粒度分布对大掺量矿渣、钢渣胶凝体系抗压强度影响的灰色关联分析

D0L:10.13374/.issn1001-053x.2012.05.002 第34卷第5期 北京科技大学学报 Vol.34 No.5 2012年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 2012 粒度分布对大掺量矿渣、钢渣胶凝体系抗压强度影响 的灰色关联分析 王中杰”倪文)8封金鹏2》 张磊” 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)广西大学资源与治金学院，南宁530004 通信作者，E-mail:niwen(@ces.nsth.cdu.cn 摘要为了能够更好地大量利用矿渣、钢渣制备高强建筑材料，实验采用灰色关联分析方法研究了矿渣、钢渣的粒度分布 对大摻量矿渣、钢渣胶凝体系抗压强度的影响.矿渣和钢渣摻量分别占胶凝材料总质量的50%和30%，水胶比为0.34.研究 表明：粒度小于8.39μm的矿渣、钢渣颗粒对其胶凝体系3d和28d抗压强度均起到增强作用，大于8.39μm的矿渣、钢渣颗粒 对抗压强度起到削弱作用.为了提高大参量矿旷渣、钢渣胶凝体系28d抗压强度，应当主要增加5.03~8.39m矿渣、钢渣颗粒数量. 关键词废弃物利用：矿渣；胶凝体系：粒度：抗压强度：灰色关联分析：建筑材料 分类号TU521.4 Grey correlation analysis on the effect of slag particle size distribution on the compressive strength of cementitious binder consisting of high-volume blast fur- nace slag and steel slag WANG Zhong jie,NI Wen,FENG Jin-peng,ZHANG Lei 1)School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Resources and Metallurgy,Guangxi University,Nanning 530004,China Corresponding author,E-mail:niwen@ces.ustb.edu.cn ABSTRACT In order to improve the utilization of blast furnace slag and steel slag into high strength building materials to great ex- tent,the effect of slag particle size on the compressive strength of cementitious systems prepared with a great deal of blast furnace and steel slag was investigated by grey correlation analysis.The blast furnace slag and steel slag account for 50%and 30%in mass respec- tively with the water-binder ratio of 0.34.Slag particles of less than 8.39 um in size can contribute to the 3 d and 28 d compressive strengths,but the particles of more than 8.39 um in size have negative effect on them.It is indicated that slag particles with the size between 5.03 um and 8.39 um should be increased in the cementitious system so as to improve the 28 d compressive strength. KEY WORDS waste utilization:slags;cementitious systems;particle size:compressive strength;grey correlation analysis:building materials 随着我国经济和社会的快速发展，水泥、混凝土 的消耗和环境的破坏具有重要意义.利用矿渣、粉 材料每年消耗量巨大.据统计，2010年我国水泥总 煤灰等工业固废制备混凝土不仅实现了资源的再利 产量约为18.68亿t,同比增长15.5%.水泥、混凝 用，而且在一定程度上减少了对环境的破坏-.目 土的大量使用同时也给环境带来了负面影响.目 前，磨细矿渣作为混凝土胶凝材料组成部分己经普 前，我国生产1t水泥熟料平均消耗约152kg标准 遍被人们所接受，但钢渣在混凝土中的利用率仍然 煤、2t石灰石，同时排出1t二氧化碳，另外还有 较低6.目前，对大掺量矿渣、钢渣体系胶凝特性 NO、S0,等气体及大量粉尘排出四.因此，在满足混 的研究多数局限在掺量对强度的影响，而粒度分布、 凝土施工要求前提条件下，减少混凝土制备对资源 叠加效应等因素对该体系胶凝特性影响的研究鲜有 收稿日期：201103-20 基金项目：国家重大公益项目(200805030)

第 34 卷 第 5 期 2012 年 5 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 5 May 2012 粒度分布对大掺量矿渣、钢渣胶凝体系抗压强度影响 的灰色关联分析 王中杰1) 倪 文1) 封金鹏2) 张 磊1) 1) 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083 2) 广西大学资源与冶金学院，南宁 530004 通信作者，E-mail: niwen@ ces． ustb． edu． cn 摘 要 为了能够更好地大量利用矿渣、钢渣制备高强建筑材料，实验采用灰色关联分析方法研究了矿渣、钢渣的粒度分布 对大掺量矿渣、钢渣胶凝体系抗压强度的影响． 矿渣和钢渣掺量分别占胶凝材料总质量的 50% 和 30% ，水胶比为 0. 34． 研究 表明: 粒度小于 8. 39 μm 的矿渣、钢渣颗粒对其胶凝体系 3 d 和 28 d 抗压强度均起到增强作用，大于 8. 39 μm 的矿渣、钢渣颗粒 对抗压强度起到削弱作用． 