崔海弘

摘 要：在大學(xué)院校土木工程專業(yè)教學(xué)中，建材技術(shù)實(shí)驗(yàn)是非常重要的必修課程。它不僅能夠深化學(xué)生對(duì)建材技術(shù)課本知識(shí)的理解，也能夠鍛煉學(xué)生的動(dòng)手和動(dòng)腦能力，而且能夠讓學(xué)生掌握基本的建材處理能力。本研究利用幾個(gè)實(shí)際的重要建材技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)例，探討了建材技術(shù)基本實(shí)驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：建材技術(shù)；實(shí)驗(yàn)實(shí)例；基本方法

古語(yǔ)云：書上得來(lái)終覺淺，絕知此事要躬行。在大學(xué)建材技術(shù)教學(xué)中，適當(dāng)利用實(shí)驗(yàn)的方法，激發(fā)學(xué)生對(duì)建材技術(shù)學(xué)習(xí)的興趣，具有非常關(guān)鍵的作用。但是，很多高等院校并未注重這種實(shí)驗(yàn)法，或者由于實(shí)驗(yàn)室資源的缺乏，導(dǎo)致建材試驗(yàn)課程無(wú)法開展。而筆者根據(jù)大多數(shù)院校實(shí)驗(yàn)設(shè)施情況，通過例子，介紹了建材技術(shù)實(shí)驗(yàn)的可行性方法。

1 幾種典型建材技術(shù)實(shí)驗(yàn)方法的介紹與分析

1.1 煤矸石透水混凝土的實(shí)驗(yàn)分析——單一變量和正交比法

煤矸石透水混凝土的實(shí)驗(yàn)是非常重要的大學(xué)建材技術(shù)實(shí)驗(yàn)。煤矸石是一種在煤形成過程中與煤伴生、共生的堅(jiān)硬巖石，是在煤炭開采和洗選加工過程中被分離出來(lái)的固體廢棄物，包括巖巷及煤巷掘進(jìn)中排出的矸石。而如果將這些煤矸石白白的扔掉，不僅會(huì)造成資源浪費(fèi)，還會(huì)引起環(huán)境污染。而利用煤矸石的一些特殊性能改良混凝土，是煤矸石綜合利用的重要方向。而本實(shí)驗(yàn)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，并通過一定的實(shí)驗(yàn)方法，探討骨料粒徑影響該改性混凝土的強(qiáng)度與透水系數(shù)的情況，從而深化學(xué)生對(duì)相關(guān)建材技術(shù)應(yīng)用的理解。

1.1.1 實(shí)驗(yàn)原料

適量粒徑為2 ～15 mm的煤矸石（徐州某新型建材公司生產(chǎn)，實(shí)驗(yàn)用）；實(shí)驗(yàn)室用水泥：型號(hào)P·O 425R（中聯(lián)巨龍淮海水泥股份有限公司生產(chǎn)）；附加添加劑：青島某公司生產(chǎn)的 HSC 聚羧酸高性能減水劑，其作用是在保持一定稠度或干濕度的前提下，提高骨料顆粒間的粘結(jié)強(qiáng)度，進(jìn)而提高透水混凝土的整體力學(xué)性能；水：實(shí)驗(yàn)用消毒自來(lái)水即可。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)方案

根據(jù)建材技術(shù)課本知識(shí)，水與生石灰的比例、煤矸石骨料的粒徑、骨料與凝膠材料的比例會(huì)對(duì)改性混凝土的透水性與硬度造成影響。而本實(shí)驗(yàn)采用改變一個(gè)條件、保持其它條件不變的實(shí)驗(yàn)方案，也即只改變煤矸石的骨料粒徑，保持其它條件恒定的方法。而本實(shí)驗(yàn)擬采用0.30、0.35 和 0.40等3個(gè)粒徑。同時(shí)保證骨料的單一性（粒徑），將水與生石灰的比例調(diào)控至于0.25 ～0.45。

1.1.3 實(shí)驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)方法來(lái)分析這些因素對(duì)煤矸石透水混凝土抗壓強(qiáng)度與透水系數(shù)影響的顯著性，以期找到制備煤矸石透水混凝土的最佳方案。

1.1.4 操作步驟

（1）制備實(shí)驗(yàn)用的混凝土試件。試件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為長(zhǎng)15厘米，寬10厘米，厚度為10厘米，同時(shí)在試件的上表面周圍制備高約1厘米的圍槽，用以儲(chǔ)水。

（2）精密稱取適量的煤矸石骨料、水泥和其它實(shí)驗(yàn)材料，稱取的質(zhì)量按照具體的實(shí)驗(yàn)要求而定。

（3）將稱取好的個(gè)實(shí)驗(yàn)材料放入大燒杯中，加水?dāng)嚢?，直至成糊狀位置。注意加水的量，既要保證混合料能夠被充分潤(rùn)濕，又不要使其具備流動(dòng)性。

（4）將混合充分的混合料移入到試件模中，注意添加的量要適宜，且不要在模型中留下較大的空隙。

（5）蓋上模蓋，調(diào)節(jié)壓力至3MPa。

（6）待基本成型后，在標(biāo)準(zhǔn)濕度和溫度的干燥箱中養(yǎng)護(hù)大約二十四天。在拆模后，淋水法養(yǎng)護(hù)一周左右，并自然干燥一個(gè)月左右。

（7）每種粒徑的骨料平行制備三個(gè)試件，共9個(gè)。

（8）將預(yù)先浸水飽和并四周蠟封的試件置入測(cè)試儀中，然后用橡皮泥密封透水儀內(nèi)壁與試件之間的接縫，測(cè)試時(shí)向透水儀中加水至一定高度，控制加入水的流量，維持一定的水位，待滲透水流量穩(wěn)定后，測(cè)試在一定時(shí)間內(nèi)通過試件的滲水量。

