基于灰色關(guān)聯(lián)理論現(xiàn)場(chǎng)商品混凝土強(qiáng)度的影響因素分析

王超WANG Chao；遲恩濤CHI En-tao；曹之磊CAO Zhi-lei；董國(guó)帥DONG Guo-shuai

（①菏澤市牡丹區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量服務(wù)中心，菏澤 274000；②中建筑港集團(tuán)有限公司，青島 266000）

0 引言

混凝土材料是目前建筑工程領(lǐng)域使用最為廣泛的建筑材料，房建領(lǐng)域中，鋼筋混凝土構(gòu)成了建筑的受力骨架，其中混凝土主要承擔(dān)壓力作用，混凝土抗壓強(qiáng)度是主體質(zhì)量檢測(cè)的主控項(xiàng)目[1]，影響混凝土強(qiáng)度的主要因素有原材料的影響、成型方法的影響、養(yǎng)護(hù)條件的影響、碳化深度和齡期等方面的影響[2]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就這幾種影響混凝土強(qiáng)度的因素做了大量的研究，吳耀鵬、李彥豪等[3]研究了不同水膠比、不同粉煤灰摻量混凝土試件，經(jīng)不同溫度作用后抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律，結(jié)果表明：600℃時(shí)高水膠比混凝土抗壓強(qiáng)度損失較小，粉煤灰摻量為30%時(shí)，高溫導(dǎo)致強(qiáng)度損失較小。何錦云、李瑞璟等[4]研究了砂率對(duì)砼強(qiáng)度及和易性的影響，結(jié)果表明：砂率對(duì)普通混凝土強(qiáng)度影響較小，對(duì)高性能混凝土強(qiáng)度影響很大。仇影、丁蓓等[5]進(jìn)一步研究了砂率對(duì)C30-C50 混凝土強(qiáng)度及工作性能的影響，結(jié)果表明：C30 混凝土的砂率設(shè)定在0.43 左右、C40 混凝土砂率設(shè)定在0.40 左右、C50 混凝土設(shè)定在0.37 左右比較合適?；炷潦┕み^(guò)程中的振搗對(duì)混凝土的強(qiáng)度也有著很大的影響，Banfill、Teixei 等[6]提出了振搗作用下混凝土剪切力的理論計(jì)算公式。溫家馨、黃法禮等[7]總結(jié)了混凝土振搗技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并分析了其發(fā)展的趨勢(shì)。張立勃、陳洪光等[8]通過(guò)模擬不同環(huán)境溫度養(yǎng)護(hù)C30-C40 的二次襯砌混凝土試件，測(cè)試試件的抗壓強(qiáng)度，計(jì)算得到了C30-C40 混凝土的脫模推薦時(shí)間。后來(lái)莊金平、陳劍星等[9]在此基礎(chǔ)上繼續(xù)研究了自然條件下齡期和環(huán)境溫度對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明：齡期越早，養(yǎng)護(hù)累計(jì)溫度對(duì)混凝土強(qiáng)度的發(fā)展進(jìn)程影響越大，齡期7 天以上的養(yǎng)護(hù)累計(jì)溫度對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度發(fā)展影響較小。

目前，對(duì)于混凝土強(qiáng)度影響因素的研究將內(nèi)因與外因分離進(jìn)行研究，而施工現(xiàn)場(chǎng)為了滿足多個(gè)單體的施工要求，往往選擇多個(gè)商混站，即會(huì)有多個(gè)配合比，施工過(guò)程中的養(yǎng)護(hù)條件、齡期、振搗等情況也各不相同，為了研究?jī)?nèi)外因多種因素對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)中混凝土的影響情況，文章通過(guò)對(duì)多個(gè)單體施工過(guò)程中的同條件試件研究，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析法[10-13]，分析多種因素對(duì)混凝土強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)程度。

1 試驗(yàn)概況

1.1 原材料及試驗(yàn)方法

原材料：選取4 家商混站供應(yīng)混凝土，水泥均為P.O42.5 水泥，粉煤灰均為F 類Ⅱ級(jí)，石子、砂子分別為淄博生產(chǎn)的碎石和人工砂，其中砂子為中粗砂，拌和用水均采用飲用水，外加劑均采用羧酸系高效減水劑。4 家商混站C30 混凝土設(shè)計(jì)配合比見(jiàn)表1，抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表2。

表1 C30 混凝土配合比 單位：kg/m3

表2 混凝土抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)方法：選取現(xiàn)場(chǎng)不同時(shí)間段使用不同商混站制作的部分同條件試塊進(jìn)行軸心抗壓試驗(yàn)，并記錄下每組試件養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的累計(jì)溫度，累計(jì)溫度為養(yǎng)護(hù)過(guò)程中每日平均溫度之和。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

累計(jì)溫度與混凝土抗壓強(qiáng)度關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 累計(jì)溫度與混凝土抗壓強(qiáng)度關(guān)系