为了提高大掺量矿渣、钢渣胶凝体系28 d 抗压强度，应当主要增加5. 03 ～8. 39μm 矿渣、钢渣颗粒数量． 关键词 废弃物利用; 矿渣; 胶凝体系; 粒度; 抗压强度; 灰色关联分析; 建筑材料 分类号 TU521. 4 Grey correlation analysis on the effect of slag particle size distribution on the compressive strength of cementitious binder consisting of high-volume blast fur￾nace slag and steel slag WANG Zhong-jie 1) ，NI Wen1) ，FENG Jin-peng2) ，ZHANG Lei 1) 1) School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Resources and Metallurgy，Guangxi University，Nanning 530004，China Corresponding author，E-mail: niwen@ ces． ustb． edu． cn ABSTRACT In order to improve the utilization of blast furnace slag and steel slag into high strength building materials to great ex￾tent，the effect of slag particle size on the compressive strength of cementitious systems prepared with a great deal of blast furnace and steel slag was investigated by grey correlation analysis． The blast furnace slag and steel slag account for 50% and 30% in mass respec￾tively with the water-binder ratio of 0. 34． Slag particles of less than 8. 39 μm in size can contribute to the 3 d and 28 d compressive strengths，but the particles of more than 8. 39 μm in size have negative effect on them． It is indicated that slag particles with the size between 5. 03 μm and 8. 39 μm should be increased in the cementitious system so as to improve the 28 d compressive strength． KEY WORDS waste utilization; slags; cementitious systems; particle size; compressive strength; grey correlation analysis; building materials 收稿日期: 2011--03--20 基金项目: 国家重大公益项目( 200805030) 随着我国经济和社会的快速发展，水泥、混凝土 材料每年消耗量巨大． 据统计，2010 年我国水泥总 产量约为 18. 68 亿 t，同比增长 15. 5% ． 水泥、混凝 土的大量使用同时也给环境带来了负面影响． 目 前，我国生产 1 t 水泥熟料平均消耗约 152 kg 标准 煤、2 t 石灰石，同时排出 1 t 二氧化碳，另外还有 NO、SO2等气体及大量粉尘排出［1］． 因此，在满足混 凝土施工要求前提条件下，减少混凝土制备对资源 的消耗和环境的破坏具有重要意义． 利用矿渣、粉 煤灰等工业固废制备混凝土不仅实现了资源的再利 用，而且在一定程度上减少了对环境的破坏［2--5］． 目 前，磨细矿渣作为混凝土胶凝材料组成部分已经普 遍被人们所接受，但钢渣在混凝土中的利用率仍然 较低［6--8］． 目前，对大掺量矿渣、钢渣体系胶凝特性 的研究多数局限在掺量对强度的影响，而粒度分布、 叠加效应等因素对该体系胶凝特性影响的研究鲜有 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.002

第5期 王中杰等：粒度分布对大掺量矿渣、钢渣胶凝体系抗压强度影响的灰色关联分析 ·547· 报道.本文主要利用灰色关联分析方法研究了 团有限公司.采用脱硫石音代替天然石膏，脱硫石 大掺量矿渣、钢渣胶凝体系在低水灰比的条件下粒 膏为北京石景山电厂湿法排出的工业废物，其主 度分布对其抗压强度的影响，以期在进一步提高这 要化学成分为CaS0,2H20.水泥熟料为河北唐山 种胶凝材料的强度方面做一些基础性探索. 冀东水泥厂提供的普通硅酸盐水泥熟料.矿渣、钢 渣、水泥熟料和脱硫石音的化学成分见表1.经过 1 实验原料和方法 计算可知本实验采用的矿渣碱度为0.94，鞍钢矿 1.1实验原料 渣属于酸性渣：鞍钢钢渣碱度为2.93，属于高碱 本实验采用的矿渣和钢渣都来自鞍山钢铁集 度渣. 表1矿渣、钢渣、熟料和脱硫石膏化学成分（质量分数） Table 1 Chemical compositions of blast furnace slag,steel slag,clinker and desulfurization gypsum p 原料 SiO2 Ca0 MgO A203 Fe2O FeO S03 其他 烧失量 矿渣 36.97 41.41 4.24 11.60 0.30 0.33 2.03 2.82 0.30 钢渣 12.22 35.82 11.00 6.84 14.53 11.81 0.48 2.26 5.04 脱硫石膏 3.16 33.38 7.49 1.35 0.47 0.09 45.70 0.08 8.28 熟料 22.50 66.30 0.83 4.86 3.43 0.02 0.31 0.79 0.96 1.2实验方法 球磨至比表面积为320m2kg. 实验首先选取粒径0.15~4.57mm钢渣，采用 选取不同比表面积的矿渣、钢渣用激光粒度 实验球磨机(SMΦ500mm×500mm,最大装料量5 分析仪进行粒度分布的测定，分散介质为无水乙 kg,转速48r·min-1,电机功率L.5kW)球磨钢渣至 醇.