再生混凝土的正交试验及力学性能研究

摘 要

再生混凝土技术正日益受到人们的重视，作为一种绿色混凝土资源，其可以实现环境与资源的可持续发展。近几年来，再生混凝土在工程中的应用愈加广泛。但是，与普通混凝土相比，再生混凝土在性能和结构等方面的指标相对较低，在一定程度上阻碍了再生混凝土在建筑工程中的普及和应用。因此，对再生混凝土技术开展研究是十分必要的。本文主要针对再生混凝土的正交实验进行全新的设计，并最终给出正交试验的结果分析。

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

1 正交试验的基本概念及其原理

1.1 正交试验的基本概念

再生混凝土的正交试验设计是一种统计学对比的方法，其主要利用正交表对各种因素进行安排与分析。通过对试验因素中的所有水平组合进行筛选，选出其中具有代表性的部分组合数据进行试验；并通过分析筛选出的部分试验结果来推断出试验的整体情况，最终选出各种因素中的最优的水平组合，为再生混凝土的生产提供重要科学依据。

通过全面试验方法也可以对各种因素的效应以及各因素之间的交互作用进行分析，但在试验中的水平组合数一般为海量级，工作任务繁重。如果试验最终目的是为了寻求最优的水平组合，那么完全可以利用正交表方法来设计和安排试验。

3.3.3 正交试验的基本原理

正交试验主要利用正交表的方法对试验进行设计，从局部推断出整体的实验方向。正交试验的最大特点是其实验的效率高，其能够在最短的时间内获取实验需求的结果。影响试验结果的因素众多，通过数据对比与统计分析，能够得到影响试验最终结果的关键因素及影响程度的大小。在因素变化范围内，正交表可以均衡抽样，这就保证了每次试验结果都具有代表性，保证实验的科学性。正交表均衡分散的特点使我们能通过较少的实验次数获得更佳的试验目的。

本次试验中的试验因素选择了减水剂掺入量、再生骨料取代量、粉煤灰掺入量，因为这3个参数对再生混凝土的影响较大，其中针对每个因素选择3个水平进行9次正交试验即可达到是实验目的，若采用全面试验方法试验，则最少需要进行实验27次。

2 正交表及其基本性质

（1）正交表

正交表是正交试验的前提和基础，正交实验在试验设计、试验安排以及试验结果分析中都要基于正交表展开工作。正交表的记号一般为。

其中，L代表正交表；

字母b表示正交表L中一共安排试验包含的水平组合数；

底数m表示因素的水平数，指数n表示有n列 ，即正交表L最多能够安排m水平因素的数量是n。

（2）正交表的基本性质很多，其主要性质包括代表性、正交性以及综合可比性：

所谓的代表性是指对于任两列的水平组合也都能够出现，保证了各个因素间的组合为全面试验。同时，在任一列中，所有水平都能够出现，因此部分试验中包含了全部因素的水平集合。

正交表的正交性是任两列之间，不同的水平全部组合都出现且次数相等；或者在任意一列里所有水平全部出现且次数相等；。

综合可比性是指任两列之间，水平组合出现次数相同，因素的水平试验条件相同；对任一列的各水平，其出现的次数相等。正交表的性质使得正交表能够最大限度地排除了其他因素的干扰。

3 再生混凝土的正交试验设计

3.1 正交试验的目的

本实验的目的主要是为了分析减水剂掺入量、再生骨料取代量以及粉煤灰掺入量三种因素对再生混凝土的抗压强度的影响程度，同时通过实验数据的对比，选出三种因素的最优的组合，为再生混凝土的应用提供实验依据和理论基础。

3.2 选定因素、制定水平

在设计本次正交试验中，选用正交表进行试验的安排。三个因素分别为：减水剂掺入量、再生骨料取代量以及粉煤灰掺入量。选择这三个因素主要因为他们对再生混凝土的强度影响较大。设定的三个因素的水平参数分别为：减水剂掺入量：0%、6%、12%；再生骨料取代率：0%、60%、100%；粉煤灰的掺量0%、8%、19%。详见下表3-1。

表3－1再生混凝土正交试验因素的水平表

3.3 编制试验方案、记录试验数据

在本方案中，正交试验的测试的试件尺寸为:90mm X 90mm X 90mm。按照进行正交表的统一安排，实验一共进行9次，最终的测试数据如下表3－2所示。从表中可以看出，再生混凝土正交试验设计的9种不同配合比组合，以及在30天后的再生混凝土的抗压强度数据和坍落度数据。

表3－2正交试验设计及考核指标的测试数据

4 再生混凝土正交试验数据的分析

（1）确定影响三种因素的顺序

通过极差的大小的对比，可以判断出不同因素对正交试验考核指标的影响较大程度。本试验中通过极差计算和比较，可知可见因素对再生混凝土抗压强度指标影响的顺序是A-B-C（由主到次），而三种因素对坍落度指标影响的顺序为C-A-B。

再生混凝土的强度的影响顺序依次为：再生骨料的取代量、减水剂的掺入量和粉煤灰的掺入量。其中核心因素为再生骨料的取代量；而对于坍落度来说三种因素的影响顺序依次为：粉煤灰的掺入量、再生骨料的取代量以及减水剂的掺入量，其中核心因素为粉煤灰的掺入量。

（2）确定正交试验各个因素间的最优水平组合

通过本试验的设计特性可知，因素A的水平变动对正交试验的结果有重要影响。因此，再生混凝土的抗压强度，而kA2>kA3>kA1，所以可断定：三个因素的组合A2-B3-C2为本次再生混凝土正交试验的最优水平组合。

5 总结

（1）本次试验处理再生骨料的方法与传统的研究方法有所改进，具体体现在两个方面：堆积密度有所提高且其与骨料的强度是成正比关系。

（2）再生骨料取代量和抗压强度成反比关系，而减水剂掺入量、粉煤灰的掺入量二个因素与坍落度呈正比关系。

（3）通过再生混凝土的正交试验，对三种不同因素对再生混凝土的影响程度进行分析，选定出再生混凝土的最优配合比组合为：A2-B3-C2，即再生骨料的取代率为60%；减水剂的掺入率为12%；粉煤灰的掺入率为9%。其中，主要因素为再生骨料的取代量。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。