基于灰色關聯理論現場商品混凝土強度的影響因素分析

王超WANG Chao；遲恩濤CHI En-tao；曹之磊CAO Zhi-lei；董國帥DONG Guo-shuai

（①菏澤市牡丹區建設工程質量服務中心，菏澤 274000；②中建筑港集團有限公司，青島 266000）

0 引言

混凝土材料是目前建筑工程領域使用最為廣泛的建筑材料，房建領域中，鋼筋混凝土構成了建筑的受力骨架，其中混凝土主要承擔壓力作用，混凝土抗壓強度是主體質量檢測的主控項目[1]，影響混凝土強度的主要因素有原材料的影響、成型方法的影響、養護條件的影響、碳化深度和齡期等方面的影響[2]。目前，國內外學者就這幾種影響混凝土強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，經不同溫度作用后抗壓強度的變化規律，結果表明：600℃時高水膠比混凝土抗壓強度損失較小，粉煤灰摻量為30%時，高溫導致強度損失較小。何錦云、李瑞璟等[4]研究了砂率對砼強度及和易性的影響，結果表明：砂率對普通混凝土強度影響較小，對高性能混凝土強度影響很大。仇影、丁蓓等[5]進一步研究了砂率對C30-C50 混凝土強度及工作性能的影響，結果表明：C30 混凝土的砂率設定在0.43 左右、C40 混凝土砂率設定在0.40 左右、C50 混凝土設定在0.37 左右比較合適。混凝土施工過程中的振搗對混凝土的強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算公式。溫家馨、黃法禮等[7]總結了混凝土振搗技術的研究現狀，并分析了其發展的趨勢。張立勃、陳洪光等[8]通過模擬不同環境溫度養護C30-C40 的二次襯砌混凝土試件，測試試件的抗壓強度，計算得到了C30-C40 混凝土的脫模推薦時間。后來莊金平、陳劍星等[9]在此基礎上繼續研究了自然條件下齡期和環境溫度對混凝土抗壓強度的影響，結果表明：齡期越早，養護累計溫度對混凝土強度的發展進程影響越大，齡期7 天以上的養護累計溫度對混凝土的抗壓強度發展影響較小。

目前，對于混凝土強度影響因素的研究將內因與外因分離進行研究，而施工現場為了滿足多個單體的施工要求，往往選擇多個商混站，即會有多個配合比，施工過程中的養護條件、齡期、振搗等情況也各不相同，為了研究內外因多種因素對施工現場中混凝土的影響情況，文章通過對多個單體施工過程中的同條件試件研究，運用灰色關聯分析法[10-13]，分析多種因素對混凝土強度的關聯程度。

1 試驗概況

1.1 原材料及試驗方法

原材料：選取4 家商混站供應混凝土，水泥均為P.O42.5 水泥，粉煤灰均為F 類Ⅱ級，石子、砂子分別為淄博生產的碎石和人工砂，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 混凝土設計配合比見表1，抗壓強度見表2。

表1 C30 混凝土配合比 單位：kg/m3

表2 混凝土抗壓強度

試驗方法：選取現場不同時間段使用不同商混站制作的部分同條件試塊進行軸心抗壓試驗，并記錄下每組試件養護過程中的累計溫度，累計溫度為養護過程中每日平均溫度之和。

1.2 試驗結果分析

累計溫度與混凝土抗壓強度關系見圖1。

圖1 累計溫度與混凝土抗壓強度關系

根據試驗結果可知，隨著累計溫度的增長，混凝土的抗壓強度整體呈現增長趨勢，這主要是因為水泥混凝土的力學強度與水泥水化產物C-S-H 凝膠有關，水化程度越高，C-S-H 強度越高、穩定性越好，混凝土即具有更好的力學性能，在一定濕度條件下，隨著時間推移和溫度的不斷積累，水化反應會不斷深入進行，使得混凝土內部C-SH 凝膠不斷形成，抗壓強度不斷增長。

試驗結果中，累計溫度與抗壓強度并不是完全呈現正相關，且不同商混站隨著累計溫度的增加，抗壓強度的變化規律也不同，因此現場施工過程中存在多種影響混凝土強度的因素，且他們的影響程度也不相同，需要進一步深入研究。

2 灰色關聯度概述

2.1 灰色關聯度簡介

灰色關聯理論是研究“信息不完全”的不確定系統的一種方法理論，運用“少”與“多”的辯證統一，“局部”與“整體”的轉化，將已知同條件試塊信息深化分析，從眾多的內外因影響因素提煉出主要的影響因素，并將影響因素的強弱進行排序。

2.2 計算步驟

①確定參考數列和比較數列。

②無量綱處理。

為了避免參考數列和比較數列的量綱和數量級不同所帶來的影響，保證各影響因素具有等效性和同序性，需要將各數列進行無量綱化處理，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計算關聯系數。

使用以下公式計算Y0與Yi（i=1，2，3…，n）的關聯系數。

④計算關聯度。

使用以下公式計算Y0與Yi（i=1，2，3…，n）的關聯度ri。

⑤分析主要影響因素。

ri越大，則表明Yi與Y0的發展相關性越大，將關聯度ri進行排序，則可以確定對Y0發展影響的主要因素。

3 混凝土強度影響因素分析

3.1 試驗設計

為了提高分析的準確性，在累計溫度與抗壓強度關系分析試驗基礎上增加樣本數量，選取粉煤灰摻量、水膠比、砂率作為內因，選取養護累計溫度、養護天數、振搗程度作為外因，根據現場制作試件的振搗情況將振搗程度分成四個等級。

3.2 灰色關聯分析

將不同商混站以不同方式成型，經不同條件養護的同條件試塊進行軸心抗壓試驗，原始數據見表3。

表3 原始數據

對數據進行無量綱處理和關聯系數計算，最終得到

通過結果可知，r4>r5>r6>r1>r2>r3，即對混凝土抗壓強度影響因素由強到弱依次是累計溫度、養護天數、振搗程度、粉煤灰、水膠比、砂率，因此，在現場施工過程中，外因影響大于內因影響，這六個影響因素的灰色關聯度均大于0.6，關聯度為強度[14]，故它們對混凝土抗壓強度均有重要影響。

4 結論

①根據現場同條件試件抗壓強度與累計溫度關系，隨著累計溫度增加，水化反應不斷推進，C-S-H 凝膠不斷增多，最終形成高密度的凝膠體，使得混凝土強度增大。②根據現場同條件試件抗壓強度與六種影響因素的灰色關聯度可知，對混凝土抗壓強度影響因素按照重要程度依次是累計溫度>養護天數>振搗程度>粉煤灰>水膠比>砂率，因此，在現場施工過程中，外因影響大于內因影響，以上六個影響因素的灰色關聯度均大于0.6，故它們對混凝土抗壓強度均有重要影響。③混凝土進場前，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，施工過程中合理的振搗、合理溫濕條件下充足的養護可以克服內因，提高混凝土的抗壓強度。