矿渣、钢渣粒度分布见图1和图2.实验把矿 比表面积分别为450、550和600m2·kg1三种粒级； 渣和钢渣的粒级分为小于1.09um、1.09~3.02 矿渣采用鞍山钢铁集团矿渣公司生产的矿渣粉（比 μm、3.02~5.03μm、5.03~8.39μm、8.39~ 表面积为410m2·kg),实验采用球磨机进一步球 16.58μm、16.58~32.78μm、32.78~64.79um和 磨.选取比表面积为410、460和530m2kg1三种粒 大于64.79um八个粒级区间，分别用Y,Y2,, 级的矿渣粉.熟料首先用颚式破碎机破碎至1~3 Y表示.颗粒数量在不同区间内的百分数统计结 mm,然后球磨至比表面积为380m2·kg1;脱硫石音 果见表2. 表2矿渣、钢渣粒度区间统计分布 Table 2 Particles size statistical distributions of blast fumace slag and steel slag 比表面积/ 粒度分布/% 种类 (m2.kg-1) Y Y Y3 Ys Y6 Y7 Y8 410 1.74 14.27 11.07 14.63 24.80 24.81 8.68 0.00 矿渣 460 3.71 22.51 15.69 18.31 24.59 13.67 1.52 0.00 530 5.93 29.86 16.79 17.66 21.38 8.22 0.16 0.00 450 4.26 16.49 8.91 10.20 18.60 23.78 17.16 0.60 钢渣 550 10.73 33.40 14.01 12.59 15.75 12.88 0.64 0.00 600 16.90 47.38 17.03 10.74 6.23 1.72 0.00 0.00 实验采用50%矿渣、30%钢渣、10%熟料和 地，在钢渣组实验中，矿渣、熟料和脱硫石膏的比 10%脱硫石膏的配合比.本实验分为矿渣组实验 表面积分别为530、380和320m2·kg1,在相同掺 和钢渣组实验.在矿渣组实验中，钢渣、熟料和石 量、细度的矿渣、熟料和脱硫石膏的前提下，只改 音的比表面积分别为450、380和320m2·kg,测 变钢渣的细度（钢渣粉比表面积为450、550和600 试在相同掺量、细度的钢渣、熟料和脱硫石音的前 m2·kg),从而研究钢渣粒度分布对抗压强度的 提下，只改变矿渣的细度（矿渣粉比表面积为410、 影响.实验参照GB/T17671一1999《水泥胶砂强 460和530m2·kg1),从而研究矿渣的粒度分布对 度检验方法(IS0法)》进行胶砂实验.实验采用水 大掺量矿渣、钢渣胶凝体系抗压强度的影响.同样 灰比为0.34.为了保证胶砂试样具有一定的流动

第 5 期 王中杰等: 粒度分布对大掺量矿渣、钢渣胶凝体系抗压强度影响的灰色关联分析 报道［9--12］． 本文主要利用灰色关联分析方法研究了 大掺量矿渣、钢渣胶凝体系在低水灰比的条件下粒 度分布对其抗压强度的影响，以期在进一步提高这 种胶凝材料的强度方面做一些基础性探索． 1 实验原料和方法 1. 1 实验原料 本实验采用的矿渣和钢渣都来自鞍山钢铁集 团有限公司． 采用脱硫石膏代替天然石膏，脱硫石 膏为北京石景山电厂湿法排出的工业废物，其主 要化学成分为 CaSO4 ·2H2O． 水泥熟料为河北唐山 冀东水泥厂提供的普通硅酸盐水泥熟料． 矿渣、钢 渣、水泥熟料和脱硫石膏的化学成分见表 1． 经过 计算可知本实验采用的矿渣碱度为 0. 94，鞍钢矿 渣属于酸性渣; 鞍钢钢渣碱度为 2. 93，属 于 高 碱 度渣． 表 1 矿渣、钢渣、熟料和脱硫石膏化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical compositions of blast furnace slag，steel slag，clinker and desulfurization gypsum % 原料 SiO2 CaO MgO Al2O3 Fe2O3 FeO SO3 其他 烧失量 矿渣 36. 97 41. 41 4. 24 11. 60 0. 30 0. 33 2. 03 2. 82 0. 30 钢渣 12. 22 35. 82 11. 00 6. 84 14. 53 11. 81 0. 48 2. 26 5. 04 脱硫石膏 3. 16 33. 38 7. 49 1. 35 0. 47 0. 09 45. 70 0. 08 8. 28 熟料 22. 50 66. 30 0. 83 4. 86 3. 43 0. 02 0. 31 0. 79 0. 96 1. 2 实验方法 实验首先选取粒径 0. 15 ～ 4. 57 mm 钢渣，采用 实验球磨机( SM 500 mm × 500 mm，最大装料量 5 kg，转速 48 r·min － 1 ，电机功率 1. 5 kW) 球磨钢渣至 比表面积分别为 450、550 和 600 m2 ·kg － 1 三种粒级; 矿渣采用鞍山钢铁集团矿渣公司生产的矿渣粉( 比 表面积为 410 m2 ·kg － 1 ) ，实验采用球磨机进一步球 磨． 选取比表面积为 410、460 和 530 m2 ·kg － 1 三种粒 级的矿渣粉． 熟料首先用颚式破碎机破碎至 1 ～ 3 mm，然后球磨至比表面积为 380 m2 ·kg － 1 ; 脱硫石膏 球磨至比表面积为 320 m2 ·kg － 1 ． 选取不同比表面积的矿渣、钢渣用激光粒度 分析仪进行粒度分布的测定，分散介质为无水乙 醇． 矿渣、钢渣粒度分布见图 1 和图 2． 实验把矿 渣和钢渣的粒级分为小于 1. 09 μm、1. 09 ～ 3. 02 μm、3. 02 ～ 5. 03 μm、5. 03 ～ 8. 39 μm、8. 39 ～ 16. 58 μm、16. 58 ～ 32. 78 μm、32. 78 ～ 64. 79 μm 和 大于 64. 79 μm 八个粒级区间，分别用 Y1，Y2，…， Y8表示． 颗粒数量在不同区间内的百分数统计结 果见表 2． 表 2 矿渣、钢渣粒度区间统计分布 Table 2 Particles size statistical distributions of blast furnace slag and steel slag 种类 比表面积/ ( m2 ·kg － 1 ) 粒度分布/% Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 410 1. 74 14. 27 11. 07 14. 63 24. 80 24. 81 8. 68 0. 