正交試驗設計在預制管片蒸汽養護中的應用

李鵬 王偉 趙建明

0 引言

隧洞掘進機TBM具有掘進速度快、一次成洞、作業環境安全等特點,正被許多隧洞工程使用。作為掘進機 TBM隧洞襯砌使用的預制管片,必須經過專門的生產車間進行批量生產,才能保證掘進機正常的施工作業。

預制管片生產過程可大致分為:混凝土拌合、混凝土入模、振搗、蒸汽養護、模具拆卸、模具安裝等程序。蒸汽養護不同于以往的常溫養護,它是將裝入模具中的混凝土置于一定溫度的蒸汽環境中,經過幾個小時的高溫養護,達到立即硬化的目的。蒸汽養護過程主要分為靜停、升溫、恒溫、降溫四個階段。蒸汽養護工藝是預制管片的生產特點,它具有縮短混凝土由可塑性到固態的轉變周期,提高混凝土前期強度,減少模具的使用量,出窯的管片具有一定強度,可以疊放,降低生產車間建筑面積等作用,但缺點是同一種土配合比經過蒸汽養護的混凝土比標準養護的混凝土28 d強度要低 20%左右。

1 正交試驗過程

1.1 試驗目的

利用正交試驗設計,探索蒸汽養護混凝土中的粉煤灰摻量、靜停時間、主養時間對預制管片混凝土出窯強度和 28 d強度的影響。

1.2 確定因素和水平

此次試驗將粉煤灰摻量、靜停時間、蒸養時間作為影響蒸養混凝土出窯強度和 28 d強度的三個主要因素,每個因素有兩個水平,各因素水平見表 1。

表1 因素和水平

表2 蒸汽養護工藝試驗方案

1.3 正交表的選定及蒸汽養護工藝試驗方案

試驗選定了三個因素兩個水平,擇表L8(27)作為正交試驗表格,具體蒸汽養護工藝試驗方案見表 2。

2 試驗結果及數據分析

試驗結果的數據分析主要遵循直接看、繪圖、算一算等步驟。正交試驗結果分析見表 3。

表3 正交試驗結果分析

2.1 直接看

在只包含A,B,C三種因素的出窯強度和28 d強度列中,看K值的大小,比較出各因素的不同水平對試驗結果的影響。出窯強度:因素A(K1＞K2)、因素B(K1＜K2)、因素C(K1＜K2);28 d強度:因素A(K1＜K2)、因素B(K1＜K2)、因素C(K1＞K2)。

2.2 繪制趨勢圖

以各因素水平為橫坐標,試驗結果的和值(K)為縱坐標,繪制因素與結果趨勢圖,見圖 1～圖 3。

由圖 1可看出:隨著粉煤灰摻量的增加,出窯強度明顯降低, 28 d強度有升高趨勢。

由圖 2可看出:出窯強度和 28 d強度,隨著靜停時間的增加,都有升高趨勢。

由圖 3可看出:隨著蒸養時間的增加,出窯強度明顯升高, 28 d強度卻明顯降低。

2.3 算一算

在只包含A,B,C三種因素的出窯強度和 28 d強度列中,算出極差值的大小,比較出各因素對指標影響的名次。出窯強度:A＞C＞B;28 d強度:C＞B＞A。

算一算得出可能比較好的組合條件對出窯強度為 A1B2C2,對28 d強度為 A2B2C1。

3 結語

通過正交試驗設計在預制管片蒸養工藝方案中的應用,得出粉煤灰摻量、靜停時間、蒸養時間三種因素對預制管片出窯強度和 28 d強度的影響關系。1)因素對出窯強度的影響依次排序為:粉煤灰摻量 ＞蒸養時間＞靜停時間,較好組合為A1B2C2。2)因素對 28 d強度的影響依次排序為:蒸養時間＞靜停時間＞粉煤灰摻量,較好組合為A2B2C1。

綜合結論為:預制管片混凝土在滿足強度、耐久性、抑制骨料堿活性等設計要求下,選擇下限粉煤灰摻量;保證出窯強度和 28 d強度盡量滿足較長的靜停時間;在滿足出窯強度要求的前提下,選擇蒸養時間的下限值,以利于預制管片后期強度增長的需要。

[1] DL/T 5150-2001,水工混凝土試驗規程[S].

[2] 張賢文.影響混凝土工程施工質量因素分析[J].山西建筑, 2009,35(14):127-129.