再生混凝土砖复合墙体综合性能分析及评价

代林，陈文婧，李建华

（1.新疆石河子职业技术学院 水利建筑工程分院，新疆 石河子 832000；2.浙江农林大学 暨阳学院，浙江 绍兴 311800）

0 引言

随着我国城市化进程的加快，旧建筑拆除产生的废弃混凝土成为城市治理中一个亟待解决问题，而利用废弃混凝土制备再生混凝土砖来替代黏土砖成为了一个解决思路。国内外部分学者对再生混凝土砖砌筑墙体的力学性能[1-4]和热工性能[5-7]进行了研究。但是选择围护墙体型式时，在充分考虑力学性能和保温隔热性能的情况下，还应对其造价及环境性进行综合考虑，才能满足安全、环保、节能及可持续发展的社会需求。然而迄今为止，对建筑围护墙体的力学性能、保温性能、造价及环境性等综合性能进行系统分析和评价的研究报道不多。为此，本文对分别由再生混凝土砖、黏土砖、蒸压加气混凝土砌块、EPS保温板和水泥砂浆等组砌而成的6种型式墙体的受压力学性能、传热性能、造价和环境性进行综合分析，通过综合评价分析来确定几种墙体类型的优劣，以期为再生混凝土砖的推广应用提供理论参考。

综合评价指标体系具有多因素、多层次的特点，目前解决该问题的主要方法有层次分析法（AHP）[8-9]、模糊综合评价法和灰色关联分析法等，各方法的特点和适用范围均不相同。AHP法是将与决策有关的各元素进行分解，形成目标层、准则层和方案层等层次，在各元素分解并形成层次的基础之上进行定性和定量分析的决策方法。层次分析法具有系统性、简洁实用和所需定量信息少等优点。根据本文研究关注的重点，采用层次分析法，通过行业咨询和专家评分，将定性与定量分析结合起来，从力学性能、保温性能、经济造价及环境性4个方面对6种型式建筑墙体进行评价与优选。

层次分析法（AHP）是美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂[10]于20世纪70年代初提出的一种层次权重决策分析方法，该方法是将与决策有关的各元素进行分解，形成目标层、准则层和方案层等层次，在各元素分解并形成层次的基础之上进行定性和定量分析的决策方法。按AHP法将决策问题所涉及到的各因素进行分类，可分为目标类、准则类、对象或措施类。按照各类因素或属性的隶属关系，把他们由高到低排成若干层次，建立多层次的评价体系，一般划分为3个层次，第1层为目标层；第2层为准则层，准则层又可以分为多层；第3层为对象层。其解决问题的思路为：首先分析出问题各影响因素，然后将影响因素进行层次划分并构建出判断矩阵，计算出各层次内的各影响因素的比重，并进一步计算出各影响因素对于总目标的权重，从而得出科学、合理的判断。

1 复合保温墙体的综合评价

1.1 建立层次结构模型

依据层次分析法的模型构建原理与指标选取原则，构建出建筑围护墙体综合性能评价的层次分析模型（见图1）。模型为3层结构：目标层（A）只有一个元素，是决策问题的预定目标或者理想结果，为评价的最高层；准则层（B）是所有与目标相关的中间环节，主要考虑的是围护墙体的受力性能（B1）和保温性能（B2），造价（B3）和环境性（B4）；方案层（C）为实现目标可供选择的各种方案、决策或措施，这里引申为各种型式的围护墙体。

图1 层次结构模型

图1中CBM（C1）为黏土砖墙体，RBM（C2）为再生混凝土砖墙体，CFCM（C3）为黏土砖-蒸压加气混凝土砌块复合保温墙体，RFRM（C4）为再生混凝土砖-蒸压加气混凝土砌块复合保温墙体，RERM（C5）为再生混凝土砖-EPS保温板墙体，REM（C6）为再生混凝土砖单侧复合EPS保温板墙体，各墙体构造型式如图2所示。

图2 各墙体构造型式

其中，黏土砖与再生混凝土砖的尺寸均为240 mm×115 mm×53 mm，根据GB/T 2542—2003《砌墙砖试验方法》进行黏土砖、再生混凝土砖的试件设计和抗压强度试验，实测的黏土砖抗压强度为11.05MPa，再生混凝土砖抗压强度14.85MPa。蒸压加气混凝土砌块质量符合GB11968—2006《蒸压加气混凝士砌块标准》要求，试验按照GB/T 11969—2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》进行，实测的抗压强度为2.35 MPa。砌筑砂浆按设计强度为M7.5进行配比及制作，实测立方体抗压强度为8.37 MPa。EPS保温板厚度为60mm，抗压强度0.3MPa。