00 矿渣 460 3. 71 22. 51 15. 69 18. 31 24. 59 13. 67 1. 52 0. 00 530 5. 93 29. 86 16. 79 17. 66 21. 38 8. 22 0. 16 0. 00 450 4. 26 16. 49 8. 91 10. 20 18. 60 23. 78 17. 16 0. 60 钢渣 550 10. 73 33. 40 14. 01 12. 59 15. 75 12. 88 0. 64 0. 00 600 16. 90 47. 38 17. 03 10. 74 6. 23 1. 72 0. 00 0. 00 实 验 采 用 50% 矿 渣、30% 钢 渣、10% 熟 料 和 10% 脱硫石膏的配合比． 本实验分为矿渣组实验 和钢渣组实验． 在矿渣组实验中，钢渣、熟料和石 膏的比表面积分别为 450、380 和 320 m2 ·kg － 1 ，测 试在相同掺量、细度的钢渣、熟料和脱硫石膏的前 提下，只改变矿渣的细度( 矿渣粉比表面积为 410、 460 和 530 m2 ·kg － 1 ) ，从而研究矿渣的粒度分布对 大掺量矿渣、钢渣胶凝体系抗压强度的影响． 同样 地，在钢渣组实验中，矿渣、熟料和脱硫石膏的比 表面积分别为 530、380 和 320 m2 ·kg － 1 ，在相同掺 量、细度的矿渣、熟料和脱硫石膏的前提下，只改 变钢渣的细度( 钢渣粉比表面积为 450、550 和 600 m2 ·kg － 1 ) ，从而研究钢渣粒度分布对抗压强度的 影响． 实 验 参 照 GB /T17671—1999《水 泥 胶 砂 强 度检验方法( ISO 法) 》进行胶砂实验． 实验采用水 灰比为 0. 34． 为了保证胶砂试样具有一定的流动 ·547·

·548 北京科技大学学报 第34卷 110 ☐3d☑☑28d 4 100 9 304 70 60 -0-410m2.kg 50 -■-460m2.kg1 20 % -▲-530m2.kg 0 10 9.4 0 5.2 7.4 0 0 10 20 30 40 50 60 450 550 600 粒径/m 钢渣比表面积m2.kg 图1比表面积为410、460和530m2·kg矿渣的粒度分布 图4 比表面积为450、550和600m2·kg1钢渣胶砂试样抗压 Fig.I Particles size distributions of blast furnace slag with specific 强度 surface areas of 410,460 and 530 m2.kg- Fig.4 The 3 d and 28 d compressive strength for steel slag with spe- cific surface areas of 450,550 and 600 m2.kg 110 100 90 2实验结果与分析 80 7 灰色关联分析是对系统动态过程量化分析以考 60 -◆450m2kg1 察系统诸因素之间的相关程度，是一种定量与定性 0 ●550m2.kg1 40 相结合的分析方法.其基本思想是根据事物或因素 600m2.kg 30 的序列曲线的相似程度来判断其关联程度，若两条 20 10 曲线的形状彼此相似则关联度大，反之则关联度就 10 20 3040 50 60 小.灰色关联分析可以从众多因素中提炼出影响系 粒径lum 统的主要因素，并且按照发展趋势作分析，对样本量 图2比表面积为450、550和600m2.kg1钢渣的粒度分布 的要求不高，而且分析结果一般与定向分析结果相 Fig.2 Particles size distributions of steel slag with specific surface 吻合，因而具有广泛使用性.对于大掺量的矿渣、钢 areas of 450.550 and 600 m2.kg 渣胶凝体系，影响试样抗压强度的因素诸多，例如， 性，在胶凝材料中添加占胶凝材料总量1%的 原料活性、细度、水胶比、实验温度、湿度等因素.实 UNF-5高效减水剂.试样在20±1℃、湿度大于 验建立灰色关联3-的为：以矿渣、钢渣胶凝体系3d 95%的养护箱内养护.试样一天拆模，并测其3d 和28d抗压强度为母序列，以矿渣、钢渣各粒径范 和28d抗压强度.两组实验的结果分别见图3和 围的颗粒含量为子序列，并由此计算出矿渣、钢渣粒 图4. 度分布对胶凝体系抗压强度的关联度和关联极性， 把粒度分布因素从影响胶凝体系抗压强度的众多因 ☐3dZ2☑28d 素中分离出来，进而研究在低水胶比条件下粒度分 50 63 布对大掺量矿渣、钢渣胶凝体系抗压强度的影响. 40 40.4 2.1矿渣粒度分布对抗压强度的影响 35 实验选取的母序列为胶砂试块的3d和28d抗 21.0 压强度，分别记Y、Ys;子序列为矿渣颗粒的不同 2 粒度区间，即Y,Y2,…,Y,(由于三次球磨矿渣的细 4.7 6.3 度都小于64.79um,故省略Y。子序列).计算首先 对原始数据进行均值化处理，计算结果见表3. 10 460 530 矿渣比表面积/(m2.kg-) 其次，进行相关性计算，分别计算出3d和28d 抗压强度母序列对应的子序列中E最小值和最大 图3比表面积为410、460和530m2·kg1矿渣胶砂试样抗压 强度 值，其结果见表4.利用表4中的E最小值、最大值 Fig.3 The 3 d and 28 d compressive strength for blast furnace slag 及其相关数据得出影响3d和28d抗压强度的相关 with specific surface areas of 410,460 and 530 m2.kg-1 系数，其计算结果见表5

