基于GRA的大理石粉水泥標準稠度用水量 影響因素研究

李桂山 莫錦平 張帆 張金團 胡琴

摘要：為研究大理石產業(yè)粉體水泥標準稠度用水量的影響因素，以大理石產業(yè)粉體的種類（大理石粉、大理石廢粉）、細度（3000目、600目、400目、廢粉）及摻量（0、5%、10%、15%、20%、25%）為參數，設計了21組配合比開展試驗研究，并采用灰色關聯(lián)度分析對多種影響因素進行主次分析，研究表明：大理石粉水泥凈漿標準稠度用水量隨著摻量的增加而減小，當摻量為25%時，對標準稠度用水量影響最大，比純水泥標準稠度用水量降低4.3～6.2%;隨著大理石粉的粒徑減小，形成凈漿的標準稠度用水量在不斷減小;相同摻量條件下，大理石粉與水泥形成的凈漿小于大理石廢粉的標準稠度用水量;根據關聯(lián)度的大小關系為r3>r1>r2，得到對各影響因素主次關系：大理石產業(yè)粉體種類（非飽和樹脂有機物含量）>粒徑>摻量;大理石產業(yè)粉體在水泥中應用，對水泥的標準稠度用水量（流動性）要根據大理石產業(yè)粉體的種類，控制粒徑和摻量設計配合比，為大理石產業(yè)粉體在水泥中的應用提供參考。

Abstract： In order to study the factors affecting the water consumption of marble powder cement standard consistency， the parameters of marble powder type （marble powder marble waste powder）， fineness （3000mesh/600mesh/400mesh/waste powder） and the amount of mixture （0/5%/10%/15%/20%/25%） were used as parameters. Twenty-one groups of mixture ratio were designed to carry out experimental study， and grey correlation analysis was used to analyze the main and secondary factors. The results showed that the standard consistency water consumption of marble cement paste decreased with the increase of cement content， and when the content was 25%， It has the greatest influence on the standard consistency water consumption， and the ratio of pure water to pure water. The standard consistency water consumption of mud decreases by 4.3% to 6.2%. With the decrease of marble particle size， the standard consistency water consumption for the formation of net slurry decreases continuously. The water consumption of the standard consistency of marble powder and cement is less than that of marble waste powder. According to the correlation degree， the main and secondary relationships of the influencing factors are obtained： the type of powder in marble industry （organic content of unsaturated resin） > the particle size > the content of additive， and the application of marble powder in cement， the relation of the correlation degree is r3>r1>r2. The standard consistency water consumption （fluidity） of cement should be controlled according to the type of marble powder. The mix ratio provides a reference for the application of marble powder in cement.

關鍵詞：大理石產業(yè)粉體;標準稠度用水量;灰色關聯(lián)度分析（GRA）

Key words： marble industrial powder;standard consistency water consumption;grey correlation analysis （GRA）

中圖分類號：TQ172.1+6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）20-0164-05

0? 引言

廣西賀州市作為重鈣之都，有著豐富的大理石礦產資源，當地政府利用豐富的大理石資源打造地方支柱產業(yè)。隨著大理石產業(yè)的不斷發(fā)展，大理石開采加工量不斷增加，平均年開采加工量在6000萬噸，而大理石在開采加工中都會產生大量的廢棄大理石產業(yè)粉體，主要包括大理石粉和大理石廢粉，從采礦到拋光的過程中，一個巖塊約有40%生成大理石漿液、約有30%成為破碎荒料[1]，因此，開采加工過程中的廢棄物問題越來越嚴重，其中產生的廢粉利用率較低，利用途徑較少，對環(huán)境造成了嚴重的影響，成為了大理石產業(yè)發(fā)展中一個亟需解決的問題。

現在處理大理石產業(yè)粉體中的主要作為水泥基材料。Sayed等人研究表明[2]，在水泥生產過程中摻加5wt.%大理石粉，不會影響水泥的各項性能;Belaidi等人的研究表明[3-4]，摻入大理石粉后，混凝土的力學性能表現良好;楊永民等[5]指出，摻入大理石粉可以提高混凝土抗碳化性能但會降低其抗氯離子滲透性能，大理石粉有利于提高水泥早期強度，也可以提高混凝土的早期力學強度。因此，將大理石粉或廢粉摻入混凝土中使用，不僅能解決大理石廢漿液或粉體的污染環(huán)境的問題，而且能夠促進建材的可持續(xù)發(fā)展。

目前，對于大理石產業(yè)粉體在水泥基材料中的研究應用，國內外專家學者取得了一定的研究成果[6-10]，主要對其力學性能，流變性能及工作性能。但大理石產業(yè)粉體加入水泥中標準稠度用水量研究較少，本文在現有研究基礎上，研究不同大理石產業(yè)粉體種類、粒徑及摻量對大理石產業(yè)粉體水泥基標準稠度用水量的影響，對取代后大理石產業(yè)粉體水泥基材料標準稠度用水量進行關聯(lián)度分析，為進一步研究大理石粉或廢漿液在水泥基材料中的應用提供參考。

