酸碱环境下硫酸钠侵蚀对宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土的力学特性影响
摘 要： 为了探究硫酸钠对不同酸碱环境中宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土构件的腐蚀情况，采用正交试验以不同浓度的硫酸钠溶液来养护宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山 土，分析宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土经酸碱溶液与硫酸钠腐蚀后的强度变化规律，以及在一定范围内各因素对宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度劣化的影响程度， 并拟合宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度随各因素的变化曲线。通过对试验结果进行极差和方差分析，在不同酸碱条件下对宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度影响 {zd0}的为宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山掺量，其次为养护龄期，硫酸钠溶液影响最小。利用试验数据建立宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度与三因素的回归方程，可 以对实际工程中相应条件下宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度预测提供试验依据。
关键词 ：宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土；腐蚀；硫酸钠；宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山掺量；养护龄期；溶液浓度；强度；回归曲线 中 图 分类 号 ： TU521.3 文献标识码 ： A
acid or alkali condition
酸碱环境下硫酸钠侵蚀对宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土的力学特性影响 -----------------------------------------------------Page 1-----------------------------------------------------
地区某工地距地表 2m 左右土体，土体的各项性能指标 为：xx重度 18.03kN/m 3 ，xx含水率 9.1% ，液限 34.7% ，塑限 20.4% ，液性指数 0.69 ，塑性指数 14.3 。 将试验用土铺开晒干后，过 5mm 筛，去除土体中 杂质，分别计算 9% 、 12% 、 15% 、 18% 宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山掺量， 水灰比为 2 的宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山、水的用量，与土体均匀搅拌后 放 入 模 具 ， 分 三 层 击 实 ， 制 成 70.7mm×70.7mm× 70.7mm 大小的试件。
1.2 溶液配制与养护
分别用硫酸和氢氧化钠配制 pH=4 、 pH=10 的酸碱
两种溶液，每种四份，并分别于酸碱溶液中添加硫酸 钠，添加量分别为 0% 、 1% 、 2% 、 3% 。根据正交试验 设计表将制好的试件分别放入 8 个装有不同溶液的养
护容器内，进行养护，养护时间及进行强度测试的时 间根据正交试验表依次进行，具体试验表见表 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 试验方法
试验选用正交试验的方法，通过试验拟合宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土 在不同浓度硫酸钠和酸碱不同溶液作用下强度变化规
6.76 5.87 5.41 4.96 极差 R 3.05 1.27 0.71 0.44
4.02 4.78 5.55 6.57
K
=80.09
K
=101.1
律，拟合强度变化趋势曲线，并用最小二乘法原理和 matlab 软件分别建立宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度在酸碱不同情况下，
强度与宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山掺量、龄期、硫酸钠浓度三个因素相关的 三因素表达式。各因素水平见表 1 。
表 1 影响因素及水平
Tab. 1 Influencing factors and levels
因素 水平 1 水平 2 水平 3 水平 4
宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山掺量 /% 9 12 15 18 龄期 /d 14 28 45 60 溶液浓度 /% 0 1 2 3
2 试验结果及分析
分别对实验结果进行极差分析、方差分析，总结 宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度随各因素变化趋势以及各因素的影响显著 程度，建立回归曲线，计算三因素表达式。 2.1 试 验 结 果 的 极 差 分 析 表 2 实验设计及强度极差分析
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 极差 R 5.09 3.87 1.37 0.58
极差分析是通过计算各因素每一水平下宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强 度的平均值，通过计算每一因素下极差值，得到各因 素对宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度的影响程度。如表 2 所示，比较酸碱
不同条件下宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土极差值可知，酸碱不同条件下，各 因素对宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度影响的程度均为：宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山掺量 > 龄期 >
硫酸钠浓度。
酸性条件下本身对宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度发展起到劣化作
