混凝土常用原材料对混凝土技术经济性的影响-重庆大学材料学院.doc

混凝土常用原材料对混凝土技术经济性的影响杨再富1,2 钱觉时11-重庆大学材料学院；2-广厦重庆第一建筑(集团)有限公司摘要：本文从价值工程的观点出发，通过3批正交试验，运用功效系数法较为系统地研究了混凝土常用原材料对混凝土技术经济指标的影响,以期为混凝土配合比设计与混凝土制备作参考。关键词：混凝土；技术经济指标；原材料；影响Effect of Constituent Materials of Concrete on Technology and Economy of ConcreteYang Zaifu 1,2 Qian jueshi 11-College of Materials Chongqing University2-Guangsha Chongqing First Construction Group Ltd.Abstract: This paper utilizes the viewpoint of value engineering , through three batches orthogonal tests, study the influence of constituent materials on technology and economy properties of concrete with efficiency coefficient method .The author expects this paper will be reference on design of mixes and compound of concrete. Keywords: concrete; technology and economy properties; materials; effect0.前言所谓价值工程，是指人们分析产品的各项性能，以最低的成本实现产品的必要性能，进而提高产品价值的技术经济方法。通常混凝土的强度和工作性能是两个必测的技术性指标，因为强度关系到工程结构是否安全、结构中混凝土强度评定是否符合设计和规范要求，工作性能关系到泵送、振捣成型、养护等作业工序的难易程度和构件是否易于开裂的评价，等等。而混凝土单方成本是否低廉、利润怎样，是企业必究的经济性指标，因为它关系到企业的生存发展。本文从价值工程的观点出发，通过3批正交试验，运用功效系数法，将技术指标和经济指标融为一体，较为系统地研究了混凝土常用原材料对混凝土技术经济指标的影响，以期对混凝土配合比设计与混凝土制备作参考。1.试验用材料水泥：采用重庆某水泥公司普通42.5R。第一批试验用水泥按GB175-1999标准检测，细度为2.8，凝结时间和安定性合格，28d抗压强度为52.7MPa，28d抗折强度为9.4MPa。第二批和第三批试验用水泥按GB175-92标准检测，细度为2.8，凝结时间和安定性合格，28d抗压强度为64.8MPa，28d抗折强度为9.7MPa。砂：采用重庆合川渠河砂与机制石灰石砂混合的混合砂。渠河砂，按GB/T14684-93标准检测，含泥量为1.6，细度模数为1.20；石灰石砂，按GB/T14684-93标准检测，含泥量为1.6，细度模数为3.94。石子：采用重庆南岸小泉碎石，粒径5-25mm，按GB/T14685-93标准检测，含泥量为1.0，压碎指标为9.4，筛分结果符合5-25mm的连续级配。水：采用饮用自来水。掺合料：第一批和第二批试验采用级粉煤灰，重庆某发电厂生产，按GB1596-91标准检测，细度为5.6，需水量比为93，烧失量为2.36，SO3含量为1.41，符合级灰技术要求。第三批试验用磨细矿渣粉，重庆某建材厂生产，按GB/T18046-2000标准检测，比表面积为530m2/kg，28天活性指数为89%，烧失量为0.5，SO3含量为3.4，符合S75级技术要求。外加剂：采用重庆某建材厂生产的高效减水剂FDN-SP粉剂。2.试验方案采用正交试验方案。为了在较大范围内考察原材料的品种和用量对混凝土技术经济性的影响，我们选用较大的正交表L25（56）。