅灰的掺量、砂的颗粒级配。3.2 砂颗粒级配的确定由于考虑到水泥轻舟特殊的薄板混凝土结构，要求船体厚度为1.2cm，所以在原始配合比中全部采用

24、的是0-5mm的砂子，但是根据试配结果显示，混凝土的强度远远不能达到实验要求，所以要重新考虑砂的颗粒级配，及细度模数。同时又要求混凝土的容重要小，本试验主要的方法是在0-5mm的砂子中掺加5-10mm的砂子，5-10mm的砂子在此充当细石的作用。但是5-10mm砂子掺量问题要经过试验得知，故要设计试验确定砂子的掺量范围。5-10mm的砂子按10%，15%,20%,25%,30%,35%,40%的掺量掺加到0-5mm的砂子中。本实验的原理是通过绘制细度模数和表观密度曲线，取适合的交点作为试验依据。实验得出的数据见表3-45-10mm掺量/%10%15%20% 25%30%35%40%细度模数2.

25、572.512.602.682.642.702.75堆积密度(g/ Cm3)1.531.541.551.581.561.581.59表3-4 砂掺量范围表根据表3-4绘制出细度模数与堆积密度的关系表，见图3-1，以确定5-10mm砂子的掺量图3-1 细度模数与堆积密度关系由图3-1可以看出细度模数曲线与堆积密度曲线有多个交点，但是根据试验需要，砂细度模数在2.65左右，且砂的堆积密度尽可能的大，这样配出的混凝土技能满足强度的要求，又能使混凝土的容重较小，所以由表可知取细度模数为2.65，堆积密度为1.57为最佳。这时5-10mm的砂子掺量为23%。3.3 初步确定粉煤灰、硅灰的掺量范围粉煤灰和

26、硅灰对混凝土的整体性能都有极大的改善，但是并不是掺量越多越好，特别是粉煤灰，硅灰混合在一起的时候，在混凝土试配过程中，所测得的强度远远低于要求的强度，所以对粉煤灰和硅灰的掺量范围进行试验时必不可少的。本实验在根据经验数据的前提下，大致列出三个变量范围，针对每组试验进行成型，检测强度，选择出最佳的掺量范围。变量范围见表3-5组别掺量范围抗折强度/MPa抗压强度/MPa粉煤灰硅灰3d7d28d3d7d28dA115%4.15.57.218.726.635.2A217%3.95.17.319.828.237.7A320%3.84.96.619.627.637.8A48%3.94.66.619.625

27、.336.0A59%4.05.06.619.226.534.1A610%4.15.27.419.825.033.4表3-5 不同掺量强度对比根据表3-5 粉煤灰，硅灰不同掺量强度对比分别绘制了图3-2和图3-3，图3-2是其中A1,A2,A3组的数据，图3-3是其中A4，A5，A6组的数据图3-2 不同粉煤灰掺量对比由图3-2结合表3-5显示，3d，7d，28d的抗折强度均随着粉煤灰掺量的增加而减小，在抗压强度中，粉煤灰掺量为17%时强度最高，掺量为20%时的强度有减小的趋势这说明粉煤灰的掺量控制在17%的范围内是比较合理的。图3-3 不同硅灰掺量对比由图3-3结合表3-6显示，3d，7d，2

28、8d的抗折强度均随着硅灰掺量的增加而增大，硅灰掺量为10%时抗折强度最大，但是只能看出抗折强度由8%10%有增长的趋势，但是不能确定掺量10%就是最佳的掺量，当掺量大于10%时，抗折强度有可能继续呈现增长趋势，有可能有下降的趋势；看抗压强度数值显示，3d抗压数值显示随着硅灰掺量的增加，抗压强度均有所增长，但是7d,28d的抗压强度却有减小的趋势，结合抗折强度，确定硅灰掺量应该在10%以下为好。 由实验可得粉煤灰、硅灰的大致掺量，在正交试验中，粉煤灰、硅灰仍然作为变量，只是掺量的范围有所调整，在此实验中，粉煤灰、硅灰的掺量跨度小，所以测得的数据变化不是很明显，故在正交试验中粉煤灰、硅灰的掺量范围

