正交試驗法在混凝土生產(chǎn)質量控制中的應用

劉陸泉，孟慶晨，張德榮，陳兆根，鄧最亮

（1.南京揚子混凝土制品有限責任公司，江蘇　南京　210048；2.南京裕楊工程檢測有限責任公司，江蘇　南京　210048；3.上海三瑞高分子材料股份有限公司，上海　200232；4.上海建筑外加劑工程技術研究中心，上?！?00232）

正交試驗法在混凝土生產(chǎn)質量控制中的應用

劉陸泉1，孟慶晨1，張德榮2，陳兆根1，鄧最亮3,4

（1.南京揚子混凝土制品有限責任公司，江蘇南京210048；2.南京裕楊工程檢測有限責任公司，江蘇南京210048；3.上海三瑞高分子材料股份有限公司，上海200232；4.上海建筑外加劑工程技術研究中心，上海200232）

本文以泥集碎石摻量、細砂摻量、外加劑摻量、水膠比及用水量等因素為變量，設計五因素四水平的 L16(45)正交試驗，以混凝土坍落度和強度為考核指標。結果表明：外加劑摻量對混凝土坍落度的影響相對較大，其次是用水量和細砂摻量；外加劑摻量對混凝土強度的影響相對較大，其次是泥集碎石摻量和用水量。

正交試驗；極差分析；方差分析；質量控制

0　引言

眾所周知，骨料的品種、級配對混凝土的和易性、強度等都有或多或少的影響。隨著混凝土生產(chǎn)所用骨料品種的多樣化，它們對混凝土的工作性與強度影響愈加復雜[1]。混凝土配比內的各骨料摻量難以確定，由此引起的混凝土坍落度、和易性波動較大，強度離散型較大，原因難以分析。單憑經(jīng)驗難以滿足質量控制的要求。利用統(tǒng)計研究方法便于研究隨機過程的內在特性，在各種統(tǒng)計方法中正交設計是非常有效的一種，因為正交設計具有整體可比性和均衡分散性[2,3]。

中安聯(lián)合煤化有限責任公司煤制170萬噸/年甲醇及轉化烯烴項目配套凈水廠工程位于淮南市潘集區(qū)安徽省煤化工業(yè)園內，屬于安徽省“861”行動計劃重點建設項目，凈水廠分二期建設，凈水廠的設計規(guī)模為10m3/d。工程項目所用混凝土種類繁多，包括泵送混凝土、高強度等級混凝土、早強混凝土、超保坍混凝土及抗腐蝕混凝土等。

本文采取正交試驗法對泥集碎石摻量、細砂摻量、外加劑摻量、水膠比及用水量等因素對混凝土狀態(tài)、坍落度和強度的影響進行研究分析。

1　試驗原材料及方案

1.1試驗原材料

水泥：蚌埠水泥廠生產(chǎn)蚌埠珍珠 P·O42.5。

礦物摻合料：選用馬鞍山嘉華 S95級礦粉，平圩電廠 Ⅱ級粉煤灰。

骨料：河南信陽中砂，細度模數(shù)為2.7，淮南淮河細砂，細度模數(shù)為2.0。

減水劑：上海三瑞高分子材料股份有限公司生產(chǎn)VIVID-500聚羧酸高效減水劑。

1.2混凝土試驗的正交設計

在混凝土生產(chǎn)中的實際情況，結合對混凝土影響較大的兩種骨料以及混凝土調整的常用方法。本次試驗以細砂摻量、泥集5～25碎石、水膠比、用水量、外加劑摻量為試驗因素，各取四個摻量水平，因素－水平表見1。

表1　因素水平表

1.3正交表及試驗結果

采用 L16(45)正交試驗表及試驗結果見表2，按表2所示的組合配制混凝土，分別測定各組的坍落度，考察和易性，然后將制作的混凝土試塊，在室溫和一定條件下養(yǎng)護，測量其28d 抗壓強度，每種強度試驗做4組，取其平均值。

2　試驗結果

試驗結果的極差計算列于表3，試驗以泥集碎石摻量、細砂摻量、外加劑摻量、水膠比及用水量比這五個因素對混凝土坍落度和強度影響，每個因素四個水平，以坍落度和強度為考核指標。

表2　L16(45)正交試驗方案及結果

表3　極差分析結果

由表3可知，對于混凝土坍落度，因素的影響順序為：外加劑摻量＞用水量＞細砂摻量＞水膠比＞泥集碎石摻量，這表明了外加劑摻量對混凝土坍落度影響在本研究的五個因素中影響相對最大，外加劑的定向吸附，吸附于水化的水泥顆粒表面，形成了雙電層使 Zeta 電位增大，水泥顆粒之間的排斥力增加，促使水泥漿體中形成的絮凝狀結構分散、解體，從而將絮凝狀結構中的自由水釋放出來，使水泥漿流動性增加[4]。

