正交試驗方法在混凝土試驗中的應用★

房志恒 孫一波 李得碩 王慧博 李星磊 賈艷敏*

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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·建筑材料及應用·

正交試驗方法在混凝土試驗中的應用★

房志恒 孫一波 李得碩 王慧博 李星磊 賈艷敏*

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

具體介紹了正交試驗方法，以一次四因素三水平混凝土配合比試驗為例，通過正交試驗方法，得出了混凝土的最佳配合比，體現出正交試驗在混凝土試驗中的優越性。

正交試驗，混凝土，配合比，抗壓強度

影響混凝土力學性能的因素有很多，包括混凝土的原材料、拌合情況、養護條件、齡期等[1,2]。在同時研究多種因素對指標的影響時，如果采用多因素完全試驗，試驗次數會隨著因素和水平數量的增加而急劇增多，會浪費很多試驗材料和增加巨大的工作量。正交試驗可以大大的減少試驗次數，減少試驗工作量，因而在混凝土試驗中得到了廣泛應用。

1 正交試驗介紹

1.1 正交試驗原理及應用

正交試驗是用部分試驗來了解全面試驗，通過對有代表性的試驗點進行分析，來近似得到全面試驗的結果的一種試驗方法。正交試驗在混凝土試驗的應用包括兩個方面：

1)混凝土配合比設計。

正交試驗進行混凝土配合比設計已經寫入我國規范[3]，并得到了廣泛應用。

2)混凝土試驗研究。

國內外已有大量使用正交試驗方法的先例，如清華大學的胡瑾通過四因素三水平正交試驗進行的研究[4]。

1.2 正交試驗的方法

正交試驗在長期的應用中已經形成了很多可直接運用的正交表，工程技術人員可根據需求自行選用，下面將對正交試驗的方法步驟進行介紹。

1.3 正交表的設計

進行正交試驗首先應該設計正交表。第一步先選擇試驗的因素和各因素的水平，第二步根據選定的因素和水平選擇正交表，第三步將因素和水平填入正交表中，完成表頭設計。這里需要注意的是，正交表的形式不可以隨意改變，因素或水平不足以填滿正交表時可以允許存在空列用以檢驗試驗誤差。

1.4 正交試驗結果分析

按照設計好的正交表進行試驗獲得試驗數據后，就可以對數據進行分析，分析種類包括直觀分析和方差分析，常見的數據分析方法有人工計算和軟件分析[5]。通過分析，可以得到各因素對指標影響的顯著程度。

2 正交試驗實例

正交試驗最大的優點就是可以減少試驗次數，節省試驗材料和時間。以一次四因素三水平混凝土配合比試驗為例，試驗的因素和水平見表1。

表1 試驗因素和水平

如果采用全面試驗，每一種配合比都進行一次試驗，將會有34組配合比，按每組配合比需要三個試件計算，共需制作243塊試件，工作量巨大。如果采用正交試驗，選用L9(34)正交表，只需9組試驗，制作27塊試件，選用的正交表見表2，試驗配合比見表3。

表2 L9(34)正交表

表3 試驗配合比

通過試驗，得到了每一組配合比在7 d時的抗壓強度，試驗數據見表4。

表4 試驗數據

對表4中的數據進行分析。首先進行直觀性分析，直觀性分析又稱為極差分析法，極差是每一個因素的最好水平和最差水平之間的差。以水膠比為例，先求出每個水平強度值的平均值分別為28.473,28.227和23.180，再求出這三個均值的極差為5.293。極差的大小反映了各因素對指標的影響程度，全部分析結果見表5。

表5 直觀性分析

從分析結果可以看出，粉煤灰取代量的極差最大，可以得出粉煤灰取代量對7 d抗壓強度的影響最大。同時可以將每個因素的最好水平進行組合，得到一組最佳配合比，本次試驗得到的最佳配合比見表6。

表6 最佳配合比

除了進行直觀性分析，還可以進行方差分析，進一步確定各因素對指標影響的顯著性，使用軟件“正交試驗助手”進行方差分析，得到的結果見表7。

表7 方差分析

通過分析結果可以看出，粉煤灰取代量對指標的影響顯著。

3 結語

通過本次正交試驗，只制作了9組配合比的試件就達到了81組配合比全面試驗的效果，不僅得出了混凝土的最佳配合比，還分析出了各因素對混凝土抗壓強度影響的顯著性，可見正交試驗在混凝土試驗中存在下列優勢：1)可以大大減少工作量，提高試驗效率。2)可以進行多因素分析，得到各因素對指標影響的顯著性程度。3)可以通過正交試驗得到最佳配合比。

[1] 安麗麗,周 莉,王樹穎.混凝土強度影響因素的分析與試驗[J].科技情報開發與經濟,2010(13):152-154.

[2] 狄進祥,王全福,蘇雪峰.淺析混凝土強度影響因素及其提高措施[J].山西建筑,2009,35(1):99-101.

[3] JTG/F 30—2003,公路水泥混凝土路面施工技術規范[S].

[4] 胡 瑾,閻培渝,董樹國,等.提高中等強度等級混凝土抗氯離子滲透性能的研究[J].硅酸鹽通報,2014(4):913-917.

[5] 劉瑞江,張業旺,聞崇煒,等.正交試驗設計和分析方法研究[J].實驗技術與管理,2010(9):52-55.

On application of orthogonal experiment method in concrete tests★

Fang Zhiheng Sun Yibo Li Deshuo Wang Huibo Li Xinglei Jia Yanmin*

(College of Civil Engineering, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)

The paper introduces the orthogonal experiment methods, and concludes the optimal proportional ratio by the orthogonal experiment method by taking the one-time four-factor and three-standard concrete proportional ratio experiment as the example, so as to reflect the advantages of the orthogonal experiment in the concrete tests.

orthogonal test, concrete, proportional ratio, compressive strength

1009-6825(2017)16-0114-02

2017-03-22★：國家級大學生創新訓練計劃項目(項目編號：201610225066)

房志恒(1996- )，男，在讀本科生

賈艷敏(1962- )，女，博士生導師，教授

TU528

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