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 图 1 比表面积为 410、460 和 530 m2 ·kg － 1矿渣的粒度分布 Fig． 1 Particles size distributions of blast furnace slag with specific surface areas of 410，460 and 530 m2 ·kg － 1 图 2 比表面积为 450、550 和 600 m2 ·kg － 1钢渣的粒度分布 Fig． 2 Particles size distributions of steel slag with specific surface areas of 450，550 and 600 m2 ·kg － 1 性，在胶凝材料中添加占胶凝材料总量 1% 的 UNF--5 高效减水剂． 试样在 20 ± 1 ℃ 、湿度大于 95% 的养护箱内养护． 试样一天拆模，并测其 3 d 和 28 d 抗压强度． 两组实验的结果分别见图 3 和 图 4． 图 3 比表面积为 410、460 和 530 m2 ·kg － 1 矿渣胶砂试样抗压 强度 Fig． 3 The 3 d and 28 d compressive strength for blast furnace slag with specific surface areas of 410，460 and 530 m2 ·kg － 1 图 4 比表面积为 450、550 和 600 m2 ·kg － 1 钢渣胶砂试样抗压 强度 Fig． 4 The 3 d and 28 d compressive strength for steel slag with spe￾cific surface areas of 450，550 and 600 m2 ·kg － 1 2 实验结果与分析 灰色关联分析是对系统动态过程量化分析以考 察系统诸因素之间的相关程度，是一种定量与定性 相结合的分析方法． 其基本思想是根据事物或因素 的序列曲线的相似程度来判断其关联程度，若两条 曲线的形状彼此相似则关联度大，反之则关联度就 小． 灰色关联分析可以从众多因素中提炼出影响系 统的主要因素，并且按照发展趋势作分析，对样本量 的要求不高，而且分析结果一般与定向分析结果相 吻合，因而具有广泛使用性． 对于大掺量的矿渣、钢 渣胶凝体系，影响试样抗压强度的因素诸多，例如， 原料活性、细度、水胶比、实验温度、湿度等因素． 实 验建立灰色关联［13--15］为: 以矿渣、钢渣胶凝体系 3 d 和 28 d 抗压强度为母序列，以矿渣、钢渣各粒径范 围的颗粒含量为子序列，并由此计算出矿渣、钢渣粒 度分布对胶凝体系抗压强度的关联度和关联极性， 把粒度分布因素从影响胶凝体系抗压强度的众多因 素中分离出来，进而研究在低水胶比条件下粒度分 布对大掺量矿渣、钢渣胶凝体系抗压强度的影响． 2. 1 矿渣粒度分布对抗压强度的影响 实验选取的母序列为胶砂试块的 3 d 和 28 d 抗 压强度，分别记 Y03、Y028 ; 子序列为矿渣颗粒的不同 粒度区间，即 Y1，Y2，…，Y7 ( 由于三次球磨矿渣的细 度都小于 64. 79 μm，故省略 Y8子序列) ． 计算首先 对原始数据进行均值化处理，计算结果见表 3． 其次，进行相关性计算，分别计算出 3 d 和 28 d 抗压强度母序列对应的子序列中 E0k最小值和最大 值，其结果见表 4． 利用表 4 中的 E0k最小值、最大值 及其相关数据得出影响 3 d 和 28 d 抗压强度的相关 系数，其计算结果见表 5． ·548·

第5期 王中杰等：粒度分布对大掺量矿渣、钢渣胶凝体系抗压强度影响的灰色关联分析 ·549· 表3矿渣颗粒级配母序列和子序列的均一化处理结果 Table 3 Equalization results of the parent series and sub-series for the particle size distribution of blast furnace slag 抗压强度/MPa 粒度分布 项目 Yos Y028 Y Y2 > Y5 Ys Y1 4.710 40.420 1.740% 14.270% 11.070% 14.630% 24.800% 24.810% 8.680% 原值 6.260 46.260 3.710% 22.510% 15.690% 18.310% 24.590% 13.670% 1.520% 20.970 50.600 5.930% 29.860% 16.790% 17.660% 21.380% 8.220% 0.160% 均值 10.647 45.760 3.793% 22.213% 14.517% 16.867% 23.590% 15.567% 3.453% 0.442 0.883 0.459 0.642 0.763 0.867 1.051 1.594 2.514 均一化 0.588 1.011 0.978 1.013 1.081 1.086 1.042 0.878 0.440 1.970 1.106 1.563 1.344 1.157 1.047 0.906 0.528 0.046 表4矿渣颗粒级配母序列和子序列差值的绝对值及最大、最小值 Table 4 Absolute values and extreme values of the difference between the parent series and sub-series for the particle size distribution of blast furnace slag 差值的绝对值 Y Y2 Y Ya Y5 Yo 最大和最小值 0.016 0.200 0.320 0.425 0.609 1.151 2.071 最小值0.016， 与Ya差值的绝对值 0.390 0.425 0.493 0.498 0.454 0.290 0.148 最大值2.071 0.406 0.625 0.813 0.923 1.063 1.442 1.923 0.425 0.241 0.121 0.016 0.168 0.710 1.630 与Ys差值的绝对值 最小值0.002 0.033 0.002 0.070 0.075 0.031 0.133 0.571 最大值1.630 0.457 0.238 0.051 0.059 0.199 0.578 1.059 表5矿渣颗粒级配母序列与子序列的相关系数 Table 5 Incidence coefficients of the parent series and sub-series for the particle size distribution of blast furnace slag 相关系数 Y Y3 Y Yo 1.000 0.851 0.776 0.720 0.640 0.481 0.339 3d抗压强度相关系数 0.738 0.720 0.688 0.686 0.706 0.793 0.889 0.729 0.633 0.569 0.537 0.501 0.425 0.355 0.659 0.774 0.874 0.984 0.832 0.536 0.334 28d抗压强度相关系数 0.964 1.000 0.924 0.919 0.966 0.862 0.590 0.642 0.776 0.944 0.936 0.806 0.587 0.436 最后计算出矿渣不同粒径对胶砂试样3d和28 颗粒对抗压强度有增进作用，而大于8.39m的 d抗压强度的关联度及其关联极性，结果见表6. 