29、跨度调大了一些。粉煤灰掺量为10% 、20% 、30，硅灰的掺量为5% 、7% 、10%。3.4 确定实验配合比在上述一系列的数据与实验之下，最后确定用于正交试验的配合比，变量及其变量的范围。mwa：mc0：ms0=164:469:1267水泥469kg/ m3，纤维1.2kg/ m3，减水剂1.1%。下面为正交试验表中的变量及其变量范围：灰砂比1:2 、1:2.5 、1:3 ；粉煤灰10% 、20% 、30% ；硅灰5% 、7% 、10% 注：灰砂比是根据老师建议进行加入变量的。第四章 正交试验设计及数据分析在工业生产和科学研究等实践中，所需要考察的因素往往比较多，而且因素的水平数也是常常多

30、于两个，如果对每个因素的每个水平都互相搭配进行全面实验，实验次数是惊人的。例如本实验中有三个因素，每个因素都有三个水平数，如果是全面实验，就要27次实验才能解决问题。如果用正交设计来安排试验，则试验次数大大减少，而且统计分析的计算也将变得简单。正交试验主要优点表现如下几个方面：a)能在所有试验方案中均匀地挑选出代表性强的少数试验方案。b)通过对这些少数试验方案的试验结果进行统计分析，可以推出较优的方案，而且所得到的优化方案往往不包含在这些少数试验方案中。c)对试验结果进行进一步的分析，可以得到试验结果之外的更多信息。这也是本课题中采用正交试验的主要原因。4.1 正交试验（1）选正交表本试验中因

31、素数为三，因素水平数也是三，故可以直接套用现有的正交试验表，如表4-1试验号列号1234111112122231333421235223162312731328321393321表4-1 正交表 （2）确定因素水平表影响试验的因素往往很多，但是由于试验条件所限，不可能做全面考察，所以应对实际问题进行具体分析，并根据试验目的，选出主要因素，略去次要因素，以减少考察的因素数。但要注意的是为了避免人为因素导致的系统误差，因素的各水平哪一个定为1水平、2水平、3水平，最好不要简单地完全按因素水平数值由小到大或由大到小的顺序排列，应按随机的方法进行处理。在本试验中，因素数与因素水平数见表4-2水平灰砂比

32、粉煤灰硅灰11:210%5%21:2.520%7%31：:330%10%表4-2 试验因素水平表（3）明确试验方案根据表4-2 试验因素水平表可以直接套用表4-1的正交表，套用结果如表4-3所示试验号ABCD（空白）试验方案11111A1B1C121222A1B2C231333A1B3C342123A2B1C252231A2B2C362312A2B3C173132A3B1C383213A3B2C193321A3B3C2表4-3 正交试验方案接下来是根据正交试验方案进行试验，在试验时应注意以下几点：a) 必须严格按照规定的方案完成每一号实验，因为每一号试验都从不同的角度提供有用的信息。b) 实验

33、进行的次序没有必要完全按照正交试验表上试验号码的顺序，可按抽签的方法随机决定试验进行的顺序。c) 做试验时，试验条件的控制力求做到十分严格，尤其是在水平的数值差别不大时。（4）按规定的方案做试验按照正交试验进行试验，试验结果见表4-4组别g/cm3稠度/mm塌落度/mm3d抗压强度/Mpa7d抗压强度/Mpa14d抗压强度/Mpa7d抗折强度/MpaB12.146410518.723.639.83.6B22.12559019.824.431.23.5B32.14506012.521.741.23.4B42.144011016.226.432.73.6B52.12505812.220.828.2

34、3.7B62.13508011.616.523.63.5B72.0653809.516.019.73.2B82.06557510.316.619.23.2B92.0655806.311.919.02.6表4-4 正交试验结果图4-1抗压强度对比绘制图4-1的主要目的是观察没组试验得出的3d、7d、14d的抗压强度是否有相同的变化趋势，因为随着混凝土养护龄期的增加，后期强度有可能会因为掺量的不同会发生反弹现象。另外本试验考虑到后期施工性能的难易程度，所以主要从稠度和坍落度进行改变，也就是每组试验的用水量会有稍微的变化。结合表4-4和图4-1可知：a)3d、7d、14d抗压强度的变化趋势并不是一致