各试件宽度均为370mm，砌体高度为720mm，为避免上、下端局部被压破坏，在上、下端部设混凝土钢丝网片层，下端厚度为30mm，上端厚度为30 mm，试件总高度共为780 mm。厚度根据构造型式不同而不同：（1）试件CBM为240 mm厚黏土砖墙体；（2）试件RBM为240 mm厚再生混凝土砖墙体；（3）试件CFCM为两侧115 mm厚的黏土砖中间夹砌120 mm厚的蒸压加气混凝土砌块墙体，黏土砖墙与蒸压加气混凝土砌块间用10 mm厚的水泥砂浆粘结，沿高度方向每隔240 mm设一道Z形拉结筋；（4）试件RFRM做法同试件CFCM，仅是黏土砖用再生混凝土砖替换；（5）试件RERM为两侧115 mm厚的再生混凝土砖墙中间夹60 mm厚的EPS保温板，再生混凝土砖墙与EPS保温板间用水泥砂浆粘结，沿高度方向每隔240 mm设一道Z形拉结筋；（6）试件REM为240 mm厚再生混凝土砖墙外侧贴60 mm厚的EPS保温板，再复合20 mm厚水泥砂浆钢丝网片保护面层，保护面层钢丝网片、EPS保温板与再生混凝土砖墙用塑料膨胀螺栓连接。

准则层（B）中各个属性的具体内容及含义确定如下：

（1）受力性能（B1）：砌体墙体作为承担房屋竖向荷载的重要构件，其抗压性能关系到结构是否能安全使用，是房屋保温性能、耐久性能和环境性的基础。因此抗压性能作为综合评价的一个重要因素。

（2）保温性能（B2）：墙体的保温性能影响着居住房屋内部的舒适度，以及房屋后期使用的能耗。随着人民生活水平的提高和节约能源的要求，房屋的保温性能被重视并且考虑到设计中。因此把墙体的保温性能也作为一个综合评价的因素。

（3）造价（B3）：研发的墙体类型是否能得到大范围推广应用和其造价息息相关，各地区自然资源、民俗文化与经济发展水平不均，因此造价也决定着墙体类型的推广应用。

（4）环境性（B4）：墙体材料生产对环境会造成影响，在生产过程中会产生废气污染物、废水、粉尘与噪声等。黏土砖等生产不仅会产生上述污染，而且会破坏耕地，消耗能源。再生混凝土砖和蒸压加气混凝土砌块的制作充分利用了废弃资源，并且生产工艺降低了能源的消耗和对环境的污染。随着社会的发展，环境影响作为一个因素引入评价体系中。

1.2 建立层次结构模型

咨询建筑技术领域的部分专家意见，专家组成员包括教授6人、副教授7人、讲师及助教5人、工程师及其他5人，共计23人。严格依据层次分析法的相关标准与分析步骤，采用美国运筹学家萨蒂[10]提出的1～9标度（见表1）对每一层次的指标进行两两比较评分。通过征求专家意见，确定出各指标间两两比较的评分依据，得出判断建筑墙体最优方案的A-B判断矩阵，见表2。

表1 萨蒂九级标度法及含义

表2 B1～B4相对于A的判断矩阵

判断矩阵A为：

根据判断矩阵A计算出受力性能（B1）、保温性能（B2）、造价（B3）和环境性（B4）相对于A的重要性权值。

进行归一化处理，结果如下：

w2=0.20；w3=0.20；w4=0.08。计算最大特征值λmax如下：

判断矩阵的一致性检验：

基于前期试验测试结果进行定量分析，依据九级标度方法，建立各墙体试件方案 CBM（C1）、RBM（C2）、CFCM（C3）、RFRM（C4）、RERM（C5）、REM（C6）相对受力性能（B1）的判断矩阵、权重计算结果、最大特征值及一致性检验结果如表3所示。

依据前期试验测试结果进行定量分析，依据九级标度方法，建立各墙体试件方案 CBM（C1）、RBM（C2）、CFCM（C3）、RFRM（C4）、RERM（C5）、REM（C6）相对于保温性能（B2）的判断矩阵，并进行权重计算、最大特征值及一致性检验，结果如表4所示。

