正交试验法在混凝土生产质量控制中的应用

刘陆泉，孟庆晨，张德荣，陈兆根，邓最亮

（1.南京扬子混凝土制品有限责任公司，江苏　南京　210048；2.南京裕杨工程检测有限责任公司，江苏　南京　210048；3.上海三瑞高分子材料股份有限公司，上海　200232；4.上海建筑外加剂工程技术研究中心，上海　200232）

正交试验法在混凝土生产质量控制中的应用

刘陆泉1，孟庆晨1，张德荣2，陈兆根1，邓最亮3,4

（1.南京扬子混凝土制品有限责任公司，江苏南京210048；2.南京裕杨工程检测有限责任公司，江苏南京210048；3.上海三瑞高分子材料股份有限公司，上海200232；4.上海建筑外加剂工程技术研究中心，上海200232）

本文以泥集碎石掺量、细砂掺量、外加剂掺量、水胶比及用水量等因素为变量，设计五因素四水平的 L16(45)正交试验，以混凝土坍落度和强度为考核指标。结果表明：外加剂掺量对混凝土坍落度的影响相对较大，其次是用水量和细砂掺量；外加剂掺量对混凝土强度的影响相对较大，其次是泥集碎石掺量和用水量。

正交试验；极差分析；方差分析；质量控制

0　引言

众所周知，骨料的品种、级配对混凝土的和易性、强度等都有或多或少的影响。随着混凝土生产所用骨料品种的多样化，它们对混凝土的工作性与强度影响愈加复杂[1]。混凝土配比内的各骨料掺量难以确定，由此引起的混凝土坍落度、和易性波动较大，强度离散型较大，原因难以分析。单凭经验难以满足质量控制的要求。利用统计研究方法便于研究随机过程的内在特性，在各种统计方法中正交设计是非常有效的一种，因为正交设计具有整体可比性和均衡分散性[2,3]。

中安联合煤化有限责任公司煤制170万吨/年甲醇及转化烯烃项目配套净水厂工程位于淮南市潘集区安徽省煤化工业园内，属于安徽省“861”行动计划重点建设项目，净水厂分二期建设，净水厂的设计规模为10m3/d。工程项目所用混凝土种类繁多，包括泵送混凝土、高强度等级混凝土、早强混凝土、超保坍混凝土及抗腐蚀混凝土等。

本文采取正交试验法对泥集碎石掺量、细砂掺量、外加剂掺量、水胶比及用水量等因素对混凝土状态、坍落度和强度的影响进行研究分析。

1　试验原材料及方案

1.1试验原材料

水泥：蚌埠水泥厂生产蚌埠珍珠 P·O42.5。

矿物掺合料：选用马鞍山嘉华 S95级矿粉，平圩电厂 Ⅱ级粉煤灰。

骨料：河南信阳中砂，细度模数为2.7，淮南淮河细砂，细度模数为2.0。

减水剂：上海三瑞高分子材料股份有限公司生产VIVID-500聚羧酸高效减水剂。

1.2混凝土试验的正交设计

在混凝土生产中的实际情况，结合对混凝土影响较大的两种骨料以及混凝土调整的常用方法。本次试验以细砂掺量、泥集5～25碎石、水胶比、用水量、外加剂掺量为试验因素，各取四个掺量水平，因素－水平表见1。

表1　因素水平表

1.3正交表及试验结果

采用 L16(45)正交试验表及试验结果见表2，按表2所示的组合配制混凝土，分别测定各组的坍落度，考察和易性，然后将制作的混凝土试块，在室温和一定条件下养护，测量其28d 抗压强度，每种强度试验做4组，取其平均值。

2　试验结果

试验结果的极差计算列于表3，试验以泥集碎石掺量、细砂掺量、外加剂掺量、水胶比及用水量比这五个因素对混凝土坍落度和强度影响，每个因素四个水平，以坍落度和强度为考核指标。