其六个因素五个水平选择，需先按经验做配合比设计、试拌，取得设计所需的信息后，再确定选择。考核指标选择混凝土的7项性能指标，包括1项经济指标，即混凝土单方成本，与 6项技术指标，即混凝土工作性能的坍落度、扩散度与力学性能的3、7、28、56天抗压强度。试验分三批进行。2.1第一批试验六个因素选择：A胶凝材料总量、B级粉煤灰占胶凝材料总量的百分率、C渠河砂与石砂之比、D碎石用量、E外加剂FDN-SP掺量以胶凝材料总量的百分率计算、F用水量。每个因素的五个水平选择如表1所示。按所选用正交表L25（56）的要求，做25个配合比试验。试验环境条件为：温度913，相对湿度7187；养护条件为标准条件。2.2第二批试验第二批试验因素水平定为，将第一批试验中的D 、E两个因素的材料用量水平调低，其余的因素水平与第一批试验相同，如表2所示。按L25（56）的要求做25个配合比试验。试验环境条件为：温度1010.5，相对湿度7986；养护条件为标准条件。2.3第三批试验为了比较磨细矿渣粉和级粉煤灰对混凝土强度和工作性的影响，同时也希望能配出更高强度的混凝土，我们用磨细矿渣粉取代级粉煤灰，其余因素水平与第二批试验相同，如表3所示。按L25（56）的要求做25个配合比试验。试验环境条件为：温度1215，相对湿度8283；养护条件为标准条件。表1 第一批试验的因素水平表水平因 素A-胶材总量(kg/m3)B-级粉煤灰占胶材总量的%C-渠河砂与石砂之比D-碎石用量(kg/m3)E-外加剂掺量F-用水量(kg/m3)15503060：401100A0.719025002555：451175A0.818534502050：501250A0.918044001545：551325A1.017553501040：601400A1.1170表2 第二批试验的因素水平表水平因 素A-胶材总量(kg/m3)B-级粉煤灰占胶材总量的%C-渠河砂与石砂之比D-碎石用量(kg/m3)E-外加剂掺量F-用水量(kg/m3)15503060：401025A0.718025002555：451100A0.817534502050：501175A0.917044001545：551250A1.016553501040：601325A1.1160表3 第三批试验的因素水平表水平因 素A-胶材总量(kg/m3)B-磨细矿渣粉占胶材总量的%C-渠河砂与石砂之比D-碎石用量(kg/m3)E-外加剂掺量F-用水量(kg/m3)15503060：401025A0.718025002555：451100A0.817534502050：501175A0.917044001545：551250A1.016553501040：601325A1.11603.试验结果分析对多考核指标的试验结果进行分析，本文采用功效系数法。所谓功效系数，是指测评产品某项性能指标优劣的量值，以量值大者为优，小为劣。分为单项功效系数与多项功效系数。单项功效系数等于本项性能指标各测试值与最大测试值之比。n项考核指标的功效系数d，等于n项考核指标各自的功效系数di（i=1，2，n）的几何求积，即d=(d1d2dn)1/n。本文三批试验共75个配合比，每个配合比有7项考核指标。也即每项考核指标有75个测试数据，共有525个测试数据（表4、表5、表6略）。本文要计算每项考核指标的功效系数、技术功效系数、经济功效系数、技术经济功效系数，并分析。3.1技术功效系数的计算被考核的6个技术指标分别是混凝土工作性能的坍落度、扩散度与力学性能的3、7、28、56天抗压强度。在分配权重时，考虑到强度比工作性更重要，所以强度权重取为4/6、工作性权重取为2/6，则按多项功效系数计算方法，技术功效系数就是这6个功效系数之积的6次方根。3.2经济功效系数的计算混凝土单方成本反映经济性指标。某个配合比对应的混凝土单方成本，等于这个配合比各种原材料用量乘以相应的单价之和。计算单方成本的倒数，该倒数越大，说明混凝土成本越低，即经济性越好。再按单项功效系数计算法计算经济功效系数。本文以重庆地区原材料单价代入计算。3.3技术经济功效系数的计算本文综合技术经济指标的权重分配，技术功效系数与经济功效系数均为1/2，则技术经济功效系数就是技术功效系数与经济功效系数之积的平方根。