利用正交試驗設計定量分析影響大壩混凝土性能的主要因素

楊卉青（廣東省水電集團有限公司，廣東 增城511340）

聶衛平（葛洲壩集團試驗檢測有限公司，湖北 宜昌443002）

1 前言

其優點是在試驗空間中選取均勻分散的試驗點，通過少量的試驗獲得較多的信息，然后對試驗結果進行量化的分析，從而找出最好的或滿意的試驗條件。而影響混凝土性能的因素眾多，混凝土配合比的設計長期依賴經驗公式，在生產實踐中，各原材料及相關因素也時常變化，一線的技術人員不得不頻繁地試配調整，以保證混凝土的質量性能穩定，運用正交試驗來設計和分析這些工作，無疑具有獨到的優勢。近年來，已有部分技術人員實踐并總結了利用正交試驗分析混凝土性能的工作，但對于水工領域大量運用的大壩混凝土的正交試驗分析，卻少見研究報道。

2 試驗目的和方案設計

考察水膠比、砂率、減水劑對大壩混凝土性能的影響，利用正交試驗設計將其分析量化，探討形成一種定量分析大壩混凝土中各要素對混凝土性能的影響的方法，以及如何更為科學有效地組織大壩混凝土試驗、生產的方法。限于條件和工作量，在本試驗中，僅選擇水膠比、砂率、減水劑品種三因子，不考慮因子間的交互作用的影響，每個因子取3 個不同的水平(1)、(2)、(3)，因此可以選擇四因子三水平的正交表L9(34)安排試驗。

3 試驗用原材料及試驗方案

1）選用峨嵋金頂中熱42.5 水泥，云南宣威電廠I 級粉煤灰，北京冶建特種材料有限公司生產的JG-3、江蘇博特新材料有限公司生產的JM-II、南京瑞迪高新技術公司生產的HLC-NAF 3 種萘系緩凝高效減水劑，山西黃河新型化工有限公司生產的HJAE-A 引氣劑，三灘砂石系統生產的大理巖質人工砂，印把子溝砂巖加工的人工碎石。筆者對配合比使用的各種原材料按照國家標準要求進行了品質檢測，檢測結果均滿足國家標準要求。

2）在對以上3 種外加劑進行了與膠凝材料的適應性試驗后，我們發現當外加劑摻量為0.6%，3 種外加劑與膠凝材料的凈漿流動度最大，故在試驗中3 種外加劑摻量均為0.6%，試驗結果見表1、圖1。

表1 緩凝高效減水劑與膠凝材料適應性試驗檢測結果表

表2 粗骨料最優骨料級配比例

圖1 膠凝材料與外加劑的凈漿流動度試驗結果

3.3 在對碎石進行了粗骨料最優骨料級配試驗后，確定本次試驗采用四級配碎石，試驗結果見表2。

3.4 在對試驗用砂進行了最優砂率檢測后，本次試驗砂率因子選擇水平值為26，25，23，砂率檢測表見表3

表3 混凝土最優砂率檢測結果表

3.5 本次試驗，主要分析水膠比、砂率、減水劑品種三個因子對大壩混凝土性能的影響程度。

表4 因子水平表

3.6 試驗情況見表5

表5 試驗情況表

4 試驗結果和分析

4.1 各組試驗結果見表6、表7

4.2 由于每一試驗都是獨立進行的，每一試驗條件下的試驗指標服從正態分布，考察各因子水平變化對指標值的貢獻，可以對數據進行方差分析。

本次選取的三因子對大壩混凝土180 天抗壓強度的影響見表8、表9。

表6 正交試驗計劃與試驗結果表

表7 正交試驗計劃與試驗結果表

表8 方差分析計算表

表9 方差分析表

由于F 水膠比大于F0.95(2，2)=19.0，因此對于大壩混凝土180 天抗壓強度，水膠比因子在顯著性水平0.05 上是顯著的，而砂率因子和減水劑因子即使在顯著性水平0.10 上也不顯著。

4.3 考察本次選取的三因子對大壩混凝土180天劈拉強度的影響見表10、表11。

表9 方差分析計算表

表10 方差分析表

由于F 水膠比大于F0.95(2，2)=19.0，因此對于大壩混凝土180 天劈拉強度，水膠比因子在顯著性水平0.05 上是顯著的，而砂率因子和減水劑因子即使在顯著性水平0.10 上也不顯著。

表11 方差分析計算表

4.4 考察本次選取的三因子對大壩混凝土180天極限拉伸值的影響見表11、表12。

表12 方差分析表

由于F 水膠比與F 減水劑均大于F0.95(2，2)=19.0，因此對于大壩混凝土180 天極限拉伸值，水膠比因子與減水劑因子在顯著性水平0.05 上是顯著的，而砂率因子即使在顯著性水平0.10 上也不顯著。

4.5 考察本次選取的三因子對混凝土180 天彈模的影響見表13、表14。

表14 方差分析表

由于F 水膠比、F 減水劑與F 砂率均小于F0.90(2，2)=9.0，因此對于大壩混凝土180 天彈模來說，水膠比因子、減水劑因子、砂率因子在顯著性水平0.10 上也不顯著。

5 結語

由試驗數據分析可知，水膠比對180 天抗壓強度、劈拉強度、極限拉伸值都有近乎決定性的作用；但砂率對大壩混凝土性能的影響本次試驗沒有觀測到，推測是因為本次試驗所用砂率均在最優砂率值附近取值，進一步驗證了在一個合理的區間內調整砂率對大壩混凝土性能的影響并不顯著；在同為萘系緩凝高效減水劑、相同摻量下調整減水劑品種，在本次試驗中，僅對大壩混凝土180 天極限拉伸值有顯著影響，而沒有觀測到對其他性能有顯著影響，因此，對于高抗裂要求的大壩混凝土，外加劑的選擇必須得到足夠的重視。另外，對于大壩混凝土180 天彈模，水膠比、砂率、減水劑品種變化都沒有觀測到對其有顯著影響，對于要求彈模盡可能低的大壩混凝土來說，如何實現更好地控制，還需要更多的試驗研究。