基于正交設(shè)計原理泵送混凝土配合比設(shè)計研究

杜好偉

摘 要：泵送混凝土由于具有輸送能力強(qiáng)，能連續(xù)作業(yè)，速度快等優(yōu)勢，被廣闊應(yīng)用于工程各領(lǐng)域。坍落度、含氣量和抗壓強(qiáng)度決定著泵送混凝土的工程應(yīng)用，其影響因素主要有：水膠比、粉煤灰摻量和泵送劑摻量。本文通過設(shè)置正交試驗，以坍落度、含氣量和28d抗壓強(qiáng)度為指標(biāo)，采用極差和方差分析確定水膠比、粉煤灰摻量和泵送劑摻量對指標(biāo)影響的顯著性順序；通過回歸分析得到指標(biāo)與水膠比、粉煤灰摻量和泵送劑摻量的定量關(guān)系。本文結(jié)論可為工程實踐提供一定參考。

關(guān)鍵詞：泵送混凝土；正交試驗設(shè)計；坍落度；含氣量；抗壓強(qiáng)度

中圖分類號：TU 528.53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

【文章編號】1627-6868（2016）05-0064-04

Abstract： Because of some advantage， for example strong conveying ability， continuous operation， the fast speed， pumping concrete is broad used in engineering fields. Slump， air content， and compressive strength decide the engineering application of pumping concrete， the main influencing factors are water-binder ratio， fly ash content and pumping agent dosage. This paper adopts three factors different levels orthogonal experiment， takes the slump， air content， and 28d compressive strength as the indicators， determines the significance of the water-binder ratio， fly ash content and pumping agent dosage affecting the indicators by regression analysis and variance analysis； get the quantitative relationship between the indicators and water-binder ratio， fly ash content and pumping agent dosage by regression analysis. The papers results can provide certain reference for the engineering practice.

Keywords： pumping concrete； orthogonal experiment design； slump； air content； compressive strength

1.引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的快速發(fā)展，泵送混凝土技術(shù)日益完善，泵送混凝土也被應(yīng)用到工程的各個領(lǐng)域，對加快我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)揮了重要的作用。泵送混凝土是指具有一定流動性的混凝土在壓力泵的作用下，通過管帶輸送到建筑物模板中去的混凝土[1]。泵送混凝土具有輸送能力強(qiáng)，能連續(xù)作業(yè)，速度快及費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。泵送混凝土既可以垂直和水平運(yùn)輸又可以布料桿澆筑，特別是在高層建筑和大體積混凝土建筑的施工中更能體現(xiàn)出其優(yōu)越性，已逐漸成為混凝土施工中的一個常用的品種[2，3]。為了保證混凝土的泵送性能，要求混凝土具有一定的流動性和良好的粘聚性，影響泵送混凝土可泵性的因素主要有：水灰比、細(xì)砂漿含量、骨料級配、外加劑摻量及粉煤灰摻量等因素[4]。本文基于正交試驗，主要研究水膠比、粉煤灰摻量和泵送劑摻量對泵送混凝土坍落度、含氣量及抗壓強(qiáng)度的單獨(dú)影響和交互影響，確定各因素影響的顯著性大小關(guān)系，并初步建立了影響因素與指標(biāo)之間的定量關(guān)系，為泵送混凝土的研究及工程應(yīng)用提供一定的依據(jù)。

2.試驗研究

2.1試驗原材料

（1）水泥，采用P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥，主要性能見表1；

（2）砂，采用中砂，細(xì)度模數(shù)2.6；

（3）石子，采用卵石，粒徑5～20 mm；

（4）粉煤灰，采用電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰；

（5）泵送劑，采用PA泵送劑，主要性能見表2；

（6）水，拌制混凝土采用實驗室自來水。

2.2試驗設(shè)計

泵送混凝土的性能主要取決于混凝土的水灰比、泵送劑摻量、粉煤灰摻量、細(xì)砂漿含量、骨料級配等因素[5]。本試驗通過設(shè)置正交試驗，分析水膠比、粉煤灰摻量和泵送劑摻量對泵送混凝土坍落度、含氣量以及抗壓強(qiáng)度的影響，確定各因素影響的顯著性大小，并初步建立影響因素與坍落度、含氣量和28d抗壓強(qiáng)度的定量關(guān)系。正交試驗表見表3。

2.3試件成型與養(yǎng)護(hù)

參照《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL352-2006）成型試塊，并將試塊按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期[6]。

3.試驗數(shù)據(jù)分析

3.1試驗結(jié)果

選用水膠比、粉煤灰摻量和泵送劑摻量3個影響因素，每個因素設(shè)置了3個不同的水平，采用正交試驗原理設(shè)置L9（34）正交試驗，試驗結(jié)果見表3。

3.2試驗結(jié)果分析

3.2.1各影響因素極差分析

通過極差分析，可以分清各因素及其交互作用的主次順序，分清哪個是主要因素，哪個是次要因素；可確定試驗因素的優(yōu)水平和試驗范圍內(nèi)的最優(yōu)組合；估計試驗誤差的大小[7]。根據(jù)極差的大小，可以判斷各因素對試驗指標(biāo)的影響主次，進(jìn)而確定出試驗的最優(yōu)組合。各因素對泵送混凝土坍落度、含氣量及28d抗壓強(qiáng)度極差分析見表4。