用，与硫酸钠共同作用后，效果更为明显，强度较碱 性条件下大幅降低。在酸性条件下，宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山掺量增加（ 9% → 12% → 15% → 18% ），宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度强化明显， 18% 掺 量条件下较 9% 掺量强度增加 82.1% ；同条件下，龄期 增加（ 14d → 28d → 45d → 60d ）时，强度也表现为均匀 增加， 60d 时宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度较 14d 时增加了 27.6% ；溶液 浓度增加（ 0% → 1% → 2% → 3% ），强度变化并不明显，
考虑是由于不同掺量，不同龄期对宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度强化特
试验
号
宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山
掺量
/%
龄期
/d
溶液
浓度
/%
误差
列
酸性条件
抗压强度
/MPa
碱性条件
酸碱环境下硫酸钠侵蚀对宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土的力学特性影响
如图 1 所示，在酸碱不同条件下，宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度随 宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山掺量的增加呈线性上升，利用 matlab 进行回归分
析，两种条件下，宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度与宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山掺量的之间可以
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用线性关系来表示，线性方程为：
酸性条件下： q u = 0 . 331 a c + 0 . 541 碱性条件下： q u = 0 . 530 a c − 0 . 832
(1) (2)
三者对宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度共同影响的表达式：
酸性条件：
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 为宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土抗压强度 (MPa) ； a c 为
宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山掺量 (%) 。
3.2 抗压强度与龄期的回归模型
如图 2 所示，宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土在酸碱不同条件下，强度随
龄期呈线性增加，故建立宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土随龄期变化的线性方 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) 为回归系数。
碱性条件：
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)
酸性条件下： q u = 0 . 026 t + 4 . 05 碱性条件下： q u = 0 . 074 t + 3 . 58
(3) (4)
式 (8) 中 l i ( i =1 ， 2 ，…， 8) 为回归系数。
将试验中的掺量 a c 、龄期 t 、浓度 c 值分别带入
式 (3) 和 (4) 中， q u 为宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土抗压强度 (MPa) ； t 为
养护龄期 (d) 。
3.3 抗压强度与硫酸钠浓度的回归模型
表达式 (7)(8) 中，成为一矩阵，其形式可表示为：
A • k = b 1 B • l = b 2
(9) (10)
如图 3 所示，利用回归分析的方法，宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土在酸
性条件下，强度随硫酸钠浓度变化规律可以用二次多 项式的关系来表示，而在碱性条件，强度随硫酸钠浓 度变化可用线性方程来表示，两者方程如下：
酸性条件下：
式 (9)(10) 中， b i ( i =1,2) 为正交试验结果，矩阵
A | b 1 ， B | b 2 如下页所示。
利用最小二乘法，并用 matlab 对 A | b 1 ， B | b 2 两
个矩阵求解，可以解得 k i ( i =1 ， 2 ，…， 12) ， l i ( i =1 ，
2 ，…， 8) ，将求得的常数值带入到式 (7) 和 (8) 中，得到
2
碱性条件下： q u = 0 . 412 c + 5 . 697
(5) (6)
宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度随掺量、龄期、硫酸钠浓度变化而变化的 规律方程，由于公式 (9) 和 (10) 中 A ， B 两矩阵行数 r
式 (5) 和 (6) 中， q u 为宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土抗压强度 (MPa) ； c 为
硫酸钠溶液浓度 (%) 。
酸碱环境下硫酸钠侵蚀对宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土的力学特性影响
（ 2 ）通过对结果的极差和方差分析，在酸碱不同
条件下，宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度均在一定范围内随宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山掺量
(9%~18%) ，龄期 (14d~28d) ，硫酸钠浓度 (0%~3%) ，增
加而增加，宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山掺量影响{zd0}，其次为龄期，硫酸钠 浓度影响相对偏小。
（ 3 ）运用最小二乘原理和 matlab 软件对试验结
果进行处理，建立宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度与宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山掺量、龄期、硫 酸钠浓度三个参数相关的三因素回归方程，可以对实 际工程中相应条件下宁波海螺水泥厂家325.425.525白黑硅酸盐水泥杭州湾慈溪奉化象山土强度预测提供试验依据。
