劉陸泉,孟慶晨,張德榮,陳兆根,鄧最亮
(1.南京揚(yáng)子混凝土制品有限責(zé)任公司,江蘇 南京 210048;2.南京裕楊工程檢測有限責(zé)任公司,江蘇 南京 210048;3.上海三瑞高分子材料股份有限公司,上海 200232;4.上海建筑外加劑工程技術(shù)研究中心,上?!?00232)
正交試驗(yàn)法在混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制中的應(yīng)用
劉陸泉1,孟慶晨1,張德榮2,陳兆根1,鄧最亮3,4
(1.南京揚(yáng)子混凝土制品有限責(zé)任公司,江蘇南京210048;2.南京裕楊工程檢測有限責(zé)任公司,江蘇南京210048;3.上海三瑞高分子材料股份有限公司,上海200232;4.上海建筑外加劑工程技術(shù)研究中心,上海200232)
本文以泥集碎石摻量、細(xì)砂摻量、外加劑摻量、水膠比及用水量等因素為變量,設(shè)計(jì)五因素四水平的 L16(45)正交試驗(yàn),以混凝土坍落度和強(qiáng)度為考核指標(biāo)。結(jié)果表明:外加劑摻量對(duì)混凝土坍落度的影響相對(duì)較大,其次是用水量和細(xì)砂摻量;外加劑摻量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響相對(duì)較大,其次是泥集碎石摻量和用水量。
正交試驗(yàn);極差分析;方差分析;質(zhì)量控制
眾所周知,骨料的品種、級(jí)配對(duì)混凝土的和易性、強(qiáng)度等都有或多或少的影響。隨著混凝土生產(chǎn)所用骨料品種的多樣化,它們對(duì)混凝土的工作性與強(qiáng)度影響愈加復(fù)雜[1]?;炷僚浔葍?nèi)的各骨料摻量難以確定,由此引起的混凝土坍落度、和易性波動(dòng)較大,強(qiáng)度離散型較大,原因難以分析。單憑經(jīng)驗(yàn)難以滿足質(zhì)量控制的要求。利用統(tǒng)計(jì)研究方法便于研究隨機(jī)過程的內(nèi)在特性,在各種統(tǒng)計(jì)方法中正交設(shè)計(jì)是非常有效的一種,因?yàn)檎辉O(shè)計(jì)具有整體可比性和均衡分散性[2,3]。
中安聯(lián)合煤化有限責(zé)任公司煤制170萬噸/年甲醇及轉(zhuǎn)化烯烴項(xiàng)目配套凈水廠工程位于淮南市潘集區(qū)安徽省煤化工業(yè)園內(nèi),屬于安徽省“861”行動(dòng)計(jì)劃重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目,凈水廠分二期建設(shè),凈水廠的設(shè)計(jì)規(guī)模為10m3/d。工程項(xiàng)目所用混凝土種類繁多,包括泵送混凝土、高強(qiáng)度等級(jí)混凝土、早強(qiáng)混凝土、超保坍混凝土及抗腐蝕混凝土等。
本文采取正交試驗(yàn)法對(duì)泥集碎石摻量、細(xì)砂摻量、外加劑摻量、水膠比及用水量等因素對(duì)混凝土狀態(tài)、坍落度和強(qiáng)度的影響進(jìn)行研究分析。
1.1試驗(yàn)原材料
水泥:蚌埠水泥廠生產(chǎn)蚌埠珍珠 P·O42.5。
礦物摻合料:選用馬鞍山嘉華 S95級(jí)礦粉,平圩電廠 Ⅱ級(jí)粉煤灰。
骨料:河南信陽中砂,細(xì)度模數(shù)為2.7,淮南淮河細(xì)砂,細(xì)度模數(shù)為2.0。
減水劑:上海三瑞高分子材料股份有限公司生產(chǎn)VIVID-500聚羧酸高效減水劑。
1.2混凝土試驗(yàn)的正交設(shè)計(jì)
在混凝土生產(chǎn)中的實(shí)際情況,結(jié)合對(duì)混凝土影響較大的兩種骨料以及混凝土調(diào)整的常用方法。本次試驗(yàn)以細(xì)砂摻量、泥集5~25碎石、水膠比、用水量、外加劑摻量為試驗(yàn)因素,各取四個(gè)摻量水平,因素-水平表見1。
表1 因素水平表
1.3正交表及試驗(yàn)結(jié)果
采用 L16(45)正交試驗(yàn)表及試驗(yàn)結(jié)果見表2,按表2所示的組合配制混凝土,分別測定各組的坍落度,考察和易性,然后將制作的混凝土試塊,在室溫和一定條件下養(yǎng)護(hù),測量其28d 抗壓強(qiáng)度,每種強(qiáng)度試驗(yàn)做4組,取其平均值。
試驗(yàn)結(jié)果的極差計(jì)算列于表3,試驗(yàn)以泥集碎石摻量、細(xì)砂摻量、外加劑摻量、水膠比及用水量比這五個(gè)因素對(duì)混凝土坍落度和強(qiáng)度影響,每個(gè)因素四個(gè)水平,以坍落度和強(qiáng)度為考核指標(biāo)。
表2 L16(45)正交試驗(yàn)方案及結(jié)果
表3 極差分析結(jié)果
