酸堿環(huán)境下硫酸鈉侵蝕對寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土的力學特性影響



摘 要： 為了探究硫酸鈉對不同酸堿環(huán)境中寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土構(gòu)件的腐蝕情況，采用正交試驗以不同濃度的硫酸鈉溶液來養(yǎng)護寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山 土，分析寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土經(jīng)酸堿溶液與硫酸鈉腐蝕后的強度變化規(guī)律，以及在一定范圍內(nèi)各因素對寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度劣化的影響程度， 并擬合寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度隨各因素的變化曲線。通過對試驗結(jié)果進行極差和方差分析，在不同酸堿條件下對寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度影響 {zd0}的為寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山摻量，其次為養(yǎng)護齡期，硫酸鈉溶液影響最小。利用試驗數(shù)據(jù)建立寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度與三因素的回歸方程，可 以對實際工程中相應(yīng)條件下寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度預(yù)測提供試驗依據(jù)。

關(guān)鍵詞 ：寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土；腐蝕；硫酸鈉；寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山摻量；養(yǎng)護齡期；溶液濃度；強度；回歸曲線 中 圖 分類 號 ：    TU521.3        文獻標識碼 ： A
acid or alkali condition


酸堿環(huán)境下硫酸鈉侵蝕對寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土的力學特性影響 -----------------------------------------------------Page 1-----------------------------------------------------

地區(qū)某工地距地表 2m 左右土體，土體的各項性能指標 為：tr重度 18.03kN/m 3 ，tr含水率 9.1% ，液限 34.7% ，塑限 20.4% ，液性指數(shù) 0.69 ，塑性指數(shù) 14.3 。 將試驗用土鋪開曬干后，過 5mm 篩，去除土體中 雜質(zhì)，分別計算 9% 、 12% 、 15% 、 18% 寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山摻量， 水灰比為 2 的寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山、水的用量，與土體均勻攪拌后 放 入 模 具 ， 分 三 層 擊 實 ， 制 成 70.7mm×70.7mm× 70.7mm 大小的試件。

1.2    溶液配制與養(yǎng)護

分別用硫酸和氫氧化鈉配制 pH=4 、 pH=10 的酸堿

兩種溶液，每種四份，并分別于酸堿溶液中添加硫酸 鈉，添加量分別為 0% 、 1% 、 2% 、 3% 。根據(jù)正交試驗 設(shè)計表將制好的試件分別放入 8 個裝有不同溶液的養(yǎng)

護容器內(nèi)，進行養(yǎng)護，養(yǎng)護時間及進行強度測試的時 間根據(jù)正交試驗表依次進行，具體試驗表見表 2 。

4        9       60       3        4        5.46         6.65 5        12       14       1        3        4.44         4.47 6        12       28       0        4        3.72         3.89 7        12       45       3        1        4.61         6.39 8        12       60       2        2        4.77         8.27 9        15       14       2        4        4.91         4.79 10       15       28       3        3        4.93         6.93 11        15       45       0        2        5.45         5.14 12       15       60       1        1        5.40         8.68 13       18       14       3        2        6.64         7.71 14       18       28       2        1        6.82         9.05 15       18       45       1        4        5.73         8.65 16       18       60       0        3        7.83        11.01

3.71     4.60     4.85     4.81 4.39     4.67     4.70     5.02 5.17     4.89     5.07     5.24

1.3    試驗方法

試驗選用正交試驗的方法，通過試驗擬合寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土 在不同濃度硫酸鈉和酸堿不同溶液作用下強度變化規(guī)

6.76     5.87     5.41     4.96 極差 R     3.05     1.27     0.71     0.44

4.02     4.78     5.55     6.57

? K

=80.09

? K

=101.1

律，擬合強度變化趨勢曲線，并用最小二乘法原理和 matlab 軟件分別建立寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度在酸堿不同情況下，

強度與寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山摻量、齡期、硫酸鈉濃度三個因素相關(guān)的 三因素表達式。各因素水平見表 1 。

表 1    影響因素及水平

Tab. 1    Influencing factors and levels

因素          水平 1      水平 2      水平 3      水平 4

寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山摻量 /%        9          12         15         18 齡期 /d          14         28         45         60 溶液濃度 /%        0          1          2          3

2    試驗結(jié)果及分析

分別對實驗結(jié)果進行極差分析、方差分析，總結(jié) 寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度隨各因素變化趨勢以及各因素的影響顯著 程度，建立回歸曲線，計算三因素表達式。 2.1 試 驗 結(jié) 果 的 極 差 分 析 表 2    實驗設(shè)計及強度極差分析

Tab. 2    Design of experiments and range analysis of

strength

5.76     5.91     6.39     6.22 6.39     5.92     6.40     6.48 9.11      8.65      6.9      6.00 極差 R     5.09     3.87     1.37     0.58

極差分析是通過計算各因素每一水平下寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強 度的平均值，通過計算每一因素下極差值，得到各因 素對寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度的影響程度。如表 2 所示，比較酸堿

不同條件下寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土極差值可知，酸堿不同條件下，各 因素對寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度影響的程度均為：寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山摻量 > 齡期 >

