CN111553602A - 一种混凝土内养护材料掺量的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种混凝土内养护材料掺量确定方法。该方法首先采用不同内养护材料及不同内养护水引入量进行试验，制作混凝土试块，测量试件抗压强度、自收缩、和抗冻耐久性指标；其次分别利用OWA和熵权法确定混凝土内养护综合性能指标的主观权重和客观权重；然后综合主客观权重的影响以消除主观评价中极端值的影响和克服客观评价中无法体现指标重要程度的缺点，确定出指标的综合权重，然后采用改进的Multimoora对试验组试块进行综合性能的排序，通过占优理论选出最优组，反推出最优内养护材料、掺量及预吸水量。该方法可以确定任意内养护材料和引入水量的配合比的内养护混凝土综合性能的优劣，具有通用性，对内养护技术的推广应用有着重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种混凝土内养护材料掺量的确定方法。
背景技术
目前内养护技术在社会生产中已经逐步运用，内养护技术指的是将内养护材料在一定的预吸水条件下加入混凝土中，在胶凝材料快速水化阶段，通过释水增加混凝土内部湿度，从而促进胶凝材料的水化并减少混凝土的自收缩，提高混凝土的综合性能。在实际生产和试验过程中，由于内养护材料在胶凝材料水化过程中释水量是很难精确获取的，即吸水量与释水量不等，因此仅根据理论上胶凝材料水化需水量确定内养护预吸水量是不合理的，因此如何确定内养护材料最优种类及最合适掺量以最大限度的提升内养护混凝土的综合性能这一问题，是工程实际及试验设计迫切需要解决的问题。
当前对内养护混凝土的综合性能评价方法较为缺乏，并没有统一及行之有效的评价方法，目前已有的评价方法大多是对单因素进行评价，评价指标单一，因此对内养护混凝土的综合性能评价的可信度较低。另外存在多指标评价内养护混凝土综合性能的方法，但评价过程中一部分主观性过强忽略了指标数据本身的客观性，另一部分简单对指标数据进行客观评价，忽略了不同指标对混凝土综合性能的影响程度，以上评价方法均无法满足试验设计及工程实际的需求。为了能够对内养护混凝土的综合性能进行合理评价，因此工程实际及试验设计迫切需要一种评价方法以对内养护混凝土的综合性能进行有效评价。
发明内容
针对目前内养护混凝土的综合性能评价方法存在的缺陷和问题，本发明提供一种混凝土内养护材料掺量的确定方法。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种混凝土内养护材料掺量的确定方法，包括以下步骤：
步骤一、任意选取内养护材料种类、内养护材料掺量和内养护预吸水量Vw，进行混凝土配合比设计并进行分组，按照每个试验组混凝土的配合比制作混凝土试块；
步骤二、测试每个试验组混凝土试块的抗压强度、自收缩值和抗冻耐久性指标，记录各个评价指标的试验数据，并对不同评价指标的试验数据进行归一化处理；
步骤三、分别确定各个评价指标的客观权重w1和主观权重w2，并根据耦合公式确定各评价指标的综合权重w；所述耦合公式为：
式中：
代表第i个指标的客观权重，
代表第i个指标的主观权重，wi代表第i个指标的综合权重；
步骤四、分别采用Multimoora法中的比例系统法、参照点法和完全相乘法计算每个试验组混凝土试块的评价值，结合三种方法得到的评价值对每个试验组混凝土试块的综合性能进行评价，并采用占优理论对试验组评价结果进行综合排序；
步骤五、根据评价和综合排序结果，确定最佳试验组，确定内养护混凝土综合性能的最优配合比，从而确定最佳内养护材料种类、内养护材料掺量及内养护预吸水量。
上述的一种混凝土内养护材料掺量的确定方法，所述抗冻耐久性指标包括混凝土试块的质量损失和动弹性模量。
上述的一种混凝土内养护材料掺量的确定方法，步骤三中对不同试验组混凝土试块的各个指标进行极差标准化处理，采用熵权法计算得到各个指标的客观权重。
上述的一种混凝土内养护材料掺量的确定方法，步骤三中主观权重是邀请专家对不同试验组混凝土试块的各个评价指标进行评分，并采用组合数公式消除评价极端值的影响，求得每个评价指标的加权向量，通过加权向量对各评价指标赋权，计算各个评价指标的绝对权重，进而计算各个评价指标的主观权重。
上述的一种混凝土内养护材料掺量的确定方法，所述内养护材料为SAP或轻集料的一种或几种。