依据前期试验制作时购买材料价格，进行定量分析，依据九级标度方法，建立各墙体试件方案 CBM（C1）、RBM（C2）、CFCM（C3）、RFRM（C4）、RERM（C5）、REM（C6）相对于造价（B3）的判断矩阵，并进行权重计算、最大特征值及一致性检验，结果如表5所示。

通过对应用材料的循环利用考虑，通过专家评价后进行的定性分析，建立各墙体试件方案 CBM（C1）、RBM（C2）、CFCM（C3）、RFRM（C4）、RERM（C5）、REM（C6）相对于环境性（B4）的判断矩阵，并进行权重计算、最大特征值及一致性检验，结果如表6所示。

表3 C1～C6相对于B1的判断矩阵及权重计算

表4 C1～C6相对于B2的判断矩阵及权重计算

表5 C1～C6相对于B3的判断矩阵及权重计算

表6 C1～C6相对于B4的判断矩阵及权重计算

λmax=6.14；CI=0.03；CR=0.02<0.1

1.3 层次总排序

由单排序的关系可得出各墙体试件方案CBM（C1）、RBM（C2）、CFCM（C3）、RFRM（C4）、RERM（C5）、REM（C6）相对于最优方案（A）的重要性，并得出总排序向量为：

2 结果分析

文中对6种墙体从受力性能、保温性能、经济造价和环境性4个因素进行研究，结合前期试验研究的结果进行定量及定性分析，依据九级标度方法，建立出判断矩阵、进行权重计算、计算最大特征值及进行一致性检验，最终选出最优方案。通过综合分析评判得出受力性能、保温性能、造价和环境性相对于建筑围护墙体的权重值分别为0.52、0.20、0.20和0.08；各墙体试件方案 CBM（C1）、RBM（C2）、CFCM（C3）、RFRM（C4）、RERM（C5）、REM（C6）相对于受力性能（B1）的权重值如图3所示。

图3 各方案相对于受力性能权重值

由图3可看出RFRM（C4）所占权重最大，其余依次是REM（C6）、RERM（C5）和 CFCM（C3）、RBM（C2）及 CBM（C1），且 RFRM（C4）是CBM（C1）的 7倍。

相对于保温性能（B2）的权重值如图4所示。

图4 各方案相对于保温性能权重值

由图4可以看出，RERM（C5）最大，其后依次为 REM（C6）、RFRM（C4）、RBM（C2）、CBM（C1）及 CFCM（C3）。

相对于造价（B3）的权重值如图5所示。

图5 各方案相对于造价权重值

由图5可见，CBM（C1）的权重值最大，其后依次为CFCM（C3）、RBM（C2）、RFRM（C4）、RERM（C5）及 REM（C6）。

相对于环境性（B4）的权重值如图6所示。

图6 各方案相对于环境性权重值

由图 6可见，RFRM（C4）最大，其后依次为 CFCM（C3）、REM（C6）、RERM（C5）、RBM（C2）及 CBM（C1）。

进一步对墙体方案的综合性能进行排序，确定出最优方案为再生混凝土砖-粉煤灰砌块复合保温墙体（RFRM），然后依次为再生混凝土砖外侧复合EPS保温板墙体（REM）、再生混凝土砖-EPS保温板墙体（RERM）、黏土砖-蒸压加气混凝土砌块复合保温墙体（CFCM）、再生混凝土砖墙体（RBM）、黏土砖墙体（CBM）。通过对6种型式墙体方案综合性能的分析及评价，可为再生混凝土砖墙体的进一步研究及应用推广提供理论依据。

3 结 论

（1）依据AHP法构建出起建筑围护墙体的层次分析模型，通过定性及定量分析，采用1～9标度法，得出各层级间的判断矩阵，为相似问题的分析提供了理论参考。

（2）通过采用AHP法对6种墙体进行综合性能排序，最终确定出最优方案为再生混凝土砖-粉煤灰砌块复合保温墙体（RFRM），然后依次为再生混凝土砖外侧复合EPS保温板墙体（REM）、再生混凝土砖-EPS保温板墙体（RERM）、黏土砖-粉煤灰砌块复合保温墙体（CFCM）、再生混凝土砖墙体（RBM）、黏土砖墙体（CBM）。

（3）墙体综合性能分析及评价结果为再生混凝土砖复合墙体的进一步研究及应用推广提供了理论依据。