硫酸鈉濃度。

酸性條件下本身對寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度發(fā)展起到劣化作

用，與硫酸鈉共同作用后，效果更為明顯，強度較堿 性條件下大幅降低。在酸性條件下，寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山摻量增加（ 9% → 12% → 15% → 18% ），寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度強化明顯， 18% 摻 量條件下較 9% 摻量強度增加 82.1% ；同條件下，齡期 增加（ 14d → 28d → 45d → 60d ）時，強度也表現(xiàn)為均勻 增加， 60d 時寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度較 14d 時增加了 27.6% ；溶液 濃度增加（ 0% → 1% → 2% → 3% ），強度變化并不明顯，

考慮是由于不同摻量，不同齡期對寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度強化特

試驗

號

寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山

摻量

/%

齡期

/d

溶液

濃度

/%

誤差

列

酸性條件

抗壓強度

/MPa

堿性條件酸堿環(huán)境下硫酸鈉侵蝕對寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土的力學特性影響
如圖 1 所示，在酸堿不同條件下，寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度隨 寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山摻量的增加呈線性上升，利用 matlab 進行回歸分

析，兩種條件下，寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度與寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山摻量的之間可以

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用線性關(guān)系來表示，線性方程為：

酸性條件下： q u = 0 . 331 a c + 0 . 541 堿性條件下： q u = 0 . 530 a c ? 0 . 832

(1) (2)

三者對寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度共同影響的表達式：

酸性條件：

q u = k 1 a c tc 2 + k 2 a c tc + k 3 a c t +

式 (1) 和 (2) 中， q u 為寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土抗壓強度 (MPa) ； a c 為

寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山摻量 (%) 。

3.2 抗壓強度與齡期的回歸模型

如圖 2 所示，寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土在酸堿不同條件下，強度隨

齡期呈線性增加，故建立寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土隨齡期變化的線性方 程：

k 4 a c c 2 + k 5 tc 2 + k 6 a c c + k 7 tc + k 8 a c + k 9 t + k 10 c 2 + k 11 c + k 12

式 (7) 中 k i ( i =1 ， 2 ，…， 12) 為回歸系數(shù)。

堿性條件：

q u = l 1 a c tc + l 2 a c t + l 3 a c c + l 4 tc

l 5 a c + l 6 t + l 7 c + l 8

(7)

(8)

酸性條件下： q u = 0 . 026 t + 4 . 05 堿性條件下： q u = 0 . 074 t + 3 . 58

(3) (4)

式 (8) 中 l i ( i =1 ， 2 ，…， 8) 為回歸系數(shù)。

將試驗中的摻量 a c 、齡期 t 、濃度 c 值分別帶入

式 (3) 和 (4) 中， q u 為寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土抗壓強度 (MPa) ； t 為

養(yǎng)護齡期 (d) 。

3.3 抗壓強度與硫酸鈉濃度的回歸模型

表達式 (7)(8) 中，成為一矩陣，其形式可表示為：

A ? k = b 1 B ? l = b 2
 (9) (10)

如圖 3 所示，利用回歸分析的方法，寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土在酸

性條件下，強度隨硫酸鈉濃度變化規(guī)律可以用二次多 項式的關(guān)系來表示，而在堿性條件，強度隨硫酸鈉濃 度變化可用線性方程來表示，兩者方程如下：

酸性條件下：

式 (9)(10) 中， b i ( i =1,2) 為正交試驗結(jié)果，矩陣

A | b 1 ， B | b 2 如下頁所示。

利用最小二乘法，并用 matlab 對 A | b 1 ， B | b 2 兩

個矩陣求解，可以解得 k i ( i =1 ， 2 ，…， 12) ， l i ( i =1 ，

2 ，…， 8) ，將求得的常數(shù)值帶入到式 (7) 和 (8) 中，得到

2

堿性條件下： q u = 0 . 412 c + 5 . 697

(5) (6)

寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度隨摻量、齡期、硫酸鈉濃度變化而變化的 規(guī)律方程，由于公式 (9) 和 (10) 中 A ， B 兩矩陣行數(shù) r

式 (5) 和 (6) 中， q u 為寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土抗壓強度 (MPa) ； c 為

硫酸鈉溶液濃度 (%) 。
酸堿環(huán)境下硫酸鈉侵蝕對寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土的力學特性影響
（ 2 ）通過對結(jié)果的極差和方差分析，在酸堿不同

條件下，寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度均在一定范圍內(nèi)隨寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山摻量

(9%~18%) ，齡期 (14d~28d) ，硫酸鈉濃度 (0%~3%) ，增

加而增加，寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山摻量影響{zd0}，其次為齡期，硫酸鈉 濃度影響相對偏小。

（ 3 ）運用最小二乘原理和 matlab 軟件對試驗結(jié)

果進行處理，建立寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度與寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山摻量、齡期、硫 酸鈉濃度三個參數(shù)相關(guān)的三因素回歸方程，可以對實 際工程中相應(yīng)條件下寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山土強度預(yù)測提供試驗依據(jù)。