利用正交试验设计定量分析影响大坝混凝土性能的主要因素

杨卉青（广东省水电集团有限公司，广东 增城511340）

聂卫平（葛洲坝集团试验检测有限公司，湖北 宜昌443002）

1 前言

其优点是在试验空间中选取均匀分散的试验点，通过少量的试验获得较多的信息，然后对试验结果进行量化的分析，从而找出最好的或满意的试验条件。而影响混凝土性能的因素众多，混凝土配合比的设计长期依赖经验公式，在生产实践中，各原材料及相关因素也时常变化，一线的技术人员不得不频繁地试配调整，以保证混凝土的质量性能稳定，运用正交试验来设计和分析这些工作，无疑具有独到的优势。近年来，已有部分技术人员实践并总结了利用正交试验分析混凝土性能的工作，但对于水工领域大量运用的大坝混凝土的正交试验分析，却少见研究报道。

2 试验目的和方案设计

考察水胶比、砂率、减水剂对大坝混凝土性能的影响，利用正交试验设计将其分析量化，探讨形成一种定量分析大坝混凝土中各要素对混凝土性能的影响的方法，以及如何更为科学有效地组织大坝混凝土试验、生产的方法。限于条件和工作量，在本试验中，仅选择水胶比、砂率、减水剂品种三因子，不考虑因子间的交互作用的影响，每个因子取3 个不同的水平(1)、(2)、(3)，因此可以选择四因子三水平的正交表L9(34)安排试验。

3 试验用原材料及试验方案

1）选用峨嵋金顶中热42.5 水泥，云南宣威电厂I 级粉煤灰，北京冶建特种材料有限公司生产的JG-3、江苏博特新材料有限公司生产的JM-II、南京瑞迪高新技术公司生产的HLC-NAF 3 种萘系缓凝高效减水剂，山西黄河新型化工有限公司生产的HJAE-A 引气剂，三滩砂石系统生产的大理岩质人工砂，印把子沟砂岩加工的人工碎石。笔者对配合比使用的各种原材料按照国家标准要求进行了品质检测，检测结果均满足国家标准要求。

2）在对以上3 种外加剂进行了与胶凝材料的适应性试验后，我们发现当外加剂掺量为0.6%，3 种外加剂与胶凝材料的净浆流动度最大，故在试验中3 种外加剂掺量均为0.6%，试验结果见表1、图1。

表1 缓凝高效减水剂与胶凝材料适应性试验检测结果表

表2 粗骨料最优骨料级配比例

图1 胶凝材料与外加剂的净浆流动度试验结果

3.3 在对碎石进行了粗骨料最优骨料级配试验后，确定本次试验采用四级配碎石，试验结果见表2。

3.4 在对试验用砂进行了最优砂率检测后，本次试验砂率因子选择水平值为26，25，23，砂率检测表见表3

表3 混凝土最优砂率检测结果表

3.5 本次试验，主要分析水胶比、砂率、减水剂品种三个因子对大坝混凝土性能的影响程度。

表4 因子水平表

3.6 试验情况见表5

表5 试验情况表

4 试验结果和分析

4.1 各组试验结果见表6、表7

4.2 由于每一试验都是独立进行的，每一试验条件下的试验指标服从正态分布，考察各因子水平变化对指标值的贡献，可以对数据进行方差分析。

本次选取的三因子对大坝混凝土180 天抗压强度的影响见表8、表9。

表6 正交试验计划与试验结果表

表7 正交试验计划与试验结果表

表8 方差分析计算表

表9 方差分析表

由于F 水胶比大于F0.95(2，2)=19.0，因此对于大坝混凝土180 天抗压强度，水胶比因子在显著性水平0.05 上是显著的，而砂率因子和减水剂因子即使在显著性水平0.10 上也不显著。

4.3 考察本次选取的三因子对大坝混凝土180天劈拉强度的影响见表10、表11。

表9 方差分析计算表

表10 方差分析表

由于F 水胶比大于F0.95(2，2)=19.0，因此对于大坝混凝土180 天劈拉强度，水胶比因子在显著性水平0.05 上是显著的，而砂率因子和减水剂因子即使在显著性水平0.10 上也不显著。

表11 方差分析计算表

4.4 考察本次选取的三因子对大坝混凝土180天极限拉伸值的影响见表11、表12。

表12 方差分析表

由于F 水胶比与F 减水剂均大于F0.95(2，2)=19.0，因此对于大坝混凝土180 天极限拉伸值，水胶比因子与减水剂因子在显著性水平0.05 上是显著的，而砂率因子即使在显著性水平0.10 上也不显著。

4.5 考察本次选取的三因子对混凝土180 天弹模的影响见表13、表14。

表14 方差分析表

由于F 水胶比、F 减水剂与F 砂率均小于F0.90(2，2)=9.0，因此对于大坝混凝土180 天弹模来说，水胶比因子、减水剂因子、砂率因子在显著性水平0.10 上也不显著。

5 结语

由试验数据分析可知，水胶比对180 天抗压强度、劈拉强度、极限拉伸值都有近乎决定性的作用；但砂率对大坝混凝土性能的影响本次试验没有观测到，推测是因为本次试验所用砂率均在最优砂率值附近取值，进一步验证了在一个合理的区间内调整砂率对大坝混凝土性能的影响并不显著；在同为萘系缓凝高效减水剂、相同掺量下调整减水剂品种，在本次试验中，仅对大坝混凝土180 天极限拉伸值有显著影响，而没有观测到对其他性能有显著影响，因此，对于高抗裂要求的大坝混凝土，外加剂的选择必须得到足够的重视。另外，对于大坝混凝土180 天弹模，水胶比、砂率、减水剂品种变化都没有观测到对其有显著影响，对于要求弹模尽可能低的大坝混凝土来说，如何实现更好地控制，还需要更多的试验研究。