不同模板類型對混凝土強(qiáng)度的影響及機(jī)理分析

劉艷君，岳子笑

（中建三局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 310000）

0 引言

在民用建筑中，鋁模板作為常用的快拆模板體系受到廣泛應(yīng)用。同時(shí)在目前的住宅類項(xiàng)目中，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)作為常用的結(jié)構(gòu)體系，是由于其能夠很好地進(jìn)行住宅內(nèi)使用空間的劃分。然而在鋁模板的應(yīng)用過程中，由于同一項(xiàng)目應(yīng)用模板體系的不同，混凝土澆筑完成后，不同模板體系對應(yīng)的混凝土強(qiáng)度增長情況也存在一定的差異。本文主要針對木模板及鋁模板所對應(yīng)的混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度情況進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，并且通過粗糙集理論的應(yīng)用，分析在不同情況下，對于影響混凝土強(qiáng)度的因素進(jìn)行相關(guān)性分析，以及探究鋁模板施工對于混凝土強(qiáng)度的影響情況和其相關(guān)作用機(jī)理。以此得到鋁模板和木模板在施工過程中強(qiáng)度形成的基本原理及影響情況，并分析現(xiàn)場混凝土澆筑過程中，強(qiáng)度增長的保障措施。

1 研究背景及相關(guān)數(shù)據(jù)采集

1.1 研究背景

浙江省杭州市某住宅類項(xiàng)目包括9棟高層住宅，總占地面積29 268 m2，總建筑面積141 631.06 m2。其中地上建筑面積合計(jì)92 858.18 m2，地下室建筑面積48 772.88 m2。標(biāo)準(zhǔn)層層高分為3.15 m及3.05 m，標(biāo)準(zhǔn)層板厚100 mm~140 mm，剪力墻厚度200 mm，混凝土強(qiáng)度等級為C55~C30。根據(jù)現(xiàn)場施工情況，本工程1#~3#樓（擬定樓棟號）采用木模板體系施工，4#~9#樓（擬定樓棟號）采用鋁模板體系施工。在現(xiàn)場對混凝土強(qiáng)度進(jìn)行回彈及實(shí)體檢測過程中發(fā)現(xiàn)：在同樣的施工條件下，不同樓棟的混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生規(guī)律性差異，并且對于鋁模板施工樓棟，普遍存在高標(biāo)號混凝土早期強(qiáng)度較木模板施工樓棟早期強(qiáng)度低的情況。但是由于混凝土強(qiáng)度形成過程中，存在多種因素的影響，由此無法明確模板體系對于混凝土強(qiáng)度形成的影響程度。項(xiàng)目列舉出模板體系、混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度、混凝土齡期及混凝土碳化程度所對應(yīng)的混凝土強(qiáng)度情況[1]。并采用粗糙集分析工具，對其相關(guān)程度進(jìn)行探討，以此得到不同影響因素對混凝土強(qiáng)度形成的影響程度。

除此之外，通過分析在本項(xiàng)目情況下，混凝土強(qiáng)度形成過程中的參與因素及環(huán)境情況，針對鋁模板混凝土強(qiáng)度的形成機(jī)理進(jìn)行分析。以此得到在住宅類項(xiàng)目施工過程中，鋁模板的使用對混凝土強(qiáng)度的影響程度，并對鋁模板體系混凝土強(qiáng)度的具體保證措施進(jìn)行總結(jié)，以此達(dá)到保證施工質(zhì)量的目的。