本发明的有益效果：本发明的混凝土内养护材料掺量的确定方法可以确定任意内养护材料和引入水量的配合比的内养护混凝土综合性能的优劣；通过不同试验指标和试验结果数据，采用主观和客观权重结合的方式确定指标综合权重，引入权重概念的Multimoora法对内养护混凝土综合性能的评价，确定内养护材料掺量；该方法在减少因素数量时仍旧有效，具有通用性。
具体实施方式
针对目前混凝土内养护材料评价指标单一、综合性能评价可信度较低，忽略了不同指标对混凝土综合性能的影响程度，本发明提供一种混凝土内养护材料掺量的确定方法，下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1：本实施例的混凝土内养护材料掺量确定方法，包括以下步骤。
选用SAP和轻集料(LWA)作为内养护材料，首先根据内养护最大引水量公式限定最大所需内养护水量VW：
式中：VW最大引入水量体积/m3；ρW为水的密度，取1000Kg/m3；Cf为单位体积混凝土中水泥用量/m3；CS是水泥水化程完全的化学收缩比值，αmax代表水化程度。
设计试块混凝土配合比，具体如表1，其中SAP吸水率为其质量的25倍，轻骨料释水率为其质量的10％，初步确定内养护材料掺量见表1，记为HSC25和LWA10(预吸水量额外掺入)，假设释水率减少一半的试验组标记为HSC12.5和LWA5。不改变制备工艺，并保证总水量不变，设置HSC12.5-和HSC25-两组(预吸水量为原有水量的一部分)试验进行对照。
表1混凝土配合比设计
注：水灰比中不含内养护水。
制作试块：按照表1各试验组的配合比制作标准试块，抗压试验按照《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T50081-2019标准进行，抗冻试验及自收缩试验按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GBT 50082-2009标准进行；抗冻试验采用单边冻融法，测试养护28天、冻融循环25次后试块的质量损失及动弹性模量。自收缩试验采用非接触法，测量前3d数据，通过拟合确定最终收缩值。
根据以上标准，测量每组试块自收缩、抗压强度、抗冻质量损失和相对动弹性模量指标的各试验组试验数据，试验测量结果见表2。
表2混凝土各项性能指标测量结果
1、确定指标的客观权重：
在确定权重前，首先对各参数进行定义和解释说明：首先建立指标集A＝{a1，a2...am}和方案集C＝{c1，c2...cn}，并定义初始矩阵V＝[vij]m×n，vij代表ai指标下cj方案的评价值，i＝1，2…m；j＝1，2…n，对V进行标准化，得到标准化矩阵V*＝[v* ij]m×n。
对各个指标结果进行极差标准化处理，采用熵权法确定指标的客观重，结果为W1＝(0.274，0.227，0.364，0.135)。
2、采用OWA确定指标的主观权重：
(1)首先邀请专家对指标评分，评分范围0-5；选取Z位专家对指标ai的打分结果为(e1，e2，…ez)，将打分结果降序排列，得到新数组用向量bi＝[bl+1]1×z＝(b1，b2…bz)表示，l＝0，1，2，…z-1；指标重要程度高则打分分数越高。
本实施例选取6位专家对各评价指标进行评分，具体评分结果见表3。
表3对内养护混凝土综合性能指标的专家评分
(2)采用组合数公式消除评价极端值的影响，求得向量bi的加权向量wi＝[wl+1]1×z，公式为：
(3)通过加权向量wi对各评价指标赋权，求得指标ai的绝对权重
(4)计算指标集A中各指标的主观权重
本实施例中各指标的主观权重记为：W2＝(0.559，0.088，0.205，0.148)。
3、采用耦合公式确定指标的综合权重，其中耦合公式如下：
式中：
代表熵权法和OWA算子法中第i个指标的权重，wi代表第i个指标的综合权重。
计算得到指标的综合权重：W＝(0.572，0.074，0.279，0.075)。
4、计算各试验组混凝土试块的评价值
首先采用向量归一法对试验数据进行规范化处理，得到矩阵B，数据见表4。
表4采用向量归一法化对数据标准化
其次分别引入权重的Multimoora理论的三种方法计算各试验组的评价值，具体过程如下。
(1)比例系统法：计算方案cj级值yj
式中：wi代表指标的综合权重，g和n-g分别代表对混凝土综合性能有益和有害的指标，
代表表4中第i个指标的第j试验组的标准化结果，对应的yj值越大，代表混凝土综合性能越好。
