功效系数法在混凝土配合比选定中的应用曹运珠

曹运珠

中铁津桥工程检测有限公司吉林长春130033

摘要：以正交试验设计方法为基础，通过功效系数法分析试验数据，分析结果表明当水胶比为0.32，砂率为36%，胶凝材料用量480kg/m3时，水泥：粉煤灰：矿粉=67：18：15的混凝土配合比功效系数最高，说明该配合比下的混凝土在保证较好工作性和耐久性的基础上，生产成本也比较低廉。

关键字：正交试验；功效系数；配合比；电通量

1.前言

功效系数法又叫功效函数法，它是根据多目标规划原理，对每一项评价指标确定一个满意值和不允许值，以满意值为上限，以不允许值为下限．计算各指标实现满意值的程度，并以此确定各指标的分数，再经过加权平均进行综合，从而评价被研究对象的综合状况。目前功效系数法在进行业业绩评价，财务状况，企业经营成果等领域中应用比较广泛，但是在分析和选定混凝土配合比方面应用较少，为此本文尝试以正交试验设计方法对多因素多水平混凝土配合比进行设计，通过功效系数法对试验数据进行整合和分析，结果表明正交试验方法极大地提高了试验速率，功效系数法则很好的解决了综合试验数据分析繁琐的问题，两种方法相互配合为以后分析混凝土多元指标和最佳配合比的选定提供了思路，建立了配合比设计分析一体模型。

2.试验部分

2.1配合比原材料

本文试验采用的胶凝材料分别为辽源渭津金刚水泥有限公司P.042.5水泥、国电吉林龙华长春热电一厂I级粉煤灰和四平平泰新型材料有限公司矿粉；外加剂来自北京市成城交大建材有限公司聚羧酸系高性能减水剂和引气剂，减水率分别为28.5%和8.0%；采用的细集料来自东辽县猪嘴河砂场，砂的细度模数为2.7，粗集料来自东辽县白泉镇东柳村采石场，碎石为5～20mm连续级配，压碎指标为5.0%；拌合水为长春市自来水。

2.2配合比试验方案

2.2.1C50混凝土配合比设计要求

1）强度设计等级为C50；

2）每立方米胶凝材料总用量≥450kg/m3，但不宜高于500kg/m3；

3）水胶比不大于0.36；

4）电通量小于1000C；

5）坍落度=（180±20）mm，，坍落扩展度应控制在（400±20）mm，可泵性好。

2.2.2正交试验设计

根据配合比设计标准及工程经验，确定水胶比不变为0.32，砂率固定为36%，减水剂掺量为1.2%，引气剂掺量为0.015%，胶凝材料总用量控制在450～500kg/m3，粉煤灰掺量控制在10～25%；矿粉掺量控制在15～30%，为了提高试验速率和减少资源浪费，将胶凝材料总用量、粉煤灰掺量和矿粉掺量制定成三因素三水平的正交试验方案，正交试验因素水平表见表1，依据因素和水平数量选定L34正交设计表确定试验方案，正交试验方案表见表2。

3结果与讨论

3.1试验结果

按照表2中的试验方案，进行配合比试配及试块成型，根据混凝土主要设计要求，确定配合比考核指标为坍落度、扩展度、抗压强度和电通量。依据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080测定混凝土坍落度和扩展度，依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081测定混凝土试块3d、7d和28d抗压强度，《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》GB/T50082测定混凝土28d和56d电通量。试验结果列于表3。

表3正交试验结果

3.2配合比胶凝材料成本

随着可持续发展和绿色混凝土等理念对工程施工的不断影响和指导，促使混凝土成本控制成为了混凝土配合比选定的又一考察标准，影响混凝土成本的主要因素为混凝土中胶凝材料的配比和用量，结合施工现场胶凝材料价格，将上述9种配合比胶凝材料成本列于表4。

表4每立方米混凝土胶凝材料成本

注：表中单价包括运输费用，且随季节变化有上下浮动。

3.2配合比胶凝材料成本

配合比选定中采用的功效系数法是指对于任意一个指标，若该指标的值越大（小）越好，则令最大（小）的值为l，其余的值按照与该值的大小比例取不同的值。求出各个指标的功效系数后，再求出各个指标功效系数的几何平均值作为总功效系数。这样就可以将多个考察指标转化为一个总的考察指标，从而使分析过程简化。功效系数分析见表5。其中dS、dP、dQ、dM、dT分别为坍落度、28d强度、56d电通量、每立胶凝材料成本及总的功效系数。从表5中的数据可以看出9组配合比中总功效系数最高值为第5组配合比，数值为0.927，由此可以看出在所设计的9组配合比中，第5组配合比最优。

表5功效系数法分析结果

4结论

多因素多水平如果采用全试验方法，虽然全面，但是工作量将随因素的个数按指数方式增长。这种大工作量的试验既不经济，又延误时间。通过正交试验方法设计试验方案，不仅可以提供科学准确的试验数据，同时提高工作效率，降低资源浪费。本文配合比选定参数设定为三因素三水平，如采用全试验方法将产生27个试验方案，而采用正交试验方法则产生9个试验方案，效率提高3倍，同时结合功效系数法分析试验结果，很好的解决了综合试验数据分析繁琐的问题，快速确定最优配合比。正交试验方法和功效系数分析方法结合为混凝土配合比设计和优化提供了思路和模式。

参考文献：

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