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著累計(jì)溫度的增長(zhǎng)，混凝土的抗壓強(qiáng)度整體呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，這主要是因?yàn)樗嗷炷恋牧W(xué)強(qiáng)度與水泥水化產(chǎn)物C-S-H 凝膠有關(guān)，水化程度越高，C-S-H 強(qiáng)度越高、穩(wěn)定性越好，混凝土即具有更好的力學(xué)性能，在一定濕度條件下，隨著時(shí)間推移和溫度的不斷積累，水化反應(yīng)會(huì)不斷深入進(jìn)行，使得混凝土內(nèi)部C-SH 凝膠不斷形成，抗壓強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)。

試驗(yàn)結(jié)果中，累計(jì)溫度與抗壓強(qiáng)度并不是完全呈現(xiàn)正相關(guān)，且不同商混站隨著累計(jì)溫度的增加，抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律也不同，因此現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中存在多種影響混凝土強(qiáng)度的因素，且他們的影響程度也不相同，需要進(jìn)一步深入研究。

2 灰色關(guān)聯(lián)度概述

2.1 灰色關(guān)聯(lián)度簡(jiǎn)介

灰色關(guān)聯(lián)理論是研究“信息不完全”的不確定系統(tǒng)的一種方法理論，運(yùn)用“少”與“多”的辯證統(tǒng)一，“局部”與“整體”的轉(zhuǎn)化，將已知同條件試塊信息深化分析，從眾多的內(nèi)外因影響因素提煉出主要的影響因素，并將影響因素的強(qiáng)弱進(jìn)行排序。

2.2 計(jì)算步驟

①確定參考數(shù)列和比較數(shù)列。

②無(wú)量綱處理。

為了避免參考數(shù)列和比較數(shù)列的量綱和數(shù)量級(jí)不同所帶來(lái)的影響，保證各影響因素具有等效性和同序性，需要將各數(shù)列進(jìn)行無(wú)量綱化處理，文章采用中心化處理方法。

其中，i=1，2，3…，n；X 為X 樣本的平均值；σi為樣本的均方差。

③計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。

使用以下公式計(jì)算Y0與Yi（i=1，2，3…，n）的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

④計(jì)算關(guān)聯(lián)度。

使用以下公式計(jì)算Y0與Yi（i=1，2，3…，n）的關(guān)聯(lián)度ri。

⑤分析主要影響因素。

ri越大，則表明Yi與Y0的發(fā)展相關(guān)性越大，將關(guān)聯(lián)度ri進(jìn)行排序，則可以確定對(duì)Y0發(fā)展影響的主要因素。

3 混凝土強(qiáng)度影響因素分析

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了提高分析的準(zhǔn)確性，在累計(jì)溫度與抗壓強(qiáng)度關(guān)系分析試驗(yàn)基礎(chǔ)上增加樣本數(shù)量，選取粉煤灰摻量、水膠比、砂率作為內(nèi)因，選取養(yǎng)護(hù)累計(jì)溫度、養(yǎng)護(hù)天數(shù)、振搗程度作為外因，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)制作試件的振搗情況將振搗程度分成四個(gè)等級(jí)。

3.2 灰色關(guān)聯(lián)分析

將不同商混站以不同方式成型，經(jīng)不同條件養(yǎng)護(hù)的同條件試塊進(jìn)行軸心抗壓試驗(yàn)，原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 原始數(shù)據(jù)

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱處理和關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算，最終得到

通過(guò)結(jié)果可知，r4>r5>r6>r1>r2>r3，即對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響因素由強(qiáng)到弱依次是累計(jì)溫度、養(yǎng)護(hù)天數(shù)、振搗程度、粉煤灰、水膠比、砂率，因此，在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，外因影響大于內(nèi)因影響，這六個(gè)影響因素的灰色關(guān)聯(lián)度均大于0.6，關(guān)聯(lián)度為強(qiáng)度[14]，故它們對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度均有重要影響。

4 結(jié)論

①根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)同條件試件抗壓強(qiáng)度與累計(jì)溫度關(guān)系，隨著累計(jì)溫度增加，水化反應(yīng)不斷推進(jìn)，C-S-H 凝膠不斷增多，最終形成高密度的凝膠體，使得混凝土強(qiáng)度增大。②根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)同條件試件抗壓強(qiáng)度與六種影響因素的灰色關(guān)聯(lián)度可知，對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響因素按照重要程度依次是累計(jì)溫度>養(yǎng)護(hù)天數(shù)>振搗程度>粉煤灰>水膠比>砂率，因此，在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，外因影響大于內(nèi)因影響，以上六個(gè)影響因素的灰色關(guān)聯(lián)度均大于0.6，故它們對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度均有重要影響。③混凝土進(jìn)場(chǎng)前，在保證和易性良好的前提下，選用粉煤灰摻量、水膠比、砂率較低的混凝土，施工過(guò)程中合理的振搗、合理溫濕條件下充足的養(yǎng)護(hù)可以克服內(nèi)因，提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。