崔海弘
摘 要:在大学院校土木工程专业教学中,建材技术实验是非常重要的必修课程。它不仅能够深化学生对建材技术课本知识的理解,也能够锻炼学生的动手和动脑能力,而且能够让学生掌握基本的建材处理能力。本研究利用几个实际的重要建材技术实验实例,探讨了建材技术基本实验方法。
关键词:建材技术;实验实例;基本方法
古语云:书上得来终觉浅,绝知此事要躬行。在大学建材技术教学中,适当利用实验的方法,激发学生对建材技术学习的兴趣,具有非常关键的作用。但是,很多高等院校并未注重这种实验法,或者由于实验室资源的缺乏,导致建材试验课程无法开展。而笔者根据大多数院校实验设施情况,通过例子,介绍了建材技术实验的可行性方法。
1 几种典型建材技术实验方法的介绍与分析
1.1 煤矸石透水混凝土的实验分析——单一变量和正交比法
煤矸石透水混凝土的实验是非常重要的大学建材技术实验。煤矸石是一种在煤形成过程中与煤伴生、共生的坚硬岩石,是在煤炭开采和洗选加工过程中被分离出来的固体废弃物,包括岩巷及煤巷掘进中排出的矸石。而如果将这些煤矸石白白的扔掉,不仅会造成资源浪费,还会引起环境污染。而利用煤矸石的一些特殊性能改良混凝土,是煤矸石综合利用的重要方向。而本实验研究了用煤矸石骨料代替天然骨料配制的透水混凝土的性能,并通过一定的实验方法,探讨骨料粒径影响该改性混凝土的强度与透水系数的情况,从而深化学生对相关建材技术应用的理解。
1.1.1 实验原料
适量粒径为2 ~15 mm的煤矸石(徐州某新型建材公司生产,实验用);实验室用水泥:型号P·O 425R(中联巨龙淮海水泥股份有限公司生产);附加添加剂:青岛某公司生产的 HSC 聚羧酸高性能减水剂,其作用是在保持一定稠度或干湿度的前提下,提高骨料颗粒间的粘结强度,进而提高透水混凝土的整体力学性能;水:实验用消毒自来水即可。
1.1.2 实验方案
根据建材技术课本知识,水与生石灰的比例、煤矸石骨料的粒径、骨料与凝胶材料的比例会对改性混凝土的透水性与硬度造成影响。而本实验采用改变一个条件、保持其它条件不变的实验方案,也即只改变煤矸石的骨料粒径,保持其它条件恒定的方法。而本实验拟采用0.30、0.35 和 0.40等3个粒径。同时保证骨料的单一性(粒径),将水与生石灰的比例调控至于0.25 ~0.45。
1.1.3 实验方法
本试验采用正交试验方法来分析这些因素对煤矸石透水混凝土抗压强度与透水系数影响的显著性,以期找到制备煤矸石透水混凝土的最佳方案。
1.1.4 操作步骤
(1)制备实验用的混凝土试件。试件的标准尺寸为长15厘米,宽10厘米,厚度为10厘米,同时在试件的上表面周围制备高约1厘米的围槽,用以储水。
(2)精密称取适量的煤矸石骨料、水泥和其它实验材料,称取的质量按照具体的实验要求而定。
(3)将称取好的个实验材料放入大烧杯中,加水搅拌,直至成糊状位置。注意加水的量,既要保证混合料能够被充分润湿,又不要使其具备流动性。
(4)将混合充分的混合料移入到试件模中,注意添加的量要适宜,且不要在模型中留下较大的空隙。
(5)盖上模盖,调节压力至3MPa。
(6)待基本成型后,在标准湿度和温度的干燥箱中养护大约二十四天。在拆模后,淋水法养护一周左右,并自然干燥一个月左右。
(7)每种粒径的骨料平行制备三个试件,共9个。
(8)将预先浸水饱和并四周蜡封的试件置入测试仪中,然后用橡皮泥密封透水仪内壁与试件之间的接缝,测试时向透水仪中加水至一定高度,控制加入水的流量,维持一定的水位,待渗透水流量稳定后,测试在一定时间内通过试件的渗水量。
(9)记录数据并分析。