渣颗粒对3d和28d的抗压强度有削弱作用. 由表6可知：大掺量矿渣、钢渣体系（矿渣和钢 表6同时表明在与抗压强度正相关的粒级中， 渣的掺量为80%)低水胶比的条件下，小于8.39μm 小于1.09um的矿渣颗粒与3d抗压强度相关度最 的矿渣的颗粒与胶凝体系3d和28d抗压强度都为 大，其次是1.09~3.02μm、3.02~5.03μm和5.03~ 正相关，大于8.39μm的矿渣颗粒与胶砂试块3d和 8.39μm矿渣颗粒.这说明1.09μm的矿渣颗粒对 28d抗压强度负相关，这说明小于8.39um的矿渣 大掺量矿渣、钢渣胶凝材料早期抗压强度影响较大， 表6矿渣颗粒级配母序列与子序列的相关系数及其极性 Table 6 Incidence coefficients and polarities of the parent series and sub-series for the particle size distribution of blast furnace slag 相关系数及极性 Y Y2 Ys 3d抗压强度相关系数及极性 0.822 0.735 0.678 0.648 -0.616 -0.566 -0.528 28d抗压强度相关系数及极性 0.755 0.850 0.914 0.946 -0.868 -0.662 -0.453

第 5 期 王中杰等: 粒度分布对大掺量矿渣、钢渣胶凝体系抗压强度影响的灰色关联分析 表 3 矿渣颗粒级配母序列和子序列的均一化处理结果 Table 3 Equalization results of the parent series and sub-series for the particle size distribution of blast furnace slag 项目 抗压强度/MPa 粒度分布 Y03 Y028 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 4. 710 40. 420 1. 740% 14. 270% 11. 070% 14. 630% 24. 800% 24. 810% 8. 680% 原值 6. 260 46. 260 3. 710% 22. 510% 15. 690% 18. 310% 24. 590% 13. 670% 1. 520% 20. 970 50. 600 5. 930% 29. 860% 16. 790% 17. 660% 21. 380% 8. 220% 0. 160% 均值 10. 647 45. 760 3. 793% 22. 213% 14. 517% 16. 867% 23. 590% 15. 567% 3. 453% 0. 442 0. 883 0. 459 0. 642 0. 763 0. 867 1. 051 1. 594 2. 514 均一化 0. 588 1. 011 0. 978 1. 013 1. 081 1. 086 1. 042 0. 878 0. 440 1. 970 1. 106 1. 563 1. 344 1. 157 1. 047 0. 906 0. 528 0. 046 表 4 矿渣颗粒级配母序列和子序列差值的绝对值及最大、最小值 Table 4 Absolute values and extreme values of the difference between the parent series and sub-series for the particle size distribution of blast furnace slag 差值的绝对值 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 最大和最小值 0. 016 0. 200 0. 320 0. 425 0. 609 1. 151 2. 071 最小值 0. 016， 与 Y03差值的绝对值 0. 390 0. 425 0. 493 0. 498 0. 454 0. 290 0. 148 最大值 2. 071 0. 406 0. 625 0. 813 0. 923 1. 063 1. 442 1. 923 0. 425 0. 241 0. 121 0. 016 0. 168 0. 710 1. 630 最小值 0. 002 与 Y028差值的绝对值 0. 033 0. 002 0. 070 0. 075 0. 031 0. 133 0. 571 最大值 1. 630 0. 457 0. 238 0. 051 0. 059 0. 199 0. 578 1. 059 表 5 矿渣颗粒级配母序列与子序列的相关系数 Table 5 Incidence coefficients of the parent series and sub-series for the particle size distribution of blast furnace slag 相关系数 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 1. 000 0. 851 0. 776 0. 720 0. 640 0. 481 0. 339 3 d 抗压强度相关系数 0. 738 0. 720 0. 688 0. 686 0. 706 0. 793 0. 889 0. 729 0. 633 0. 569 0. 537 0. 501 0. 425 0. 355 0. 659 0. 774 0. 874 0. 984 0. 832 0. 536 0. 334 28 d 抗压强度相关系数 0. 964 1. 000 0. 924 0. 919 0. 966 0. 862 0. 590 0. 642 0. 776 0. 944 0. 936 0. 806 0. 587 0. 436 最后计算出矿渣不同粒径对胶砂试样 3 d 和 28 d 抗压强度的关联度及其关联极性，结果见表 6． 由表 6 可知: 大掺量矿渣、钢渣体系( 矿渣和钢 渣的掺量为 80% ) 低水胶比的条件下，小于 8. 39 μm 的矿渣的颗粒与胶凝体系 3 d 和 28 d 抗压强度都为 正相关，大于 8. 39 μm 的矿渣颗粒与胶砂试块 3 d 和 28 d 抗压强度负相关，这说明小于 8. 39 μm 的矿渣 颗粒对抗压强度有增进作用，而大于 8. 39 μm 的矿 渣颗粒对 3 d 和 28 d 的抗压强度有削弱作用． 表 6 同时表明在与抗压强度正相关的粒级中， 小于 1. 09 μm 的矿渣颗粒与 3 d 抗压强度相关度最 大，其次是 1. 09 ～ 3. 02 μm、3. 02 ～ 5. 