表2　L16(45)正交试验方案及结果

表3　极差分析结果

由表3可知，对于混凝土坍落度，因素的影响顺序为：外加剂掺量＞用水量＞细砂掺量＞水胶比＞泥集碎石掺量，这表明了外加剂掺量对混凝土坍落度影响在本研究的五个因素中影响相对最大，外加剂的定向吸附，吸附于水化的水泥颗粒表面，形成了双电层使 Zeta 电位增大，水泥颗粒之间的排斥力增加，促使水泥浆体中形成的絮凝状结构分散、解体，从而将絮凝状结构中的自由水释放出来，使水泥浆流动性增加[4]。

对于混凝土强度，因素的影响顺序为：外加剂掺量>泥集碎石掺量＞用水量＞水胶比＞细砂掺量，外加剂掺量对混凝土的强度影响最为显著，外加剂降低了混凝土的水灰比，在混凝土的凝结和后期养护过程中，混凝土中的水含量降低，将会使混凝土中的气孔构造和裂缝降低，从而提高混凝土强度[5]，但是外加剂不宜超掺，从第13号试验中可以看出，外加剂超掺造成的混凝土离析和高含气量，会明显降低混凝土强度。在混凝土配合比设计和混凝土生产中应避免外加剂超掺的现象。由表3的极差分析表可知，对于混凝土坍落度和强度，外加剂掺量的影响最为显著，在混凝土生产质量控制中准确控制外加剂掺量尤为重要。

2.2方差分析

方差分析能够把影响混凝土抗压强度的因素和其它偶然因素造成的试验误差分开，方差分析结果如表4。

表4　方差分析结果

表4可知，以坍落度为考核指标时，当没有误差列时，均方值最小的列即为误差列，因此在坍落度试验结果数据分析中，VA 即为误差列。显著性分析可知，细砂掺量、外加剂掺量、水胶比及用水量对坍落度的影响均高度显著，其中外加剂掺量的影响最大。以强度为考核指标时，VB 即为误差列。显著性分析可知，泥集碎石掺量、外加剂掺量、用水量对强度的影响均显著，水胶比的影响较为显著，其中外加剂掺量的影响最大。表4的方差分析表与极差分析同样得出：外加剂掺量在整个试验中对混凝土坍落度、强度的影响最为显著。

3　结论

（1）对于因素对比较复杂的混凝土试验，正交试验法有较大的应用价值，可以同时对比所研究的各因素对于结果的影响程度，能分辨出各因素对于结果的主次性。试验的准确性较高，能节约大量的人力、物力和时间。

（2）外加剂掺量对混凝土坍落度的影响较大。调整混凝土坍落度的工作中，应优先考虑调整外加剂的掺量。用水量和细砂掺量对混凝土坍落的影响显著，在配合比设计中应根据需要来对这二者进行适当的取舍。

（3）在混凝土配合比设计中。适当的降低用水量和提高外加剂的掺量，能有效提高混凝土强度。在混凝土配合比设计和混凝土生产中应避免外加剂超掺的现象。泥集碎石掺量和用水量对混凝土强度均有显著的影响，在混凝土配合比设计和混凝土生产调整时应充分考虑着两个因素。

[1] 朱德友．正交试验分析影响混凝土抗折强度的因素[J]．安徽建筑，2004,11(4):70-71．

[2] 张晓华，孟云芳，贾军，等．粉煤灰、矿粉与再生粗骨料混凝土配合比设计正交试验研究[J]．混凝土，2014(6):137-140.

[3] 吴军民．基于正交试验法的高强混凝土配合比设计[J]．国外建材科技，2004,25(3):46-48.

[4] 徐清．掺高效减水剂混凝土坍落度损失的控制[J]．新型建筑材料，2000(8):16-18.

[5] 邵伟，蒋玲，周浩．聚羧酸系高性能减水剂对混凝土强度的影响[J]．价值工程，2014(26):136-137．

［通讯地址］南京市六合区沿河路109号（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

刘陆泉（1977－），男，工程师。