正交试验方法在混凝土试验中的应用★

房志恒 孙一波 李得硕 王慧博 李星磊 贾艳敏*

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)



·建筑材料及应用·

正交试验方法在混凝土试验中的应用★

房志恒 孙一波 李得硕 王慧博 李星磊 贾艳敏*

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

具体介绍了正交试验方法，以一次四因素三水平混凝土配合比试验为例，通过正交试验方法，得出了混凝土的最佳配合比，体现出正交试验在混凝土试验中的优越性。

正交试验，混凝土，配合比，抗压强度

影响混凝土力学性能的因素有很多，包括混凝土的原材料、拌合情况、养护条件、龄期等[1,2]。在同时研究多种因素对指标的影响时，如果采用多因素完全试验，试验次数会随着因素和水平数量的增加而急剧增多，会浪费很多试验材料和增加巨大的工作量。正交试验可以大大的减少试验次数，减少试验工作量，因而在混凝土试验中得到了广泛应用。

1 正交试验介绍

1.1 正交试验原理及应用

正交试验是用部分试验来了解全面试验，通过对有代表性的试验点进行分析，来近似得到全面试验的结果的一种试验方法。正交试验在混凝土试验的应用包括两个方面：

1)混凝土配合比设计。

正交试验进行混凝土配合比设计已经写入我国规范[3]，并得到了广泛应用。

2)混凝土试验研究。

国内外已有大量使用正交试验方法的先例，如清华大学的胡瑾通过四因素三水平正交试验进行的研究[4]。

1.2 正交试验的方法

正交试验在长期的应用中已经形成了很多可直接运用的正交表，工程技术人员可根据需求自行选用，下面将对正交试验的方法步骤进行介绍。

1.3 正交表的设计

进行正交试验首先应该设计正交表。第一步先选择试验的因素和各因素的水平，第二步根据选定的因素和水平选择正交表，第三步将因素和水平填入正交表中，完成表头设计。这里需要注意的是，正交表的形式不可以随意改变，因素或水平不足以填满正交表时可以允许存在空列用以检验试验误差。

1.4 正交试验结果分析

按照设计好的正交表进行试验获得试验数据后，就可以对数据进行分析，分析种类包括直观分析和方差分析，常见的数据分析方法有人工计算和软件分析[5]。通过分析，可以得到各因素对指标影响的显著程度。

2 正交试验实例

正交试验最大的优点就是可以减少试验次数，节省试验材料和时间。以一次四因素三水平混凝土配合比试验为例，试验的因素和水平见表1。

表1 试验因素和水平

如果采用全面试验，每一种配合比都进行一次试验，将会有34组配合比，按每组配合比需要三个试件计算，共需制作243块试件，工作量巨大。如果采用正交试验，选用L9(34)正交表，只需9组试验，制作27块试件，选用的正交表见表2，试验配合比见表3。

表2 L9(34)正交表

表3 试验配合比

通过试验，得到了每一组配合比在7 d时的抗压强度，试验数据见表4。

表4 试验数据

对表4中的数据进行分析。首先进行直观性分析，直观性分析又称为极差分析法，极差是每一个因素的最好水平和最差水平之间的差。以水胶比为例，先求出每个水平强度值的平均值分别为28.473,28.227和23.180，再求出这三个均值的极差为5.293。极差的大小反映了各因素对指标的影响程度，全部分析结果见表5。

表5 直观性分析

从分析结果可以看出，粉煤灰取代量的极差最大，可以得出粉煤灰取代量对7 d抗压强度的影响最大。同时可以将每个因素的最好水平进行组合，得到一组最佳配合比，本次试验得到的最佳配合比见表6。

表6 最佳配合比

除了进行直观性分析，还可以进行方差分析，进一步确定各因素对指标影响的显著性，使用软件“正交试验助手”进行方差分析，得到的结果见表7。

表7 方差分析

通过分析结果可以看出，粉煤灰取代量对指标的影响显著。

3 结语

通过本次正交试验，只制作了9组配合比的试件就达到了81组配合比全面试验的效果，不仅得出了混凝土的最佳配合比，还分析出了各因素对混凝土抗压强度影响的显著性，可见正交试验在混凝土试验中存在下列优势：1)可以大大减少工作量，提高试验效率。2)可以进行多因素分析，得到各因素对指标影响的显著性程度。3)可以通过正交试验得到最佳配合比。

[1] 安丽丽,周 莉,王树颖.混凝土强度影响因素的分析与试验[J].科技情报开发与经济,2010(13):152-154.

[2] 狄进祥,王全福,苏雪峰.浅析混凝土强度影响因素及其提高措施[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术规范[S].

[4] 胡 瑾,阎培渝,董树国,等.提高中等强度等级混凝土抗氯离子渗透性能的研究[J].硅酸盐通报,2014(4):913-917.

[5] 刘瑞江,张业旺,闻崇炜,等.正交试验设计和分析方法研究[J].实验技术与管理,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★：国家级大学生创新训练计划项目(项目编号：201610225066)

房志恒(1996- )，男，在读本科生

贾艳敏(1962- )，女，博士生导师，教授

TU528

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