03 μm 和 5. 03 ～ 8. 39 μm 矿渣颗粒． 这说明 1. 09 μm 的矿渣颗粒对 大掺量矿渣、钢渣胶凝材料早期抗压强度影响较大， 表 6 矿渣颗粒级配母序列与子序列的相关系数及其极性 Table 6 Incidence coefficients and polarities of the parent series and sub-series for the particle size distribution of blast furnace slag 相关系数及极性 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 3 d 抗压强度相关系数及极性 0. 822 0. 735 0. 678 0. 648 － 0. 616 － 0. 566 － 0. 528 28 d 抗压强度相关系数及极性 0. 755 0. 850 0. 914 0. 946 － 0. 868 － 0. 662 － 0. 453 ·549·

·550 北京科技大学学报 第34卷 可能是由于该粒级区间的矿渣颗粒在活性的早期释 8.39μm的矿渣颗粒有利于胶凝体系后期抗压强度 放、颗粒充填效果等方面有着优越的特性.同时，根 的增长. 据矿渣粒级分布与28d抗压强度的相关系数可知： 2.2钢渣粒度分布对抗压强度的影响 5.03~8.39m的矿渣颗粒与28d抗压强度相关度 为了研究钢渣粒度分布对抗压强度的影响，实 最大，其次为3.02~5.03m、1.09~3.02μm和小 验同样采用灰色关联分析进行研究，实验选取钢渣 于1.09μm的矿渣颗粒.随着养护期龄的延长，胶 组实验的母序列为胶砂试块的3d和28d抗压强 凝体系抗压强度贡献最大的粒级范围由小于1.09 度，分别记Y、Ys;子序列为钢渣颗粒的不同粒度 m区间变化到5.03~8.39m区间，说明5.03~ 区间，即Y,Y2,…,Yg,计算结果见表7~表10 表7钢渣颗粒级配母序列和子序列的均一化处理结果 Table 7 Equalization results of the parent series and sub-series for the particle size distribution of steel slag 抗压强度/MPa 粒度分布 项目 s Y6as 6.230 37.690 4.260% 16.490% 8.910% 10.200% 18.600% 23.780% 17.160% 0.600% 原值 9.390 40.420 10.730% 33.400% 14.010% 12.590% 15.750% 12.880% 0.640% 0.000% 7.350 40.650 16.900% 47.380% 17.030% 10.740% 6.230% 1.720% 0.000% 0.000% 均值 7.657 39.587 10.630% 32.423%13.317% 11.177% 13.527%12.793% 5.933% 0.200% 0.814 0.952 0.401 0.509 0.669 0.913 1.375 1.859 2.892 3.000 均一化 1.226 1.021 1.009 1.030 1.052 1.126 1.164 1.007 0.108 0.000 0.960 L.027 1.590 1.461 1.279 0.961 0.461 0.134 0.000 0.000 表8钢渣颗粒级配母序列和子序列差值的绝对值及最大、最小值 Table 8 Absolute values and extreme values of the difference between the parent series and sub-series for the particle size distribution of steel slag 差值的绝对值 Y2 Yo Y 最大和最小值 0.413 0.305 0.145 0.099 0.561 1.045 2.078 2.186 最小值0.001， 与Y差值的绝对值 0.217 0.196 0.174 0.100 0.062 0.220 1.119 1.226 最大值2.186 0.630 0.501 0.319 0.001 0.499 0.826 0.960 0.960 0.551 0.444 0.283 0.039 0.423 0.907 1.940 2.048 与Ys差值的绝对值 最小值0.009， 0.012 0.009 0.031 0.105 0.143 0.014 0.913 1.021 最大值2.048 0.563 0.434 0.252 0.066 0.566 0.892 1.027 1.027 表9钢渣颗粒级配母序列与子序列的相关系数 Table9 Incidence coefficients of the parent series and sub-series for the particle size distribution of steel slag 相关系数 上 Y2 Y Y7 Ys 0.726 0.783 0.884 0.918 0.661 0.512 0.345 0.334 3d抗压强度相关系数 0.835 0.849 0.863 0.917 0.947 0.833 0.495 0.472 0.635 0.686 0.775 1.000 0.687 0.570 0.533 0.533 0.656 0.704 0.790 0.971 0.714 0.535 0.349 0.336 28d抗压强度相关系数 0.998 1.000 0.979 0.915 0.885 0.995 0.533 0.505 0.651 0.708 0.810 0.948 0.650 0.539 0.504 0.504 表10钢渣颗粒级配母序列与子序列的相关系数及其极性 Table 10 Incidence coefficients and their polarity of the parent series and sub-series for the particle size distribution of steel slag 相关系数及极性 Y Ys Ys Y 3d抗压强度相关系数及极性 0.732 0.772 0.841 0.945 -0.765 -0.638 -0.458 -0.446 28d抗压强度相关系数及极性 0.768 0.804 0.860 0.945 -0.750 -0.690 -0.462 -0.448

