以贝壳为骨料混凝土的正交试验与分析★

高 潮 潘 柱 陈洪洲

(1.大连海洋大学海洋与土木工程学院，辽宁大连 116023;2.大连理工大学，辽宁大连 116024)

以贝壳为骨料的混凝土，其特征在于使用废弃的贝壳，经清洗、粉碎后，代替部分砂石作为骨料，与胶凝材料和水按一定比例拌制成的混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材。目前国内对以贝壳为骨料的混凝土的研究较少。以贝壳为骨料的混凝土，它既保持了普通混凝土的优点，又具有废物利用的优点，发展这一产品，在节约材料方面具有非常可观的社会效益和经济效益。

1 试验

1.1 因素与水平

在基础试验过程中，发现随着贝壳替代率的升高，混凝土的强度有所下降［1］。选取贝壳掺量为20%，30%和40%，综合考虑成本和试验室具体情况，选取了水灰比、砂率、贝壳替代率、单位用水量四个因素［2］，每个因素选取三个水平，其因素水平见表1。

表1 因素水平表

1.2 实验安排

试验选用L9(34)正交表来安排试验，将上面四个因素分别列为A，B，C，D列。试验安排及配合比见表2。

表2 试验方案制度表

1.3 抗压强度

根据GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准进行试验。试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm。将试件标准养护28 d，进行抗压强度试验。试验步骤:将试件置于试验机承压板上，使试件的轴线与试验机压板的压力中心重合，以10 kN/s～30 kN/s的速度加荷，直至试件破坏。记录破坏荷载［3］。

2 正交试验结果及分析

2.1 直接分析

由表3可见，抗压强度最高的是第6号A2B3C1D2，此外，第1号A1B1C1D1和第8号A3B2C1D3试验结果也都有较高的抗压强度。

表3 正交试验结果及分析表

2.2 计算分析

2.2.1 极差分析

根据每个因素对试验指标的影响不同，区分出主次。通常用极差R来区分因素的主次。其因素的极差越大，说明这个因素对试验指标影响越大，它就是主要因素;反之，则是次要因素［4］。从表3可见，影响抗压强度的主次关系如下:

2.2.2 用趋势图直观分析

趋势图是以水平数为横坐标，各指标的平均数为纵坐标而绘制的。A1B3C1D2为最佳试验配合比，从趋势图可以看出，如图1所示。

2.2.3 方差分析

从方差分析看，C因素对强度影响较显著，B，D因素次之，即贝壳替代率的影响因素是非常显著的，而砂率、水灰比和单位用水量的影响不显著。其主次次序为:

方差分析表见表4。

3 结语

1)试验表明，以贝壳为骨料混凝土的28 d抗压强度并没有降低太多，这说明粉碎的贝壳作为骨料并没有引起混凝土早期强度的降低。以贝壳为骨料混凝土的28 d抗压强度随着贝壳替代率的升高有所下降。

图1 因素—指标图

表4 方差分析表

2)有研究表明贝壳的主要成分有占全壳95%的碳酸钙和少量的贝壳素［5］。具有一定的强度，在混凝土中能够起到骨架的作用。

3)混凝土的抗压强度与骨料的表面特征有关，骨料按表面特征分为光滑的、平整的和粗糙的颗粒表面。贝壳的表面特征一般为光滑的颗粒表面，主要影响混凝土与胶结料的粘结力，粉碎的贝壳与石子相比，与胶结料的粘结力较差。

4)粉碎的贝壳作为骨料替代石子，多呈细长和扁平的针状和片状颗粒，对混凝土的和易性和强度有不良影响。

5)在混凝土砌块中以贝壳代替部分石子作为粗骨料，一方面可以减少石子的使用量;另一方面可以使废弃的贝壳得到废物利用，是一种有良好发展前途的新型建筑材料，具有良好的经济效益和社会效益。

［1］钱 波.基于混凝土强度的相似正交配合比实验研究［J］.石河子大学学报，2008(8):91-92.

［2］高少霞，高 潮，曹佳莹.高掺量粉煤灰烧结砖正交试验设计及分析［J］.工程建设与设计，2006(9):21-22.

［3］苏达根.土木工程材料［M］.北京:高等教育出版社，2009.

［4］滕素珍，姜炳蔚，任玉杰.数理统计［M］.大连:大连理工大学出版社，2008.

［5］李金志.贝壳的综合利用［J］.淮海工学院学报，2001(12):115-116.