（9）記錄數(shù)據(jù)并分析。

以上便是煤矸石透水混凝土實(shí)驗(yàn)的基本操作流程與方法。本實(shí)驗(yàn)主要采用了單一變量法和正交比法，而這兩種方法是大學(xué)建材技術(shù)實(shí)驗(yàn)主要應(yīng)用的方法，且體現(xiàn)了比較高的實(shí)驗(yàn)效能，因此應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生積極學(xué)習(xí)并掌握這兩種試驗(yàn)方法。

1.2 預(yù)拌再生混凝土的實(shí)驗(yàn)研究——對(duì)比實(shí)驗(yàn)法

預(yù)拌再生混凝土的實(shí)驗(yàn)也是大學(xué)建材技術(shù)的重要實(shí)驗(yàn)。將再生骨料與水泥、其他骨料、水以及根據(jù)需要摻入的外加劑、礦物摻合料等組分，按一定比例在攪拌站經(jīng)集中拌制后出售的混凝土拌合物稱為預(yù)拌再生混凝土。而這里的再生骨料主要是建筑垃圾，如建筑完工后留下來(lái)的水泥、沙土、混凝土，或者建筑拆毀后產(chǎn)生的一些可利用的廢棄物料。由此可見，這種實(shí)驗(yàn)技術(shù)是非常典型地綠色建材技術(shù)。它不僅能夠有效節(jié)省建筑成本，還能處理大量的建筑垃圾，改善環(huán)境，而這個(gè)實(shí)驗(yàn)選入大學(xué)課本也是在情理之中的。而根據(jù)筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)走到今日，從實(shí)驗(yàn)技術(shù)和試驗(yàn)方法上均已經(jīng)比較完善，且還得到了不小的改進(jìn)，很多實(shí)驗(yàn)技術(shù)還走出了實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入了市場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用。此外，該實(shí)驗(yàn)原材料易于獲得，所使用到的儀器也比較常見，因此適合絕大多數(shù)高校的實(shí)驗(yàn)室。

1.2.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用再生骨料適量；水泥；砂漿骨料；自來(lái)水；輔助凝固劑等。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

進(jìn)行預(yù)拌再生混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)的基本思路是： 首先對(duì)鮑羅（ Bolomey） 公式進(jìn)行改進(jìn)，確定新的再生混凝土強(qiáng)度與水灰比之間的回歸關(guān)系，然后根據(jù)全計(jì)算法的設(shè)計(jì)方法計(jì)算用水量和砂率等參數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)確定最終的配合比。再生粗骨料考慮附加水或自由水。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）稱取適量的骨料，平均分為三份。將分好的混凝土骨料進(jìn)行附加水和自由水含量分析，記錄數(shù)據(jù)。

（2）將三分骨料安裝含水量由大到小的順序編號(hào)為A、B、C。

（3）將三份骨料均移入大小相同且充分干燥的燒杯中，加自來(lái)水，將A的水灰比控制在1：1（質(zhì)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）將每一份水灰混合物充分?jǐn)嚢杈鶆?，移入制模器中制?！?/p>

（5）將基本成型的混凝土模充分干燥，測(cè)試強(qiáng)度。

（6）記錄并分析數(shù)據(jù)，找出最佳水灰比。

上述便是該實(shí)驗(yàn)的基本內(nèi)容和操作方法，但需要提及的一點(diǎn)是，僅僅憑借三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是根本不能找出能夠使預(yù)拌再生水泥強(qiáng)度達(dá)到最大值的水灰比的。而本實(shí)驗(yàn)僅僅是作為探究性的實(shí)驗(yàn)，在更深層次的研究性實(shí)驗(yàn)中才會(huì)設(shè)置更多的實(shí)驗(yàn)組。而根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，憑借這三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，就可以很好地實(shí)踐對(duì)比分析法在建材技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

2 一些其它建材技術(shù)實(shí)驗(yàn)方法的探討

單一變量法、正交比法和對(duì)比分析法是大學(xué)建材技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中非常常用和非常重要的試驗(yàn)方法。例如在“探究不同水泥含量下混凝土的強(qiáng)度”實(shí)驗(yàn)中，也用到了單一變量法和正交比法。但是，僅僅依靠這三種試驗(yàn)方法是很難取得理想的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的。而根據(jù)筆者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，還有一些其它的方法能夠應(yīng)用在實(shí)際教學(xué)中，如類比分析法和回歸方程法等，就在上文探討的預(yù)拌再生混凝土的實(shí)驗(yàn)研究中，就可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生三組數(shù)據(jù)，列出回歸方程，推算出最佳水灰比，而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明了這種方法的有效性。因此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)其它實(shí)驗(yàn)方法的研究。最后，特別需要提及的一點(diǎn)是，還應(yīng)注意實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新。只有不斷革新實(shí)驗(yàn)方法，才能滿足新課程下大學(xué)建材技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的要求，才能在根本上提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。

3 結(jié)語(yǔ)

大學(xué)建材技術(shù)實(shí)驗(yàn)的豐富多彩的，利用不同的實(shí)驗(yàn)方法，就會(huì)取得不同的實(shí)驗(yàn)效果。而在每一種實(shí)驗(yàn)方法的嘗試過程中，都會(huì)學(xué)到很多的知識(shí)和一些課本上學(xué)不到的東西。因此，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的探討，是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率的必由之路。

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