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 可能是由于该粒级区间的矿渣颗粒在活性的早期释 放、颗粒充填效果等方面有着优越的特性． 同时，根 据矿渣粒级分布与 28 d 抗压强度的相关系数可知: 5. 03 ～ 8. 39 μm 的矿渣颗粒与 28 d 抗压强度相关度 最大，其次为 3. 02 ～ 5. 03 μm、1. 09 ～ 3. 02 μm 和小 于 1. 09 μm 的矿渣颗粒． 随着养护期龄的延长，胶 凝体系抗压强度贡献最大的粒级范围由小于 1. 09 μm 区间变化到 5. 03 ～ 8. 39 μm 区间，说明 5. 03 ～ 8. 39 μm 的矿渣颗粒有利于胶凝体系后期抗压强度 的增长． 2. 2 钢渣粒度分布对抗压强度的影响 为了研究钢渣粒度分布对抗压强度的影响，实 验同样采用灰色关联分析进行研究，实验选取钢渣 组实验的母序列为胶砂试块的 3 d 和 28 d 抗压强 度，分别记 Y' 03、Y' 028 ; 子序列为钢渣颗粒的不同粒度 区间，即 Y1，Y2，…，Y8，计算结果见表 7 ～ 表 10． 表 7 钢渣颗粒级配母序列和子序列的均一化处理结果 Table 7 Equalization results of the parent series and sub-series for the particle size distribution of steel slag 项目 抗压强度/MPa 粒度分布 Y' 03 Y' 028 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 6. 230 37. 690 4. 260% 16. 490% 8. 910% 10. 200% 18. 600% 23. 780% 17. 160% 0. 600% 原值 9. 390 40. 420 10. 730% 33. 400% 14. 010% 12. 590% 15. 750% 12. 880% 0. 640% 0. 000% 7. 350 40. 650 16. 900% 47. 380% 17. 030% 10. 740% 6. 230% 1. 720% 0. 000% 0. 000% 均值 7. 657 39. 587 10. 630% 32. 423% 13. 317% 11. 177% 13. 527% 12. 793% 5. 933% 0. 200% 0. 814 0. 952 0. 401 0. 509 0. 669 0. 913 1. 375 1. 859 2. 892 3. 000 均一化 1. 226 1. 021 1. 009 1. 030 1. 052 1. 126 1. 164 1. 007 0. 108 0. 000 0. 960 1. 027 1. 590 1. 461 1. 279 0. 961 0. 461 0. 134 0. 000 0. 000 表 8 钢渣颗粒级配母序列和子序列差值的绝对值及最大、最小值 Table 8 Absolute values and extreme values of the difference between the parent series and sub-series for the particle size distribution of steel slag 差值的绝对值 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 最大和最小值 0. 413 0. 305 0. 145 0. 099 0. 561 1. 045 2. 078 2. 186 最小值 0. 001， 与 Y' 03差值的绝对值 0. 217 0. 196 0. 174 0. 100 0. 062 0. 220 1. 119 1. 226 最大值 2. 186 0. 630 0. 501 0. 319 0. 001 0. 499 0. 826 0. 960 0. 960 0. 551 0. 444 0. 283 0. 039 0. 423 0. 907 1. 940 2. 048 最小值 0. 009， 与 Y' 028差值的绝对值 0. 012 0. 009 0. 031 0. 105 0. 143 0. 014 0. 913 1. 021 最大值 2. 048 0. 563 0. 434 0. 252 0. 066 0. 566 0. 892 1. 027 1. 027 表 9 钢渣颗粒级配母序列与子序列的相关系数 Table 9 Incidence coefficients of the parent series and sub-series for the particle size distribution of steel slag 相关系数 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 0. 726 0. 783 0. 884 0. 918 0. 661 0. 512 0. 345 0. 334 3 d 抗压强度相关系数 0. 835 0. 849 0. 863 0. 917 0. 947 0. 833 0. 495 0. 472 0. 635 0. 686 0. 775 1. 000 0. 687 0. 570 0. 533 0. 533 0. 656 0. 704 0. 790 0. 971 0. 714 0. 535 0. 349 0. 336 28 d 抗压强度相关系数 0. 998 1. 000 0. 979 0. 915 0. 885 0. 995 0. 533 0. 505 0. 651 0. 708 0. 810 0. 948 0. 650 0. 539 0. 504 0. 504 表 10 钢渣颗粒级配母序列与子序列的相关系数及其极性 Table 10 Incidence coefficients and their polarity of the parent series and sub-series for the particle size distribution of steel slag 相关系数及极性 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 3 d 抗压强度相关系数及极性 0. 732 0. 772 0. 841 0. 945 － 0. 765 － 0. 638 － 0. 458 － 0. 446 28 d 抗压强度相关系数及极性 0. 768 0. 804 0. 860 0. 945 － 0. 750 － 0. 690 － 0. 462 － 0. 448 ·550·