由表3可知,對(duì)于混凝土坍落度,因素的影響順序?yàn)椋和饧觿搅浚居盟浚炯?xì)砂摻量>水膠比>泥集碎石摻量,這表明了外加劑摻量對(duì)混凝土坍落度影響在本研究的五個(gè)因素中影響相對(duì)最大,外加劑的定向吸附,吸附于水化的水泥顆粒表面,形成了雙電層使 Zeta 電位增大,水泥顆粒之間的排斥力增加,促使水泥漿體中形成的絮凝狀結(jié)構(gòu)分散、解體,從而將絮凝狀結(jié)構(gòu)中的自由水釋放出來,使水泥漿流動(dòng)性增加[4]。
對(duì)于混凝土強(qiáng)度,因素的影響順序?yàn)椋和饧觿搅?泥集碎石摻量>用水量>水膠比>細(xì)砂摻量,外加劑摻量對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響最為顯著,外加劑降低了混凝土的水灰比,在混凝土的凝結(jié)和后期養(yǎng)護(hù)過程中,混凝土中的水含量降低,將會(huì)使混凝土中的氣孔構(gòu)造和裂縫降低,從而提高混凝土強(qiáng)度[5],但是外加劑不宜超摻,從第13號(hào)試驗(yàn)中可以看出,外加劑超摻造成的混凝土離析和高含氣量,會(huì)明顯降低混凝土強(qiáng)度。在混凝土配合比設(shè)計(jì)和混凝土生產(chǎn)中應(yīng)避免外加劑超摻的現(xiàn)象。由表3的極差分析表可知,對(duì)于混凝土坍落度和強(qiáng)度,外加劑摻量的影響最為顯著,在混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制中準(zhǔn)確控制外加劑摻量尤為重要。
2.2方差分析
方差分析能夠把影響混凝土抗壓強(qiáng)度的因素和其它偶然因素造成的試驗(yàn)誤差分開,方差分析結(jié)果如表4。
表4 方差分析結(jié)果
表4可知,以坍落度為考核指標(biāo)時(shí),當(dāng)沒有誤差列時(shí),均方值最小的列即為誤差列,因此在坍落度試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析中,VA 即為誤差列。顯著性分析可知,細(xì)砂摻量、外加劑摻量、水膠比及用水量對(duì)坍落度的影響均高度顯著,其中外加劑摻量的影響最大。以強(qiáng)度為考核指標(biāo)時(shí),VB 即為誤差列。顯著性分析可知,泥集碎石摻量、外加劑摻量、用水量對(duì)強(qiáng)度的影響均顯著,水膠比的影響較為顯著,其中外加劑摻量的影響最大。表4的方差分析表與極差分析同樣得出:外加劑摻量在整個(gè)試驗(yàn)中對(duì)混凝土坍落度、強(qiáng)度的影響最為顯著。
(1)對(duì)于因素對(duì)比較復(fù)雜的混凝土試驗(yàn),正交試驗(yàn)法有較大的應(yīng)用價(jià)值,可以同時(shí)對(duì)比所研究的各因素對(duì)于結(jié)果的影響程度,能分辨出各因素對(duì)于結(jié)果的主次性。試驗(yàn)的準(zhǔn)確性較高,能節(jié)約大量的人力、物力和時(shí)間。
(2)外加劑摻量對(duì)混凝土坍落度的影響較大。調(diào)整混凝土坍落度的工作中,應(yīng)優(yōu)先考慮調(diào)整外加劑的摻量。用水量和細(xì)砂摻量對(duì)混凝土坍落的影響顯著,在配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)需要來對(duì)這二者進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜∩帷?/p>
(3)在混凝土配合比設(shè)計(jì)中。適當(dāng)?shù)慕档陀盟亢吞岣咄饧觿┑膿搅?,能有效提高混凝土?qiáng)度。在混凝土配合比設(shè)計(jì)和混凝土生產(chǎn)中應(yīng)避免外加劑超摻的現(xiàn)象。泥集碎石摻量和用水量對(duì)混凝土強(qiáng)度均有顯著的影響,在混凝土配合比設(shè)計(jì)和混凝土生產(chǎn)調(diào)整時(shí)應(yīng)充分考慮著兩個(gè)因素。
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[2] 張曉華,孟云芳,賈軍,等.粉煤灰、礦粉與再生粗骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)研究[J].混凝土,2014(6):137-140.
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[通訊地址]南京市六合區(qū)沿河路109號(hào)(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
劉陸泉(1977-),男,工程師。