基于正交试验高强混凝土的配和比分析

杨方 申波 吴洪梅

摘 要：文章利用正交实验设计优选配合比设计参数并配制出了C75混凝土。在不考虑胶凝材料用量的情况下考虑三个因素，每个因素考虑三个水平，以28d强度作为观测值进行极差分析和方差分析，优选最佳配合比设计参数，分析了影响高强混凝土配比的因素。

关键词：高强混凝土;正交试验设计;抗压强度;方差分析

在进行高强混凝土的配合比设计时，由于配合比参数受原材的影响较大，只能采用规范指导与经验设计相结合的方法，在经验不足且原材料差异较大的情况下，需花费大量的时间和经济成本进行试配，因此需要有科学的方法来选择配合比参数。正交实验是一种多因素下多水平的试验设计方法，其不仅能减少试验次数，而且可全面分析各因素的主次，提高了试验的效率[1]。

本文采用选用L9（34）正交表考虑三因素三水平，利用正交试验设计方法找出最优的配合比参数，配制出了80MPa以上的高强混凝土，并分析了各因素的影响程度。

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级粉煤灰;微硅粉;S95级矿渣微粉;机制水洗山砂;人工复配的5mm～31.5mm碎石;减水率大于28%的羧酸高性能减水剂。考虑水灰比、砂率、矿物掺和料掺量三个因素，每个因素考虑三个水平，采用L9（34）正交表进行正交试验，根据GB/T50081-2002进行抗压强度试验，试验正交表及抗压强度结果见表1。

3试验结果与分析

以抗压强度作为观测值进行极差分析和方差分析，分析结果见表2、表3。

由表2及图1可知，影响因素的主次顺序为砂率>矿物掺和料组合掺量>水灰比，最佳的配合比方案为A1B2C2，由极差分析结果知，首要影响因素是砂率，其对抗压强度的影响最为显著，其次是矿物掺和料掺量，再者是水灰比。由表3中极差分析可知检验的灵敏度较低，临界值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个因素对抗压强度的影响均不显著，但可看出砂率的影响程度最大，其次是矿物掺和料的组合掺量，再者是水灰比，因此直观分析与方差分析的结果均一致。

骨料具有骨架支撑的作用，砂率过大使粗骨料间填有较多的砂浆，减小了粗骨料的骨架作用，同时砂浆的强度在一定程度上要比粗骨料的强度小，水泥砂浆过多会降低混凝土的强度。当砂率过小时，粗骨料之间会出现孔隙或空洞，过少的水泥砂浆与骨料的棱角使界面粘结变差，降低了混凝土的强度。

矿物掺和料掺量影响程度其次，其具有火山灰效应，且颗粒粒径与形态能提高混凝土的流动性和致密性。粉煤灰的颗粒呈圆球状，混凝土中含有一定量的粉煤灰能够较为显著地改善混凝土的流动性能。矿粉在提高混凝土强度的同时能迅速提高混凝土的早期强度，但掺量过多容易引起泌水。硅粉具有較大的比表面积和火山灰活性，其不仅可以填充混凝土水泥水化产物内部的孔隙，从而改善混凝土的工作性能和提高混凝土的强度，但掺量过多易引起混凝土的收缩开裂。

参考文献：

[1] 吴浩扬，常炳国，朱长纯.遗传算法的一种特例—正交试验设计法[J].软件学报，2001（01）：148-153.

[2] 普通混凝土配合比设计规程：JGJ55-2011[S].北京，中国建筑工业出版社，2011.

[3] 郭萍. 三因素方差分析的原理及应用[J].沈阳大学学报（自然科版），2015，27（01）：40-43.

基金项目：贵州省教育厅自然科学研究项目（黔教合KY字[2015] 364号）