3.4用功效系数法分析影响因素的主次顺序与最佳组合条件本文将某个因素的某个水平对应的五个技术经济功效系数之和称为该因素该水平的总功效系数。总功效系数极差的大小反映因素之间影响的主次顺序与显著程度；某因素某水平总功效系数的大小反映该因素该水平对应的混凝土技术经济性能的优劣。根据对总功效系数及其极差大小进行分析可知：第一批试验，影响因素的主次顺序为ABDCEF，在本文给定的变化范围内，显著影响因素只有A，其余因素是不显著因素；最佳组合为：A2B5C2D3E2F3。第二批试验，影响因素的主次顺序为ABDFEC，在本文给定的变化范围内，显著影响因素也是A，其余因素是不显著因素；最佳组合为：A2B3C1D4E3F2。第三批试验，影响因素的主次顺序为ADEBCF，在本文给定的变化范围内，显著影响因素也有A，而D、E接近显著影响因素，其余因素是不显著因素；最佳组合为：A3B3C4D5E4F3。综上所述，显著影响因素均为A，说明胶凝材料总量是混凝土技术经济指标的首要影响因素；而D、E接近显著影响因素，说明碎石用量和外加剂用量是重要影响因素；其余因素（B掺合料占胶凝材料总量的百分率、C渠河砂与石砂之比、F用水量）是混凝土技术经济指标的不重要的影响因素。4、技术经济指标随原材料品种和用量的变化规律混凝土技术经济性能由总功效系数表征。根据试验结果可绘制每批试验的六因素五水平对总功效系数的影响曲线，该曲线就是混凝土技术经济指标随原材料品种和用量的变化曲线。4.1第一批试验的六个因素五个水平对总功效系数的影响可见，因素A（胶凝材料总量）随着其水平的变化（550，500，450，400，350 kg/m3）比起因素B、C、D、E、F来，使得总功效系数的变幅最大，说明影响最显著。且在第二水平（500 kg/m3）总功效系数最大，表示此值在本文给定的条件范围内使得对应混凝土的技术经济指标最优；在第五水平（350 kg/m3）总功效系数最小，表示对应混凝土的技术经济指标最差。从图上还可见，六条曲线的最高点是最大总功效系数点，其组合是最优组合条件： A2B5C2D3E2F3，与前述3.4中的最佳组合条件相同。4.2第二批试验的六个因素五个水平对总功效系数的影响可见，依然是因素A（胶凝材料总量）随着水平的变化（550，500，450，400，350 kg/m3）使得总功效系数的变幅最大，说明影响最显著。在第二水平（500 kg/m3）总功效系数最大，表示对应混凝土的技术经济指标最优，在第五水平（350kg/m3）总功效系数最小，对应混凝土的技术经济指标最差。六条曲线的最高点，即最大总功效系数点，其组合就是最优组合条件：A2B3C1D4E3F2，与前述3.4中的最佳组合条件相同。4.3第三批试验的六个因素五个水平对总功效系数的影响可见，因素A（胶凝材料总量）随着水平的变化（550，500，450，400，350），使得总功效系数的变幅大，说明影响显著。在第三水平（450 kg/m3）总功效系数最大，对应混凝土的技术经济指标最优，在第五水平（350 kg/m3）总功效系数最小，对应混凝土的技术经济指标最差。 因素D（碎石用量）随着水平的变化（1025，1100，1175，1250，1325），使得总功效系数的变幅大，说明影响显著。在第五水平（1325 kg/m3）总功效系数最大，对应混凝土的技术经济指标最优，在第一水平（1025 kg/m3）总功效系数最小，对应混凝土的技术经济指标最差。因素E（外加剂FDN-SP掺量）随着水平的变化（0.7%，0.8%，0.9%，1.0%，1.1%），使得总功效系数的变幅大，说明影响显著。在第四水平（1.0%）总功效系数最大，对应混凝土的技术经济指标最优，在第一水平（0.7%）总功效系数最小，对应混凝土的技术经济指标最差。从图上还可见，六条曲线的最高点就是最大总功效系数点，其组合就是最优组合条件：A3B3C4D5E4F3，与前述3.4中的最佳组合条件相同。5、小结：5.1本文基于价值工程观点，通过3批正交试验，运用功效系数法分析研究试验结果，揭示了混凝土的技术经济性能随原材料品种和用量的变化趋势，加深了我们对混凝土