基于正交試驗高強混凝土的配和比分析

楊方 申波 吳洪梅

摘 要：文章利用正交實驗設計優選配合比設計參數并配制出了C75混凝土。在不考慮膠凝材料用量的情況下考慮三個因素，每個因素考慮三個水平，以28d強度作為觀測值進行極差分析和方差分析，優選最佳配合比設計參數，分析了影響高強混凝土配比的因素。

關鍵詞：高強混凝土;正交試驗設計;抗壓強度;方差分析

在進行高強混凝土的配合比設計時，由于配合比參數受原材的影響較大，只能采用規范指導與經驗設計相結合的方法，在經驗不足且原材料差異較大的情況下，需花費大量的時間和經濟成本進行試配，因此需要有科學的方法來選擇配合比參數。正交實驗是一種多因素下多水平的試驗設計方法，其不僅能減少試驗次數，而且可全面分析各因素的主次，提高了試驗的效率[1]。

本文采用選用L9（34）正交表考慮三因素三水平，利用正交試驗設計方法找出最優的配合比參數，配制出了80MPa以上的高強混凝土，并分析了各因素的影響程度。

1 三因素方差分析的原理

2 原材料及方法

海螺牌PO·42.5水泥;Ⅰ級粉煤灰;微硅粉;S95級礦渣微粉;機制水洗山砂;人工復配的5mm～31.5mm碎石;減水率大于28%的羧酸高性能減水劑。考慮水灰比、砂率、礦物摻和料摻量三個因素，每個因素考慮三個水平，采用L9（34）正交表進行正交試驗，根據GB/T50081-2002進行抗壓強度試驗，試驗正交表及抗壓強度結果見表1。

3試驗結果與分析

以抗壓強度作為觀測值進行極差分析和方差分析，分析結果見表2、表3。

由表2及圖1可知，影響因素的主次順序為砂率>礦物摻和料組合摻量>水灰比，最佳的配合比方案為A1B2C2，由極差分析結果知，首要影響因素是砂率，其對抗壓強度的影響最為顯著，其次是礦物摻和料摻量，再者是水灰比。由表3中極差分析可知檢驗的靈敏度較低，臨界值F0.25（2，2）=3.0，F0.1（2，2）=9.0均比F值大，所以方差分析得出三個因素對抗壓強度的影響均不顯著，但可看出砂率的影響程度最大，其次是礦物摻和料的組合摻量，再者是水灰比，因此直觀分析與方差分析的結果均一致。

骨料具有骨架支撐的作用，砂率過大使粗骨料間填有較多的砂漿，減小了粗骨料的骨架作用，同時砂漿的強度在一定程度上要比粗骨料的強度小，水泥砂漿過多會降低混凝土的強度。當砂率過小時，粗骨料之間會出現孔隙或空洞，過少的水泥砂漿與骨料的棱角使界面粘結變差，降低了混凝土的強度。

礦物摻和料摻量影響程度其次，其具有火山灰效應，且顆粒粒徑與形態能提高混凝土的流動性和致密性。粉煤灰的顆粒呈圓球狀，混凝土中含有一定量的粉煤灰能夠較為顯著地改善混凝土的流動性能。礦粉在提高混凝土強度的同時能迅速提高混凝土的早期強度，但摻量過多容易引起泌水。硅粉具有較大的比表面積和火山灰活性，其不僅可以填充混凝土水泥水化產物內部的孔隙，從而改善混凝土的工作性能和提高混凝土的強度，但摻量過多易引起混凝土的收縮開裂。

參考文獻：

[1] 吳浩揚，常炳國，朱長純.遺傳算法的一種特例—正交試驗設計法[J].軟件學報，2001（01）：148-153.

[2] 普通混凝土配合比設計規程：JGJ55-2011[S].北京，中國建筑工業出版社，2011.

[3] 郭萍. 三因素方差分析的原理及應用[J].沈陽大學學報（自然科版），2015，27（01）：40-43.

基金項目：貴州省教育廳自然科學研究項目（黔教合KY字[2015] 364號）