1? 試驗概況

1.1 原材料

本文試驗水泥選用華潤富川水泥廠生產的潤豐（旋窯）PO 42.5級水泥，記為P，化學組成成分見表1，水泥物理力學性能指標見表2;大理石產業(yè)粉體采用廣西利升事業(yè)有限公司的廢漿液干化后的大理石廢粉及賀州永通粉體有限公司生產的3000目、600目和400目大理石粉，分別記為MF、MI、MII、MШ。材料樣品粒徑分布特征見表3，大理石粉的基本性能見表4，試驗用水采用賀州市自來水。

1.2 試驗配合比設計

本試驗以大理石產業(yè)粉體種類、粒徑和摻量為參數，共設計21組試驗配合比，主要研究MF、MI、MII、MШ摻量分別為0、5%、10%、15%、20%、25%對大理石產業(yè)粉體水泥標準稠度用水量的影響。試驗配合比設計分組見表5。

1.3 試驗方法

大理石產業(yè)粉體水泥標準稠度用水量根據GBT1346-2011 《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》進行測定。①凈漿制作：試驗在20℃±2℃相對濕度不低于50%條件下，先濕潤攪拌鍋和攪拌葉片，其次將試驗樣品加入攪拌鍋及適量的水進行低速攪拌120s，停15s將鍋壁及葉片上漿體刮入鍋中，再高速攪拌120s，按照以上方法制作水泥-大理石粉凈漿;②試驗測試：首先將攪拌鍋凈漿按照規(guī)范制作試模，然后將試模放到維卡儀上，調整試桿與試模位置，使其試桿對準試模中間并接觸，擰緊螺絲1～2s，突然釋放使試桿自然下落，當試桿停止運動或釋放試桿30s后記錄試桿距試模底部距離;以試桿沉入凈漿并距底板6mm±1mm的水泥凈漿為標準稠度，其拌和用水量為水泥-大理石粉標準稠度用水量（P），該實驗操作要求在1.5min內完成。

2? 試驗結果與分析

2.1 摻量對標準稠度用水量的影響

圖1為摻量對標準稠度用水量的影響，由圖1可知3000目大理石粉的摻量分別為5%、10%、15%、20%和25%時其標準稠度水量均比純水泥減小2.2%、4%、4.7%、5.8%和6.2%。600目大理石粉的摻量分別為5%、10%、15%、20%和25%時其稠度用水量均比純水泥減小1.4%、2.5%、3.6%、4.7%和5.4%。400目大理石粉的摻量分別為5%、10%、15%、20%和25%時其標準稠度用水量均比純水泥減小0.7%、1.4%、2.5%、3.6%和4.3%。大理石廢粉摻量分別為5%、10%、15%、20%和25%時其標準稠度水量均比純水泥減小0.4%、0.7%、1.4%、1.8%和2.5%。其漿體的標準稠度用水量隨著摻量的增加而減小。上述結果與彭鴻濤等[11]人研究結果一致，漿體標準稠度用水量隨摻量增加而減小主要原因由于大理石產業(yè)粉體的主要成分為CaCO3，大理石粉摻入水泥基材料中不參與水泥水化發(fā)應，漿體的形成由水泥水化形成，隨著大理石產業(yè)粉體的摻量增加，水泥的相對含量減少，水化反應所需水量減小，因而標準稠度用水量也在不斷減小;大理石產業(yè)粉體摻入的量越大水泥的顆粒級配改善程度越大，大理石產業(yè)粉體不參與水化反應，起到了填充效果，可以置換水泥顆粒間的自由水，從而降低標準稠度用水量。

2.2 粉體種類對標準稠度用水量的影響

2.3 粉體種類對標準稠度用水量的影響

圖2為粉體種類對標準稠度用水量的影響，由表3可知600目大理石粉與大理石廢粉粒徑特征相似，由圖3可以看出相同摻量，粒徑相似的條件下，漿體標準稠度用水量600目大理石粉的需水量均小于大理石廢粉的需水量。摻量相同的條件下，600目大理石粉與水泥形成的凈漿小于大理石廢粉的標準稠度用水量，且兩者均小于純水泥漿的標準稠度用水量。主要原因大理石廢粉來自人造崗石中的含有其他大理石粉所沒有的非飽和樹脂成分，非飽和樹脂的存在使人造崗石廢粉水泥漿的標準稠度用水量變得沒有那么敏感，其標準稠度用水量隨著摻量的增加也在減小，減小的幅度不大。

