房志恒 孫一波 李得碩 王慧博 李星磊 賈艷敏*

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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·建筑材料及應(yīng)用·

正交試驗(yàn)方法在混凝土試驗(yàn)中的應(yīng)用★

房志恒 孫一波 李得碩 王慧博 李星磊 賈艷敏*

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

具體介紹了正交試驗(yàn)方法，以一次四因素三水平混凝土配合比試驗(yàn)為例，通過(guò)正交試驗(yàn)方法，得出了混凝土的最佳配合比，體現(xiàn)出正交試驗(yàn)在混凝土試驗(yàn)中的優(yōu)越性。

正交試驗(yàn)，混凝土，配合比，抗壓強(qiáng)度

影響混凝土力學(xué)性能的因素有很多，包括混凝土的原材料、拌合情況、養(yǎng)護(hù)條件、齡期等[1,2]。在同時(shí)研究多種因素對(duì)指標(biāo)的影響時(shí)，如果采用多因素完全試驗(yàn)，試驗(yàn)次數(shù)會(huì)隨著因素和水平數(shù)量的增加而急劇增多，會(huì)浪費(fèi)很多試驗(yàn)材料和增加巨大的工作量。正交試驗(yàn)可以大大的減少試驗(yàn)次數(shù)，減少試驗(yàn)工作量，因而在混凝土試驗(yàn)中得到了廣泛應(yīng)用。

1 正交試驗(yàn)介紹

1.1 正交試驗(yàn)原理及應(yīng)用

正交試驗(yàn)是用部分試驗(yàn)來(lái)了解全面試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行分析，來(lái)近似得到全面試驗(yàn)的結(jié)果的一種試驗(yàn)方法。正交試驗(yàn)在混凝土試驗(yàn)的應(yīng)用包括兩個(gè)方面：

1)混凝土配合比設(shè)計(jì)。

正交試驗(yàn)進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)已經(jīng)寫入我國(guó)規(guī)范[3]，并得到了廣泛應(yīng)用。

2)混凝土試驗(yàn)研究。

國(guó)內(nèi)外已有大量使用正交試驗(yàn)方法的先例，如清華大學(xué)的胡瑾通過(guò)四因素三水平正交試驗(yàn)進(jìn)行的研究[4]。

1.2 正交試驗(yàn)的方法

正交試驗(yàn)在長(zhǎng)期的應(yīng)用中已經(jīng)形成了很多可直接運(yùn)用的正交表，工程技術(shù)人員可根據(jù)需求自行選用，下面將對(duì)正交試驗(yàn)的方法步驟進(jìn)行介紹。

1.3 正交表的設(shè)計(jì)

進(jìn)行正交試驗(yàn)首先應(yīng)該設(shè)計(jì)正交表。第一步先選擇試驗(yàn)的因素和各因素的水平，第二步根據(jù)選定的因素和水平選擇正交表，第三步將因素和水平填入正交表中，完成表頭設(shè)計(jì)。這里需要注意的是，正交表的形式不可以隨意改變，因素或水平不足以填滿正交表時(shí)可以允許存在空列用以檢驗(yàn)試驗(yàn)誤差。

1.4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

按照設(shè)計(jì)好的正交表進(jìn)行試驗(yàn)獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，就可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析種類包括直觀分析和方差分析，常見的數(shù)據(jù)分析方法有人工計(jì)算和軟件分析[5]。通過(guò)分析，可以得到各因素對(duì)指標(biāo)影響的顯著程度。

2 正交試驗(yàn)實(shí)例

正交試驗(yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以減少試驗(yàn)次數(shù)，節(jié)省試驗(yàn)材料和時(shí)間。以一次四因素三水平混凝土配合比試驗(yàn)為例，試驗(yàn)的因素和水平見表1。

表1 試驗(yàn)因素和水平

如果采用全面試驗(yàn)，每一種配合比都進(jìn)行一次試驗(yàn)，將會(huì)有34組配合比，按每組配合比需要三個(gè)試件計(jì)算，共需制作243塊試件，工作量巨大。如果采用正交試驗(yàn)，選用L9(34)正交表，只需9組試驗(yàn)，制作27塊試件，選用的正交表見表2，試驗(yàn)配合比見表3。

表2 L9(34)正交表

表3 試驗(yàn)配合比

通過(guò)試驗(yàn)，得到了每一組配合比在7 d時(shí)的抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)表4中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。首先進(jìn)行直觀性分析，直觀性分析又稱為極差分析法，極差是每一個(gè)因素的最好水平和最差水平之間的差。以水膠比為例，先求出每個(gè)水平強(qiáng)度值的平均值分別為28.473,28.227和23.180，再求出這三個(gè)均值的極差為5.293。極差的大小反映了各因素對(duì)指標(biāo)的影響程度，全部分析結(jié)果見表5。

表5 直觀性分析

從分析結(jié)果可以看出，粉煤灰取代量的極差最大，可以得出粉煤灰取代量對(duì)7 d抗壓強(qiáng)度的影響最大。同時(shí)可以將每個(gè)因素的最好水平進(jìn)行組合，得到一組最佳配合比，本次試驗(yàn)得到的最佳配合比見表6。

表6 最佳配合比

除了進(jìn)行直觀性分析，還可以進(jìn)行方差分析，進(jìn)一步確定各因素對(duì)指標(biāo)影響的顯著性，使用軟件“正交試驗(yàn)助手”進(jìn)行方差分析，得到的結(jié)果見表7。

表7 方差分析

通過(guò)分析結(jié)果可以看出，粉煤灰取代量對(duì)指標(biāo)的影響顯著。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次正交試驗(yàn)，只制作了9組配合比的試件就達(dá)到了81組配合比全面試驗(yàn)的效果，不僅得出了混凝土的最佳配合比，還分析出了各因素對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響的顯著性，可見正交試驗(yàn)在混凝土試驗(yàn)中存在下列優(yōu)勢(shì)：1)可以大大減少工作量，提高試驗(yàn)效率。2)可以進(jìn)行多因素分析，得到各因素對(duì)指標(biāo)影響的顯著性程度。3)可以通過(guò)正交試驗(yàn)得到最佳配合比。

[1] 安麗麗,周 莉,王樹穎.混凝土強(qiáng)度影響因素的分析與試驗(yàn)[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2010(13):152-154.

[2] 狄進(jìn)祥,王全福,蘇雪峰.淺析混凝土強(qiáng)度影響因素及其提高措施[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術(shù)規(guī)范[S].

[4] 胡 瑾,閻培渝,董樹國(guó),等.提高中等強(qiáng)度等級(jí)混凝土抗氯離子滲透性能的研究[J].硅酸鹽通報(bào),2014(4):913-917.

[5] 劉瑞江,張業(yè)旺,聞崇煒,等.正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析方法研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,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★：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：201610225066)

房志恒(1996- )，男，在讀本科生

賈艷敏(1962- )，女，博士生導(dǎo)師，教授

TU528

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