正交试验法在混凝土配合比设计中的应用.pdf

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1、材料研究与应用广东建材2016年第7期正交试验法在混凝土配合比设计中的应用吴小锋1黄小玲2(1东莞市虎门港混凝土有限公司；2东莞华润水泥厂有限公司)【摘要】本文尝试用正交试验设计通过较少的试验，运用数据分析方法来确定混凝土配合比中最佳的外加剂掺量、掺合料掺量及机制砂替代天然砂的合适的替代率。【关键词】正交试验；混凝-m-If合比；方差分析1前言随着混凝土技术的不断发展，用于混凝土中的掺合料的种类也不断增多，各种混凝土外加剂更是层出不穷，再加上因天然砂资源越来越匮乏，各种人工砂也逐渐应用到混凝土的生产中。混凝土中的各种材料的搭配对混凝土性能的

2、影响也越来越复杂，已经不能单凭经验就诸多因素对混凝土性能的影响进行准确的评估。但是如果对各种因素都进行试验，最大的问题就是试验次数太多，浪费很多人力和物力。例如，如果有四个因素对产品质量有影响，每个因素取三个不同水平进行比较，那么就需要进行34：81次试验。因此，有必要进行试验设计，通过较少的试验次数获得较多的信息，并通过数据分析来选择各因素的最佳水平，从而达到合理利用资源，节约成本并保证产品质量的目的。正交试验设计正是其中一种常用的方法。2正交设计试验原理正交试验设计最早由日本统计学家田口玄一提出，称为国际标准型(田口型)正交试验法，是利

3、用正交表来安排和分析多因素试验的一种设计方法[1]。它是在试验因素的全部组合中，选出有代表性的水平组合进行试验，通过对这部分试验结果的分析，了解全面试验的情况，找出最优的组合。如果把所有的试验集合看作一个立体空间，正交试验所选的试验在空间中具有“均匀分散，整齐可比”的特点。正交试验设计分无交互作用正交试验和有交互作用正交试验，本文只考虑无交互作用正交试验。3实验材料及方案设计我们分析的试验因素有三种，分别是磨细灰的掺入量(因素A)、=5'tOJH剂的掺量(因素B)还有机制砂占总砂一6一的百分比(因素C)。为了使试验更简单而且有可比性，我们采

4、用固定水胶比，固定总胶凝材料用量和固定砂率进行试验。水泥及掺合料的总量保持不变，掺合料为矿渣粉和磨细灰。主要考察的性能标准有三个方面：混凝土拌合物的流动度、坍落度损失和混凝土试块抗压强度。3．1实验材料(1)水泥：采用P·042．5R水泥，物理性能见表1。表1水泥物理性能指标(2)矿渣粉：$95级矿渣粉，比表面积448mz／kg，7d活性78％，28d活性104％。(3)粉煤灰：II级复合磨细灰，45um筛余14．2％，需水量比102％，7d活性指数64％，28d活性指数68％。(4)细骨料：水洗砂，细度模数2．5：机制砂，细度模数3．0，

5、石粉含量6．2％。(5)粗骨料：石子，5一--25mm连续级配。(6)减水剂：聚羧酸高效减水剂(缓凝型)减水率23．2％。3．2正交设计方案(1)因素水平表(表2)表2因素水平因子水平1水平2水平3磨细灰占总掺合料的百分数(A)30％40％50％外加剂掺入量(B)1．50％1．65％1．80％机制砂占总砂的百分比(C)20％30％40％(2)正交设计表根据因素的水平数采用正交设计表L。(34)(表3)。广东建材2016年第7期材料研究与应用表3正交设计l(30％)1(30％)2(40％)3(50％)1(20％)2(30％)3(40％)2(3

6、0％)3(40％)1(20％)3(40％)1(20％)93(50％)3(1．80％)2(30％)表4中L代表混凝土拌合物初始流动度，L。代表该因素所有水平为1的试验结果之和，L。为L，／3(以此类推)，值较大说明流动度越好；T代表l小时坍落度损失，结果越小说明l小时坍落度损失越小；Q代表混凝土试块28d抗压强度，值越大说明抗压强度越高。R代表极差，它反映了各因素不同水平对应的试验结果均值的最大值与最小值之差，值越大说明该因素对指标的影响越大。从表4可以看出，磨细灰掺量在水平1，也就是掺量占掺合料的30％时，混凝土拌合物的流动度最大；外加剂掺

7、量在水平3，也就是掺量为1．8％时，混凝土拌合物流动度最大；机制砂占总砂的百分比在水平1，也就是替代率为20％时，混凝土流动度最大。从上述分析可以得出结论：混凝土流动度最佳时各因素的组合应该为A。+B。+c。，也就是磨细灰掺量为30％，外加剂掺量为1．8％，机制砂掺为20％时混凝土流动性最好。这一结论与我们所累积的经验一致。从各因素的极差可以看出，三种因素对混凝土拌合物的流动度均有一定的影响，但是以J'b)Ja齐lJ的掺量影响最大，其次是机制砂占总砂的百分比，而磨细灰的掺量影响较前两者要小。各因素对混凝土拌合物l小时坍损及强度的影响可以按以

8、上的思路去分析并得出结论，混凝土拌合物坍损较小的组合是A，+B。+C，，夕t-JJNN掺量对其影响最大，其次是磨细灰的掺量，机制砂占总砂的百分比对其影响略小。混凝土28d抗压强度