基于灰色关联理论现场商品混凝土强度的影响因素分析

王超WANG Chao；迟恩涛CHI En-tao；曹之磊CAO Zhi-lei；董国帅DONG Guo-shuai

（①菏泽市牡丹区建设工程质量服务中心，菏泽 274000；②中建筑港集团有限公司，青岛 266000）

0 引言

混凝土材料是目前建筑工程领域使用最为广泛的建筑材料，房建领域中，钢筋混凝土构成了建筑的受力骨架，其中混凝土主要承担压力作用，混凝土抗压强度是主体质量检测的主控项目[1]，影响混凝土强度的主要因素有原材料的影响、成型方法的影响、养护条件的影响、碳化深度和龄期等方面的影响[2]。目前，国内外学者就这几种影响混凝土强度的因素做了大量的研究，吴耀鹏、李彦豪等[3]研究了不同水胶比、不同粉煤灰掺量混凝土试件，经不同温度作用后抗压强度的变化规律，结果表明：600℃时高水胶比混凝土抗压强度损失较小，粉煤灰掺量为30%时，高温导致强度损失较小。何锦云、李瑞璟等[4]研究了砂率对砼强度及和易性的影响，结果表明：砂率对普通混凝土强度影响较小，对高性能混凝土强度影响很大。仇影、丁蓓等[5]进一步研究了砂率对C30-C50 混凝土强度及工作性能的影响，结果表明：C30 混凝土的砂率设定在0.43 左右、C40 混凝土砂率设定在0.40 左右、C50 混凝土设定在0.37 左右比较合适。混凝土施工过程中的振捣对混凝土的强度也有着很大的影响，Banfill、Teixei 等[6]提出了振捣作用下混凝土剪切力的理论计算公式。温家馨、黄法礼等[7]总结了混凝土振捣技术的研究现状，并分析了其发展的趋势。张立勃、陈洪光等[8]通过模拟不同环境温度养护C30-C40 的二次衬砌混凝土试件，测试试件的抗压强度，计算得到了C30-C40 混凝土的脱模推荐时间。后来庄金平、陈剑星等[9]在此基础上继续研究了自然条件下龄期和环境温度对混凝土抗压强度的影响，结果表明：龄期越早，养护累计温度对混凝土强度的发展进程影响越大，龄期7 天以上的养护累计温度对混凝土的抗压强度发展影响较小。

目前，对于混凝土强度影响因素的研究将内因与外因分离进行研究，而施工现场为了满足多个单体的施工要求，往往选择多个商混站，即会有多个配合比，施工过程中的养护条件、龄期、振捣等情况也各不相同，为了研究内外因多种因素对施工现场中混凝土的影响情况，文章通过对多个单体施工过程中的同条件试件研究，运用灰色关联分析法[10-13]，分析多种因素对混凝土强度的关联程度。

1 试验概况

1.1 原材料及试验方法

原材料：选取4 家商混站供应混凝土，水泥均为P.O42.5 水泥，粉煤灰均为F 类Ⅱ级，石子、砂子分别为淄博生产的碎石和人工砂，其中砂子为中粗砂，拌和用水均采用饮用水，外加剂均采用羧酸系高效减水剂。4 家商混站C30 混凝土设计配合比见表1，抗压强度见表2。

表1 C30 混凝土配合比 单位：kg/m3

表2 混凝土抗压强度

试验方法：选取现场不同时间段使用不同商混站制作的部分同条件试块进行轴心抗压试验，并记录下每组试件养护过程中的累计温度，累计温度为养护过程中每日平均温度之和。

1.2 试验结果分析

累计温度与混凝土抗压强度关系见图1。

图1 累计温度与混凝土抗压强度关系

根据试验结果可知，随着累计温度的增长，混凝土的抗压强度整体呈现增长趋势，这主要是因为水泥混凝土的力学强度与水泥水化产物C-S-H 凝胶有关，水化程度越高，C-S-H 强度越高、稳定性越好，混凝土即具有更好的力学性能，在一定湿度条件下，随着时间推移和温度的不断积累，水化反应会不断深入进行，使得混凝土内部C-SH 凝胶不断形成，抗压强度不断增长。

试验结果中，累计温度与抗压强度并不是完全呈现正相关，且不同商混站随着累计温度的增加，抗压强度的变化规律也不同，因此现场施工过程中存在多种影响混凝土强度的因素，且他们的影响程度也不相同，需要进一步深入研究。

2 灰色关联度概述

2.1 灰色关联度简介

灰色关联理论是研究“信息不完全”的不确定系统的一种方法理论，运用“少”与“多”的辩证统一，“局部”与“整体”的转化，将已知同条件试块信息深化分析，从众多的内外因影响因素提炼出主要的影响因素，并将影响因素的强弱进行排序。

2.2 计算步骤

①确定参考数列和比较数列。

②无量纲处理。

为了避免参考数列和比较数列的量纲和数量级不同所带来的影响，保证各影响因素具有等效性和同序性，需要将各数列进行无量纲化处理，文章采用中心化处理方法。

其中，i=1，2，3…，n；X 为X 样本的平均值；σi为样本的均方差。

③计算关联系数。

使用以下公式计算Y0与Yi（i=1，2，3…，n）的关联系数。

④计算关联度。

使用以下公式计算Y0与Yi（i=1，2，3…，n）的关联度ri。

⑤分析主要影响因素。

ri越大，则表明Yi与Y0的发展相关性越大，将关联度ri进行排序，则可以确定对Y0发展影响的主要因素。

3 混凝土强度影响因素分析

3.1 试验设计

为了提高分析的准确性，在累计温度与抗压强度关系分析试验基础上增加样本数量，选取粉煤灰掺量、水胶比、砂率作为内因，选取养护累计温度、养护天数、振捣程度作为外因，根据现场制作试件的振捣情况将振捣程度分成四个等级。

3.2 灰色关联分析

将不同商混站以不同方式成型，经不同条件养护的同条件试块进行轴心抗压试验，原始数据见表3。

表3 原始数据

对数据进行无量纲处理和关联系数计算，最终得到

通过结果可知，r4>r5>r6>r1>r2>r3，即对混凝土抗压强度影响因素由强到弱依次是累计温度、养护天数、振捣程度、粉煤灰、水胶比、砂率，因此，在现场施工过程中，外因影响大于内因影响，这六个影响因素的灰色关联度均大于0.6，关联度为强度[14]，故它们对混凝土抗压强度均有重要影响。

4 结论

①根据现场同条件试件抗压强度与累计温度关系，随着累计温度增加，水化反应不断推进，C-S-H 凝胶不断增多，最终形成高密度的凝胶体，使得混凝土强度增大。②根据现场同条件试件抗压强度与六种影响因素的灰色关联度可知，对混凝土抗压强度影响因素按照重要程度依次是累计温度>养护天数>振捣程度>粉煤灰>水胶比>砂率，因此，在现场施工过程中，外因影响大于内因影响，以上六个影响因素的灰色关联度均大于0.6，故它们对混凝土抗压强度均有重要影响。③混凝土进场前，在保证和易性良好的前提下，选用粉煤灰掺量、水胶比、砂率较低的混凝土，施工过程中合理的振捣、合理温湿条件下充足的养护可以克服内因，提高混凝土的抗压强度。