由表4可知，對于泵送混凝土坍落度， ，所以各因素坍落度影響的主次順序為：水膠比 泵送劑摻量 粉煤灰摻量，水膠比對坍落度影響最大，泵送劑摻量影響較小，粉煤灰摻量影響最小，試驗最優(yōu)組合為A1C1B1，即水膠比取0.50，泵送劑摻量取3.0%，粉煤灰摻量取35%，；對于泵送混凝土含氣量， ，所以各因素對含氣量影響的主次順序為：泵送劑摻量 粉煤灰摻量 水膠比，泵送劑摻量對含氣量影響最大，粉煤灰摻量影響較小，水膠比最小，試驗最優(yōu)組合為C1B1A1，即送劑摻量取3.0%，粉煤灰摻量取35%，水膠比取0.50；對于泵送混凝土28d 抗壓強(qiáng)度， ，所以各因素對28d 抗壓強(qiáng)度影響的主次順序為：水膠比 粉煤灰摻量 泵送劑摻量，水膠比對28d 抗壓強(qiáng)度影響最大，粉煤灰摻量影響較小，泵送劑摻量影響最小，試驗最優(yōu)組合為A3B2C3，即水膠比取0.35，粉煤灰摻量取25%，泵送劑摻量取2.0%。

3.2.2各影響因素回歸分析

為了分析各因素對坍落度、含氣量和28d抗壓強(qiáng)度的影響，找出其與各因素的定量關(guān)系，進(jìn)行回歸分析。利用多元線性回歸建立坍落度、含氣量和28d抗壓強(qiáng)度與水膠比、粉煤灰摻量、泵送劑摻量的線性模型。

（1）各因素對坍落度的影響

由表4試驗數(shù)據(jù)可知，隨著水膠比的減小，泵送混凝土坍落度減小，水膠比由0.50減小到0.35，坍落度減小了27.0%；隨著粉煤灰摻量的降低，泵送混凝土坍落度略有減小，摻量由35%降低到15%，坍落度減小了5.2%；隨著泵送劑摻量的降低，泵送混凝土坍落度降低，摻量由3.0%降低到2.0%，坍落度減小了8.4%。

為直觀顯現(xiàn)各因素對泵送混凝土坍落度的影響，以坍落度值為縱坐標(biāo)，以各因素（即表中A、B、C）為橫坐標(biāo)，得到各因素與坍落度關(guān)系圖，如圖1。

通過回歸分析，得到坍落度與各影響因素的三元一次線性回歸方程為：

（2）各因素對含氣量的影響

由表4試驗數(shù)據(jù)可知，隨著水膠比的減小，泵送混凝土含氣量降低，水膠比由0.50減小到0.35，含氣量降低了13.6%；隨著粉煤灰摻量的降低，泵送混凝土含氣量降低，摻量由35%降低到15%，含氣量降低了21.7%；隨著泵送劑摻量的降低，泵送混凝土含氣量降低，摻量由3.0%降低到2.0%，含氣量降低了37.5%。各因素與含氣量關(guān)系圖如圖2。

通過回歸分析，得到含氣量與各影響因素的三元一次線性回歸方程為：

（3）各因素對28d 抗壓強(qiáng)度的影響

由表4試驗數(shù)據(jù)可知，隨著水膠比的減小，泵送混凝土28d抗壓強(qiáng)度增大，水膠比由0.50減小到0.35，抗壓強(qiáng)度增大了51.7%；隨著粉煤灰摻量的降低，泵送混凝土28d抗壓強(qiáng)度略有提高，摻量由35%降低到15%，抗壓強(qiáng)度增大了6.8%；隨著泵送劑摻量的降低，泵送混凝土28d抗壓強(qiáng)度略有提高，摻量由3.0%降低到2.0%，抗壓強(qiáng)度增大了6.0%。各影響因素與28d抗壓強(qiáng)度的關(guān)系如圖3。

通過回歸分析，得到28d 抗壓強(qiáng)度與各影響因素三元一次線性回歸方程為：

3.2.3各影響因素方差分析

為了進(jìn)一步分析各因素對坍落度、含氣量和28d抗壓強(qiáng)度影響的顯著性大小，各因素對泵送混凝土各性能進(jìn)行方差分析[8]，方差分析見表5-表7。

顯著性檢驗系數(shù)Sig.的大小表示對指標(biāo)影響的顯著性，Sig.越小，表示影響越顯著。通過表5中顯著性檢驗系數(shù)Sig.的大小關(guān)系B >C>A，可以確定出水膠比、粉煤灰摻量和泵送劑摻量對泵送混凝土坍落度影響的顯著性大小順序為：水膠比>泵送劑摻量>粉煤灰摻量；通過表6可以確定出水膠比、粉煤灰摻量和泵送劑摻量對泵送混凝土含氣量影響的顯著性大小順序為：泵送劑摻量>粉煤灰摻量>水膠比。通過表7可以確定出水膠比、粉煤灰摻量和泵送劑摻量對泵送混凝土28d抗壓強(qiáng)度影響的顯著性大小順序為：水膠比>粉煤灰摻量>泵送劑摻量。

4.結(jié)論

（1）通過分析可以得出影響泵送混凝土坍落度的因素顯著性順序是水膠比泵送劑摻量粉煤灰摻量；影響含氣量的因素顯著性順序是泵送劑摻量粉煤灰摻量水膠比；影響28d抗壓強(qiáng)度的因素顯著性順序是水膠比粉煤灰摻量泵送劑摻量。

（2） 對于泵送混凝土坍落度，水膠比影響最大，水膠比由0.50減小到0.35，坍落度減小了27.0%；對于含氣量，泵送劑摻量影響最大，泵送劑摻量由3.0%降低到2.0%，含氣量降低了37.5%。對于28d抗壓強(qiáng)度，水膠比影響最大，水膠比由0.50減小到0.35，抗壓強(qiáng)度增大了51.7%。

（3）通過回歸分析得到水膠比、粉煤灰摻量和泵送劑摻量與泵送混凝土坍落度、含氣量和28d抗壓強(qiáng)度之間如公式（1）（2）（3）的定量關(guān)系，為泵送混凝土的工程實際應(yīng)用提供了一定的參考。

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