正交设计在砼泌水影响因素分析中的应用.doc

正交设计在砼泌水影响因素分析中的应用祝建坤 陈志扬(中国水利水电第七工程局有限公司五分局 四川彭山 620860 )摘 要：混凝土泌水会在混凝土内部形成泌水通道，降低混凝土的质量。本文简要介绍某工程为降低混凝土泌水率，采用正交设计的原理方法，通过试验对初步认定的几种影响因素进行分析，确定显著影响因素的过程和方法。关键词：正交设计 混凝土泌水 分析1、引言混凝土拌和物在施工过程中，随着较重的骨料下沉，水因密度比骨料小，因而被迫逐渐上升到混凝土表面，这种现象叫做泌水。混凝土泌水有可能使刚浇筑好的混凝土分层离析，产生过多的缺陷，进而影响混凝土的强度和耐久性等一系列物理力学性能，控制混凝土沁水率在确保混凝土施工质量的重要性不言而喻。然而，混凝土的泌水性与水泥、减水剂、骨料级配、单位用水量等因素有关，也与混凝土配合比、含气量、振捣过程等有关，选出其中的主要因素，必须要通过试验才能得出，那么我们如何能够确保试验方案的可行、有效，如果能够确定其主要影响因素，是值得探讨的课题。正交设计是借助一种规格化的表格正交表，在试验前，有计划、有目的地安排试验方案；在试验后，再通过简单的运算，正确地分析试验结果，它是把试验安排与数据处理紧密地结合起来，科学地安排试验方案和分析试验结果的一种方法。本文简要介绍采用正交设计的原理和方法对混凝土泌水影响因素进行分析，确定主要影响因素，通过对主要因素进行优化，从而达到降低混凝土泌水的目的。2、正交设计应用分析为获得混凝土泌水率与水泥品种、减水剂品种、减水剂掺量和人工砂细度模数大小的影响关系，采用正交设计的方法，获取混凝土原材料对混凝土泌水率影响大小进行数据分析。2.1、试验方案设计水泥采用工程正在使用的三种水泥，减水剂采用工程正在使用的三种减水剂，人工砂采用三种细度模数不同的人工砂，减水剂掺量选用常规三种掺量。按照正交设计的方法，对四种原材料品种和掺量的变化进行组合试验，测得每次原材料组合配制的混凝土的泌水情况，从而计算混凝土泌水率。2.2、确定因子和水平将水泥、减水剂品种及掺量和人工砂做为四个因子：A：水泥品种 B：减水剂品种 C：人工砂细度模数 D：减水剂掺量根据现场施工和生产使用情况，决定在本试验中采用如下水平，见表1。因子水平表表1 水平 因子一二三A：水泥品种B：减水剂品种C：人工砂细度模数D：减水剂掺量水泥品种1减水剂品种12.580.4%水泥品种2减水剂品种22.740.5%水泥品种3减水剂品种32.950.6%根据选用因子和因子水平选用三水平正交表L9（34），得试验计划表见表2。表2列号试验号水泥品种减水剂品种人工砂细度模数减水剂掺量试验结果y1品种1品种1 2.58 0.4%2品种1 品种2 2.74 0.5%3品种1品种3 2.95 0.6%4品种2品种1 2.74 0.6%5品种2品种2 2.95 0.4%6品种2品种3 2.58 0.5%7品种3品种1 2.95 0.5%8品种3品种2 2.58 0.6%9品种3品种3 2.74 0.4%2.3、试验结果和数据分析根据正交设计表在9个试验条件组合（行）进行试验，将试验结果记入正交表中，利用正交表进行数据分析，见表3。表3序号水泥品种减水剂品种人工砂细度减水剂掺量泌水率（%）11（品种1）1（品种1）1（2.58）1（0.4%）9.921（品种1）2（品种2）2（2.74）2（0.5%）4.331（品种1）3（品种3）3（2.95）3（0.6%）8.542（品种2）1（品种1）2（2.74）3（0.6%）3.952（品种2）2（品种2）3（2.95）1（0.4%）6.162（品种2）3（品种3）1（2.58）2（0.5%）8.973（品种3）1（品种1）3（2.95）2（0.5%）13.683（品种3）2（品种2）1（2.58）3（0.6%）9.493（品种3）3（品种3）2（2.74）1（0.4%）14.422.727.428.230.418.919.822.626.837.431.828.221.87.69.19.410.16.36.67.58.912.510.69.47.36.24.01.92.8注：对水泥品种列T的计算：T1是水泥品种因素1水平三次试验结果之和；T2是水泥品种因素2水平三次试验结果之和；T3是水泥品种因素3水平三次试验结果之和；对减水剂品种列T的计算：T1是减水剂品种因素1水平三次试验结果之和；T2是减水剂品种因素2水平三次试验结果之和；T3是减水剂品种因素3水平三次试验结果之和；其余列类推；为相对应的平均值。从试验数据来看：2.3.1、水泥品种序号3与其它两种水泥相比，泌水率和较大，也就是说在其它原材料相同的情况下，用水泥序号3生产的混凝土要比水泥序号1和水泥序号2生产的混凝土泌水率大。2.3.2、减水剂品种序号3与其它两种减水剂品种相比，泌水率和较大，也就是说在其它原材料相同的情况下，用减水剂序号3生产的混凝土要比减水剂序号1和减水剂序号2生产的混凝土泌水率大。2.3.3、当人工砂细度模数为2.74时，生产的混凝土泌水率较小。2.3.4、当减水剂掺量为0.6%时，生产的混凝土泌水率较小。这主要是由于当掺量由0.4%增加到0.6%时混凝土用水量在逐步降低。这也间接反映出混凝土用水量越大，泌水率逐步变大的趋势。2.3.5、根据判断原则，从水泥品种列试验结果T值可以得出，水泥品种2的混凝土泌水率最小；从减水剂品种列试验结果T值可以得出，减水剂品种2的混凝土泌水率最小；从人工砂细度列试验结果T值可以得出，人工砂细度2的混凝土泌水率最小；从减水剂掺量列试验结果T值可以得出，减水剂掺量3的混凝土泌水率最小。2.3.6、从试验结果可以看出最佳条件组合为：水泥品种2、减水剂品种2、人工砂细度2和减水剂掺量3。3、试验验证 根据正交设计试验结果进行复核试验，按照2.3.6最佳组合进行混凝土拌制试验，试验结果如下表4：表4序号水泥品种减水剂品种人工砂细度减水剂掺量泌水率（%）10（品种2）（品种2）2.740.6%2.1 从复核试验结果来看，试验序号10的混凝土泌水率远小于序号19的混凝土泌水率，也验证了分析结果。4、束语4.1、采用这种正交设计的方法进行组合试验，仅进行了10次组合试验就找到了最佳材料组合；而按照常规的排列组合条件进行试验，众所周知对四种影响因素，每种因素进行三个水平的试验，就要进行81次试验组合才能确定最佳组合结果。正交设计的应用不仅大大减少了试验工作量，还大大提升了寻求最佳组合的速度。4.2、在工程施工中，根据试验序号10的组合条件对使用的原材料品种进行了调整，调整后混凝土泌水得到了大大改善，解决了争议；也印证了在选用减水剂时应充分考虑和工地使用水泥的适应性。4.3、混凝土泌水与混凝土各组成原材料以及坍落度都有着密切的联系，要杜绝混凝土泌水也是很难做到的，合理选用原材料品种、降低混凝土的水灰比、增加混凝土含气量等都