以上便是煤矸石透水混凝土实验的基本操作流程与方法。本实验主要采用了单一变量法和正交比法,而这两种方法是大学建材技术实验主要应用的方法,且体现了比较高的实验效能,因此应鼓励学生积极学习并掌握这两种试验方法。
1.2 预拌再生混凝土的实验研究——对比实验法
预拌再生混凝土的实验也是大学建材技术的重要实验。将再生骨料与水泥、其他骨料、水以及根据需要掺入的外加剂、矿物掺合料等组分,按一定比例在搅拌站经集中拌制后出售的混凝土拌合物称为预拌再生混凝土。而这里的再生骨料主要是建筑垃圾,如建筑完工后留下来的水泥、沙土、混凝土,或者建筑拆毁后产生的一些可利用的废弃物料。由此可见,这种实验技术是非常典型地绿色建材技术。它不仅能够有效节省建筑成本,还能处理大量的建筑垃圾,改善环境,而这个实验选入大学课本也是在情理之中的。而根据笔者多年的教学经验,该实验走到今日,从实验技术和试验方法上均已经比较完善,且还得到了不小的改进,很多实验技术还走出了实验室,进入了市场实际应用。此外,该实验原材料易于获得,所使用到的仪器也比较常见,因此适合绝大多数高校的实验室。
1.2.1 实验材料
实验用再生骨料适量;水泥;砂浆骨料;自来水;辅助凝固剂等。
1.2.2 实验设计
进行预拌再生混凝土配合比设计试验的基本思路是: 首先对鲍罗( Bolomey) 公式进行改进,确定新的再生混凝土强度与水灰比之间的回归关系,然后根据全计算法的设计方法计算用水量和砂率等参数,根据试验确定最终的配合比。再生粗骨料考虑附加水或自由水。
1.2.3 实验步骤
(1)称取适量的骨料,平均分为三份。将分好的混凝土骨料进行附加水和自由水含量分析,记录数据。
(2)将三分骨料安装含水量由大到小的顺序编号为A、B、C。
(3)将三份骨料均移入大小相同且充分干燥的烧杯中,加自来水,将A的水灰比控制在1:1(质量比,同下),B的水灰比控制在1:1.3,C的水灰比控制在1:1.5.
(4)将每一份水灰混合物充分搅拌均匀,移入制模器中制模。
(5)将基本成型的混凝土模充分干燥,测试强度。
(6)记录并分析数据,找出最佳水灰比。
上述便是该实验的基本内容和操作方法,但需要提及的一点是,仅仅凭借三组实验数据是根本不能找出能够使预拌再生水泥强度达到最大值的水灰比的。而本实验仅仅是作为探究性的实验,在更深层次的研究性实验中才会设置更多的实验组。而根据教学经验,凭借这三组实验数据,就可以很好地实践对比分析法在建材技术实验中的应用。
2 一些其它建材技术实验方法的探讨
单一变量法、正交比法和对比分析法是大学建材技术实验课程教学中非常常用和非常重要的试验方法。例如在“探究不同水泥含量下混凝土的强度”实验中,也用到了单一变量法和正交比法。但是,仅仅依靠这三种试验方法是很难取得理想的实验教学效果的。而根据笔者的教学经验,还有一些其它的方法能够应用在实际教学中,如类比分析法和回归方程法等,就在上文探讨的预拌再生混凝土的实验研究中,就可以根据实验产生三组数据,列出回归方程,推算出最佳水灰比,而且实验结果也证明了这种方法的有效性。因此,应当加强对其它实验方法的研究。最后,特别需要提及的一点是,还应注意实验方法的创新。只有不断革新实验方法,才能满足新课程下大学建材技术实验教学改革的要求,才能在根本上提高实验教学水平。
3 结语
大学建材技术实验的丰富多彩的,利用不同的实验方法,就会取得不同的实验效果。而在每一种实验方法的尝试过程中,都会学到很多的知识和一些课本上学不到的东西。因此,加强对实验方法的探讨,是提高实验教学效率的必由之路。
参考文献
[1] 张亚梅,秦鸿根,孙伟,等.再生混凝土配合比设计初探索[J].混凝土与水泥制品,2012(1):7-9.
[2] 饶玲丽,曹建新,张洪波,等.粉煤灰透水砖的制备研究[J].新型建筑材料,2009(7):48-50.