35、的，3d、7d由于养护龄期较短，强度变化不是明显，但是14d的强度变化起伏比较大。b)B1、B2、B3组试验灰砂比最小，相对于粉料掺量比较多，强度也是高于其他六组试验，B7、B8、B9组试验灰砂比是最大的，强度是最低的。c)B3、B5、B7组试验硅灰掺量是最多的，3d、7d的强度变化范围不大，但是14d的强度普遍高于同灰砂比的其他组试验的强度，这说明硅灰对混凝土后期的强度较大，能改善混凝土的后期强度。d)该正交试验考虑水泥用量的问题，故粉煤灰、硅灰均是按照内掺的方法掺入其中的，导致强度普遍低于预测的强度，这说明水泥作为主要的胶凝材料，对强度起主要的增强作用。4.2 正交试验数据分析（1）计算极

36、差，确定因素的主次顺序本试验只是研究抗压试验值一个指标，所以在对正交试验表分析的时候采用的是单指标正交试验的直观分析法，按正交表的各试验号中规定的水平组合进行试验，将试验结果（指标）填写在表的最后一列，如表4-5所示试验号ABCD抗压强度/Mpa1111139.82122231.23133341.24212332.75223128.26231223.67313219.78321319.29332119.0K1112.292.282.687K284.578.682.974.5K357.983.889.193.1k137.430.727.529k228.226.227.624.8k319.327.

37、929.731.0极差R18.14.51.66.2因素主次ABC优方案A1B1C3表4-5 试验方案及试验结果分析K: 表示任一列上水平好为i（本试验中i=1,2,或3）时，所对应的试验结果之和。A因素所在的第一列上，第1,2,3号试验中A取A1水平，所以K1为第1,2,3号试验结果之和，及K1=39.8+31.2+41.2=112.2，同理可以计算出其他列的值。结果如表4-5显示。 k：k=K/S，其中S为任一列上各水平出现的次数，所以本试验中S=3.所以k1=112.2/3=37.4；k2=84.5/3=28.2；k3=57.9/3=19.3 。同理可以计算出其他列的k1、k2、k3 。结

38、果如表4-5显示。R: 称为极差，在任一列上R=maxK1,K2,K3-minK1,K2,K3,由此可以计算出各列的极差，结果如表4-5显示。一般来说，各列的极差是不相等的，这说明各因素的水平改变对试验结果的影响是不相同的，极差越大表示该列因素的数值在试验范围内的变化，会导致试验指标在数值上更大的变化，所以极差最大的那一列，就是因素的水平对试验结果影响最大的因素，也就是最主要的因素。在本试验中，由于RARBRC,所以各因素从主到次的顺序为A(灰砂比)，B（粉煤灰），C（硅灰）。在本试验中。空白列的极差比B,C两列的极差都大，这说明因素之间可能存在不可忽略的交互作用，或者漏掉了对试验结果又重要影

39、响的其他因素。（2）优方案的确定优方案是指在所做的试验范围内，各因素较优的水平组合。各因素优水平的确定与试验指标有关，若指标越大越好，则应选取指标大得水平，在本试验中，试验指标是抗压强度，指标越大越好，所以应挑选每个因素中最大的值对应的那个水平。由于A因素列：K1K2K3B因素列：K1K2K3C因素列：K3K2K1所以，优方案为A1B1C3，即灰砂比1:2，粉煤灰掺量10%，硅灰掺量10%。另外，实际确定优方案时，还应区分因素的主次，对于主要的因素，一定要按有利于指标的要求选取最好的水平，而对于不重要的因素，由于其水平改变对试验结果的影响较小，则可以根据有利于降低消耗、提高效率等目的来考虑别的

40、水平。(3) 画出有事与指标的关系图趋势图 将因素水平作为横坐标，以它的试验指标的平均值作为纵坐标，画出因素与指标的关系图，如图4-6图4-2趋势图从图4-2可以看出，当灰砂比为1:2，粉煤灰掺量为10%，硅灰掺量为10%时所得的抗压强度为最高，即优方案为A1B1C3。从趋势图中可以直观地看出，灰砂比越大越好，硅灰的掺量越大越好，4.3 确定最优配合比经过对原材料的各方面的性能进行的检测，对砂子颗粒级配的重新确定，对粉煤灰、硅灰的掺量范围的确定，确定了本课题试验所有的原材料。通过对混凝土配合比的初步计算，对正交试验的设计与实验过程的到了最后的最优配合比。水泥：水：砂=469:164:1267