對于混凝土強度，因素的影響順序為：外加劑摻量>泥集碎石摻量＞用水量＞水膠比＞細砂摻量，外加劑摻量對混凝土的強度影響最為顯著，外加劑降低了混凝土的水灰比，在混凝土的凝結和后期養(yǎng)護過程中，混凝土中的水含量降低，將會使混凝土中的氣孔構造和裂縫降低，從而提高混凝土強度[5]，但是外加劑不宜超摻，從第13號試驗中可以看出，外加劑超摻造成的混凝土離析和高含氣量，會明顯降低混凝土強度。在混凝土配合比設計和混凝土生產(chǎn)中應避免外加劑超摻的現(xiàn)象。由表3的極差分析表可知，對于混凝土坍落度和強度，外加劑摻量的影響最為顯著，在混凝土生產(chǎn)質量控制中準確控制外加劑摻量尤為重要。

2.2方差分析

方差分析能夠把影響混凝土抗壓強度的因素和其它偶然因素造成的試驗誤差分開，方差分析結果如表4。

表4　方差分析結果

表4可知，以坍落度為考核指標時，當沒有誤差列時，均方值最小的列即為誤差列，因此在坍落度試驗結果數(shù)據(jù)分析中，VA 即為誤差列。顯著性分析可知，細砂摻量、外加劑摻量、水膠比及用水量對坍落度的影響均高度顯著，其中外加劑摻量的影響最大。以強度為考核指標時，VB 即為誤差列。顯著性分析可知，泥集碎石摻量、外加劑摻量、用水量對強度的影響均顯著，水膠比的影響較為顯著，其中外加劑摻量的影響最大。表4的方差分析表與極差分析同樣得出：外加劑摻量在整個試驗中對混凝土坍落度、強度的影響最為顯著。

3　結論

（1）對于因素對比較復雜的混凝土試驗，正交試驗法有較大的應用價值，可以同時對比所研究的各因素對于結果的影響程度，能分辨出各因素對于結果的主次性。試驗的準確性較高，能節(jié)約大量的人力、物力和時間。

（2）外加劑摻量對混凝土坍落度的影響較大。調整混凝土坍落度的工作中，應優(yōu)先考慮調整外加劑的摻量。用水量和細砂摻量對混凝土坍落的影響顯著，在配合比設計中應根據(jù)需要來對這二者進行適當?shù)娜∩帷?/p>

（3）在混凝土配合比設計中。適當?shù)慕档陀盟亢吞岣咄饧觿┑膿搅?，能有效提高混凝土強度。在混凝土配合比設計和混凝土生產(chǎn)中應避免外加劑超摻的現(xiàn)象。泥集碎石摻量和用水量對混凝土強度均有顯著的影響，在混凝土配合比設計和混凝土生產(chǎn)調整時應充分考慮著兩個因素。

[1] 朱德友．正交試驗分析影響混凝土抗折強度的因素[J]．安徽建筑，2004,11(4):70-71．

[2] 張曉華，孟云芳，賈軍，等．粉煤灰、礦粉與再生粗骨料混凝土配合比設計正交試驗研究[J]．混凝土，2014(6):137-140.

[3] 吳軍民．基于正交試驗法的高強混凝土配合比設計[J]．國外建材科技，2004,25(3):46-48.

[4] 徐清．摻高效減水劑混凝土坍落度損失的控制[J]．新型建筑材料，2000(8):16-18.

[5] 邵偉，蔣玲，周浩．聚羧酸系高性能減水劑對混凝土強度的影響[J]．價值工程，2014(26):136-137．

［通訊地址］南京市六合區(qū)沿河路109號（210048）

Application of orthogonal experiment in concrete quality control management

Liu Luquan1; Meng Qingchen1; Zhang Derong2; Chen Zhaogen1; Deng Zuiliang3,4
(1. Nanjing Yangzi Concrete Product Co., Ltd.,Najing210048;2. Nanjing Yuyang engineering detection Co., Ltd.,Najing210048;3. Shanghai Sunrise Polymer Material Co., Ltd.,Shanghai200232;4. Shanghai Engineering Research Center of Concrete admixture, Shanghai200232)

Taking mud aggregate content, fine sand content, additives content, water-cement ratio and water consumption and other factors as variables, this paper designs L16(45)orthogonal test with five factors and four levels, take slump of concrete and strength as the evaluation index. The results show that, additives content is the main factor affecting the slump of concrete, followed by water consumption and fine sand content, and additives content is the main factor affecting the strength, followed by collection of mud aggregate content and water consumption.

orthogonal experiment; range analysis; variance analysis; quality control

劉陸泉（1977－），男，工程師。