2.4? 顆粒粒徑對標準稠度用水量的影響

圖3為顆粒粒徑對標準稠度用水量的影響，由圖3可得相同摻量的條件下，3000目、600目、400目大理石粉與水泥形成的凈漿均小于純水泥凈漿標準稠度用水量，不同粒徑大理石粉摻量分別為5%、10%、15%、20%和25%時其需水量均比純水泥減小0.7～2.2%、1.4～4%、2.5～4.7%、3.6～5.8%和4.3～6.2%。隨著大理石粉的粒徑減小，漿體標準稠度用水量在不斷減小。漿體對應的水灰比隨粒徑的增大也在不斷減小。由此可知粒徑越小，水灰比越小凈漿強度則會相對較高，該研究結果與肖佳等人研究結果一致[12]。綜上可知，摻量相等時其用水量隨著細度的增加而減小，粒徑越小需水量越小，摻量越大標準稠度水量越小。由此說明相同的流動性能，不同細度大理石粉具有一定的減水效果，顆粒越細減水效果越明顯。主要原因大理石粉使水泥漿體Zeta電位降低，粒子間相互吸附黏聚，漿體流動消耗能量增加，屈服應力和塑性黏度增大，流動性能降低;水泥凈漿標準稠度用水量主要取決于顆粒見空隙度、水泥顆粒的表面積以及水膜的厚度，加入不同粒徑大理石粉后，可改善顆粒間孔隙度、表面積水膜厚度，降低標準稠度用水量[6]。

3.? 標準稠度用水量影響因素灰色關聯(lián)度分析

根據本文2節(jié)以3000目大理石粉及大理石廢粉試驗結果運用灰色關聯(lián)度分析大理石-水泥基材料標準稠度用水量的多種影響因素?；疑P聯(lián)分析樣本見表6，表6中，Y表示標準稠度用水量，X1為反應粒徑大小的體積平均粒徑、X2為摻量、X3為粉體類型的非飽和樹脂有機物的含量。

運用灰色關聯(lián)度分析理論計算如下：

3.1 樣本值標準化

根據表7中樣本值，以序號1試驗結果作為基數，其它各序號試驗數據以序號1數據作為基準進行比值換算。換算結果見表7。

3.2 求差序列

根據表8樣本值標準化結果進行分析計算對應序列差，序列差記為Δtj（k），對計算的序列差進行■、■求解，計算結果見表8。

由表8中計算結果可知，各個差序列的最小值■，Δmin=0各個序列差最大值■，Δmax=4.029。

3.3 定義關聯(lián)系數

本文設分辨系數ρ=0.5，其取值一般為0.1-0.5。關聯(lián)系數定義為：

考慮各因素的關聯(lián)度計算為：

式中：ωk指的是k的權重系數。即本文取ωk=0.1，k=1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，根據式（3）計算可得比較序列Xi對Y的關聯(lián)度ri，計算結果見表9。

由表9中計算結果可知：

X1（體積平均粒徑）對Y（標準稠度用水量）的關聯(lián)度r1=0.655;

X2（摻量）對Y（標準稠度用水量）的關聯(lián)度r2=0.579;

X3（非飽和樹脂有機物含量）對Y（標準稠度用水量）的關聯(lián)度r3=0.659。

綜上可知，對于本次試驗結果，根據各影響因素關聯(lián)度的關系r3>r1>r2，對標準稠度用水量影響因素：大理石粉種類（非飽和樹脂有機物含量）>粒徑>摻量。因此對于大理石粉在水泥基材料中應用，對水泥基材料的標準稠度用水量（流動性）要根據大理石粉種類，控住粒徑和摻量設計配合比，為大理石粉在水泥基材料的應用提供參考。

4? 結論

①大理石產業(yè)粉體摻入水泥中可改善粒級配，大理石產業(yè)粉體與水泥顆粒見形成了良好填充效果，置換粉體顆粒間的自由水，從而降低標準稠度用水量。水泥與大理石產業(yè)粉體凈漿標準稠度用水量隨著摻量的增加而減小，當摻量為25%時，對標準稠度用水量影響最大，比純水泥標準稠度用水量降低4.3～6.2%;隨著大理石粉的粒徑減小，形成凈漿的標準稠度用水量在不斷減小。

②大理石廢粉存在的非飽和樹脂對標準稠度用水量變得不敏感，相同摻量條件下，大理石粉與水泥形成的凈漿小于大理石廢粉的標準稠度用水量。

③利用灰色關聯(lián)度理論對標準稠度用水量影響因素主次關系分析，根據計算關聯(lián)度的大小關系為r3>r1>r2，得到對標準稠度用水量影響因素主次關系：大理石產業(yè)粉體種類（非飽和樹脂有機物含量）>粒徑>摻量。

④大理石產業(yè)粉體在水泥中應用，對大理石產業(yè)粉體水泥標準稠度用水量（流動性）要根據大理石產業(yè)粉體種類，控制粒徑和摻量設計配合比，為大理石粉在水泥中的應用提供參考。

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