(2)参照点法：
首先确定每个指标的最优参考点ri，随后确定评价值zj，zj值越小表示混凝土综合性能越好，根据评价值zi的大小对方案进行排序：
其次确定试验方案评价值
式中：
代表表4中第i个指标的第j试验组的标准化结果，i≤g代表的是第i个指标为有益指标，参考点选取最大值。i＞g代表的是第i个指标为有害指标，参考点选取最小值。wi代表指标的综合权重。将相应数据代入上式计算，得到各试验组评价值zj。
(3)完全相乘法：uj越大，表示对应方案越好：
式中：g代表有益的指标，wi代表指标的综合权重。将相应数据代入上式计算，得到各试验组评价值uj。
根据以上三种方法分别计算出各试验组的评价值，具体见表5。
表5各试验组的评价值
5、计算各试验组的综合性能排名
采用占优理论得到各试验组的评综合性能排名，具体见表6。
表6各试验组的评综合性能排名
通过引入权重的Multimoora理论对不同内养护材料、掺量和预吸水量评价结果表明，表6中各试验组的最终排名与试验结果(表2数据)相比，符合预期，排序结果合理。
结果表明，内养护材料采用SAP，掺量为胶凝材料的5％，预吸水量为SAP质量的25倍时，对混凝土综合性能的影响最佳。
分开来看，单独采用任意一种内养护材料确定不同引水量的差别时，该方法仍旧是有效的，根据分析可以得知，表6是多种因素情况下的内养护混凝土综合性能优劣的确定，在减少因素数量时，该方法仍旧是有效的，说明了该方法具有通用性。而且该方法的评价过程主要是权重的确定和不同指标数据上方法的应用的比较，试验方案及组数的增加和减少不会影响方法的评价顺序和过程。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围内所做的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种混凝土内养护材料掺量的确定方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、任意选取内养护材料种类、内养护材料掺量和内养护预吸水量Vw，进行混凝土配合比设计并进行分组，按照每个试验组混凝土的配合比制作混凝土试块；
步骤二、测试每个试验组混凝土试块的抗压强度、自收缩值和抗冻耐久性指标，记录各个评价指标的试验数据，并对不同评价指标的试验数据进行归一化处理；
步骤三、分别确定各个评价指标的客观权重w1和主观权重w2，并根据耦合公式确定各评价指标的综合权重w；所述耦合公式为：
式中：
代表第i个指标的客观权重，
代表第i个指标的主观权重，wi代表第i个指标的综合权重；
步骤四、分别采用Multimoora法中的比例系统法、参照点法和完全相乘法分别计算每个试验组混凝土试块的评价值，结合三种方法得到的评价值对每个试验组混凝土试块的综合性能进行评价，并采用占优理论对试验组评价结果进行综合排序；
步骤五、根据评价和综合排序结果，确定最佳试验组，确定内养护混凝土综合性能的最优配合比，从而确定最佳内养护材料种类、内养护材料掺量及内养护预吸水量。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土内养护材料掺量的确定方法，其特征在于：所述抗冻耐久性指标包括混凝土试块的质量损失和动弹性模量。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土内养护材料掺量的确定方法，其特征在于：步骤三中对不同试验组混凝土试块的各个指标进行极差标准化处理，采用熵权法计算得到各个指标的客观权重。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土内养护材料掺量的确定方法，其特征在于：步骤三中主观权重是邀请专家对不同试验组混凝土试块的各个评价指标进行评分，并采用组合数公式消除评价极端值的影响，求得每个评价指标的加权向量，通过加权向量对各评价指标赋权，计算各个评价指标的绝对权重，进而计算各个评价指标的主观权重。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土内养护材料掺量的确定方法，其特征在于：所述内养护材料为SAP或轻集料的一种或几种。
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