41、灰砂比1:2 5-10mm砂掺量23% 粉煤灰10% 硅灰10% 纤维1.2kgm3 减水剂1.1%可再分散乳胶粉1%（最后老师推荐使用）根据正交试验确定的最优配合比进行验证试验，所测得的1d、3d、7d的强度如表4-6所示： 坍落度mm表观密度kgm3稠度强度MPa1d3d7d882070503.219.331.2表4-6 验证试验结果表4-6显示，强度增长速度比较快，经推算，28d强度可以达到要求。表观密度基本符合要求，坍落度和稠度主要考虑成型组施工，故调整至最佳状态。该最优配合比满足试验要求。 最后根据最优的配合比进行拌制混凝土，交由成型组施工。第五章 结论本课题针对水泥轻舟用细石混凝土

42、展开以正交试验为核心的试验方法。通过一系列的努力试验之后，终于完成了该课题的试验研究。由于时间的原因及实验室条件所限，本课题难免会有错漏之处。本试验对砂的研究证明：单纯的2-5mm的砂子配制的混凝土，远远不能达到强度的要求，因为此时的混凝土即是严格意义上的砂浆，在掺入5-10mm的砂子充当细石时，混凝土的强度大幅度的提高。由于该试验掺入的矿物掺合料种类比较多，有粉煤灰，硅灰，可再分散乳胶粉等，考虑到旗其间的相互制约关系，最后由正交试验得知，粉煤灰最佳的掺量为10%，硅灰的最佳掺量为10%，可再分散乳胶粉的掺量为1%。此时7d的强度已经达到31.2MPa。据推算28d的强度会达到50MPa。所以

43、经正交试验得出的结果是正确的，符合试验的要求。参考文献1 沈卫国，李忠明，张涛，李旭巍.水泥轻舟赛起源与发展状况研究J.混凝土，2010，第5期，111113.2 张涛，沈卫国，李忠明，李旭巍.水泥轻舟用薄板结构混凝土材料组成优化设计J.混凝土，2010，第3期,8688.3 张建业，徐均，王进勇.硅灰、聚丙烯纤维在混凝土中的应用研究J.公路交通技术，2010.6，第3期，1216.4 王虎，王凌云，冯锐.杜拉纤维在工程中的阻裂作用J.生产技术，河南省第一建筑工程有限责任公司（450014）.5 黄贻凤，杨成忠，莫振龙.聚丙烯纤维路用混凝土配合比设计试验研究J.混凝土，2008，第4期，117

44、119.6 李立权.混凝土配合比设计手册M.第三版.华南理工大学出版社.2002.7 文桎芸，钱春香，杨长辉.混凝土工程与技术M.武汉理工大学出版社.2004.8 邓宗才.高性能合成纤维混凝土M.科学出版社.2003.9 沈荣熹，崔琪，李清海.新型纤维增强水泥基复合材料M.中国建材工业出版社.2004.10 夏寿荣.混凝土外加剂配方手册M.化学工业出版社.2010.11 李云雁，胡传荣.试验设计与数据处理M.第二版.化学工业出版社.2008.12 陈魁.试验设计与分析M.第二版.清华大学出版社.2005.致谢首先，谨以此文衷心感谢班主任老师刘文斌。三年来，在学习、工作和生活等各方面，刘老师都给

45、予了无微不至的关怀和极大的支持。导师渊博的知识，敏锐的学术洞察力，勤奋的工作精神，严谨的治学精神，真诚热情的待人态度都深深地教侮了我，使我获益匪浅，终生难忘，受益终身。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意！ 在近两个月的试验过程中，得到了徐永红老师，高淑娟老师，刘淑红老师的指导和帮助，在此向她们表示深深的感谢。在作者学习和论文写作过程中，得到了高淑娟老师的指导和帮助，并特别感谢实验室徐开胜老师对作者的关心和帮助，在此向他们表示衷心的感谢！ 感谢同组成员陈舒，王健，芦亚于和其他同学给予作者的帮助！ 多年来父母给予作者学习和生活上的支持和鼓励，在此，作者表示深深的敬意和衷心的感谢！ 最后感谢所有关心、帮助过作者的老师和亲朋好友们！ 谢磊 2012年1月1日