这篇文档属于类型a，即报告了一项单一原创研究的学术论文。以下是对该研究的详细介绍：

主要作者及研究机构

该研究的主要作者包括Gang Zheng、Boyang Xia、Haizuo Zhou、Yu Diao、Jianyou Huang、Junbo Zhang和Xiaoxuan Yu，他们均来自天津大学土木工程学院。研究论文发表于2023年8月24日的《Materials》期刊，文章标题为“Formulation and Performance of Model Concrete in Reduced-Scale Physical Model Tests”。

学术背景

该研究的主要科学领域是岩土工程和材料科学，特别是针对小尺度物理模型试验中模型混凝土的配制与性能研究。由于传统的混凝土材料在小尺度模型中难以准确模拟其物理和力学行为，尤其是在离心模型试验中，常规混凝土的粗骨料粒径难以按比例缩小，且需要较长的养护时间（通常为28天），这限制了其在模型试验中的应用。因此，研究团队开发了一种基于α-石膏（α-gypsum plaster）、细硅砂和水的模型混凝土材料，旨在通过正交试验设计和多元线性回归分析（MLRA），优化其配合比，以满足不同小尺度试验的需求。

研究流程

研究分为以下几个主要步骤：

1. 原材料准备
   研究使用的原材料包括α-石膏、水和细硅砂。α-石膏的化学成分通过X射线荧光光谱仪（XRF）进行分析，细硅砂的粒径分布符合BS 882标准中粗骨料的典型级配要求。

2. 正交试验设计
   研究采用正交试验设计，考察水-石膏比（w/p）和骨料-石膏比（a/p）对模型混凝土性能的影响。共设计了20组试验，每组试验的配合比不同。通过正交试验，研究人员可以以最少的试验量获得全面的结果。

3. 模型混凝土试件制备
   所有试件均按照正交试验设计的配合比制备，包括α-石膏、细硅砂和水的混合、搅拌和浇筑。试件分为标准立方体（50×50×50 mm）和棱柱体（20×20×450 mm），分别用于压缩和弯曲试验。

4. 性能测试
   研究测试了模型混凝土的流动性（flowability）、泌水率（bleeding rate）、抗压强度（compressive strength）和抗弯强度（flexural strength）。流动性通过迷你坍落度试验（mini-slump test）测定，泌水率通过静置观察法测定，抗压强度和抗弯强度分别通过MTS伺服液压试验机和微机控制电子万能试验机测试。

5. 数据分析与预测模型建立
   研究采用多元线性回归分析（MLRA）建立了模型混凝土性能与配合比之间的关系预测模型。通过SPSS软件对20组正交试验结果进行分析，得出了流动性、泌水率、抗压强度和抗弯强度的预测方程。

主要结果

1. 流动性
   流动性随a/p比的增加而降低，尤其是在低w/p比（如0.6和0.7）时更为显著。高w/p比增加了浆体中的自由水含量，从而提高了流动性。

2. 泌水率
   泌水率随a/p比的增加而降低，因为细硅砂的比表面积较大，能够吸收浆体中的自由水。当a/p比超过1.6时，骨料含量对泌水率的影响减弱。

3. 抗压强度
   抗压强度随w/p比的降低而显著增加，而a/p比对抗压强度的影响较小。低w/p比增加了石膏颗粒的含量，形成了更多高强度的水化产物。

4. 抗弯强度
   抗弯强度在养护14天后趋于稳定，表明模型混凝土的硬化过程基本完成。抗弯强度与抗压强度之间存在正相关关系，尤其是在养护14天后，相关系数达到0.79。

结论

研究通过正交试验和多元线性回归分析，成功建立了模型混凝土性能与配合比之间的预测模型。研究结果表明，水-石膏比和骨料-石膏比对模型混凝土的物理和力学性能具有显著影响。优化后的配合比（w/p=0.7，a/p=1.6）能够满足小尺度模型试验的需求，特别是在离心模型试验中模拟混凝土结构的力学行为。

研究亮点

1. 重要发现
   研究揭示了水-石膏比和骨料-石膏比对模型混凝土性能的协同效应，特别是对流动性和抗压强度的显著影响。

2. 方法创新
   研究采用了正交试验设计和多元线性回归分析，优化了模型混凝土的配合比，并建立了预测模型，为小尺度模型试验提供了科学依据。

3. 应用价值
   该研究为岩土工程中的小尺度模型试验提供了一种高效、可靠的模型混凝土配制方法，特别是在离心模型试验中具有广泛的应用前景。

其他有价值的内容

研究还通过典型的离心模型试验案例，验证了预测模型的可行性，并提供了模型混凝土配合比选择的指导原则。这些成果为岩土工程和材料科学领域的研究人员和工程师提供了重要的参考。