1.2 相關(guān)數(shù)據(jù)采集

在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件中，3#樓及9#樓平面設(shè)計(jì)一致，其樓棟各樓層的混凝土強(qiáng)度一致。但由于兩棟樓開盤節(jié)奏的不同，3#樓采用木模板進(jìn)行施工，而9#樓采用鋁模板進(jìn)行施工，因此本次選定3#及9#樓作為數(shù)據(jù)采集對象。為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在樓棟施工過程中，本樓棟均采用浙江省某混凝土攪拌站商品混凝土進(jìn)行施工。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集過程中，選取1層（強(qiáng)度C55）、2層（強(qiáng)度C55）、3層（強(qiáng)度C50）、4層（強(qiáng)度C50）、5層（強(qiáng)度C45）及6層（強(qiáng)度C45）作為采集對象?，F(xiàn)場采集過程中通過混凝土回彈儀對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，每樓層分區(qū)取樣5處，每個(gè)采樣處設(shè)置10處測區(qū)，通過標(biāo)準(zhǔn)回彈檢查法進(jìn)行回彈檢測，并針對現(xiàn)場的碳化情況，采用混凝土回彈強(qiáng)度換算軟件對現(xiàn)場混凝土強(qiáng)度進(jìn)行修正，得到相關(guān)數(shù)據(jù)[2]。

2 運(yùn)用粗糙集理論分析各因素的影響程度

2.1 評估各屬性的重要程度

粗糙集理論專門用于處理不確定、不完備的信息，其僅需要利用數(shù)據(jù)本身的信息，不需要主觀性的建議參與，因?yàn)檫@個(gè)處理優(yōu)點(diǎn)，粗糙集理論廣泛應(yīng)用于現(xiàn)如今的信息系統(tǒng)和人工智能等多個(gè)領(lǐng)域。粗糙集理論研究內(nèi)容主要在數(shù)學(xué)性質(zhì)、有效算法、粗糙邏輯、模型拓展及融合性智能分析等方面。

粗糙集理論在分析數(shù)據(jù)時(shí)，可以約簡多余信息，利用屬性值對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮、分類等，有很強(qiáng)的實(shí)用性?；诖植诩碚摽梢越鉀Q很多實(shí)際問題，在醫(yī)療診斷、電力系統(tǒng)、決策分析、軟件工程、信息融合、專家系統(tǒng)控制、神經(jīng)網(wǎng)格、股票數(shù)據(jù)分析和過程控制等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，近些年在工程領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越多。

根據(jù)粗糙集理論的實(shí)際應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)由于研究對象的不同，其不同的屬性也會有不同的重要程度。所以應(yīng)利用粗糙集計(jì)算軟件，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并利用權(quán)重系數(shù)對屬性進(jìn)行劃分，確認(rèn)其重要程度。

在分析過程中，首先應(yīng)根據(jù)所研究的對象，建立相應(yīng)的模型。對于本工程中收集到的數(shù)據(jù)情況，應(yīng)分別建立條件屬性集合及決策屬性，隨后根據(jù)屬性的特征，將其進(jìn)行分級處理。最后利用粗糙集軟件，確定決策屬性的重要性。其具體操作流程：①計(jì)算決策屬性相對于條件屬性的依賴程度；②確定決策屬性對于每一個(gè)條件屬性的依賴程度；③計(jì)算第i個(gè)條件屬性的重要程度；④計(jì)算在第i個(gè)條件屬性的權(quán)重，確定其重要程度。

2.2 不同模板施工混凝土強(qiáng)度影響因素分析

2.2.1 建立決策表

根據(jù)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的情況，將所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并形成決策信息表。通過觀察數(shù)據(jù)的數(shù)值及其范圍，在各個(gè)數(shù)據(jù)的變化區(qū)間中，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，并建立相應(yīng)的信息表達(dá)系統(tǒng)。

根據(jù)數(shù)據(jù)情況，模板類型為木模板、鋁模板，分別對應(yīng)1，2；根據(jù)混凝土澆筑齡期108 d，90 d，73 d，67 d，58 d，48 d分別劃分等級為1，2，3，4，5，6六個(gè)區(qū)間；設(shè)計(jì)強(qiáng)度C55，C50，C45，分別對應(yīng)1，2，3三個(gè)區(qū)間；混凝土碳化情況2，3，4，5，分別對應(yīng)區(qū)間為1，2，3，4四個(gè)區(qū)間；對混凝土回彈修正強(qiáng)度（MPa）進(jìn)行分類如下：47 MPa~48 MPa（含47 MPa）為1，48 MPa~49 MPa（含48 MPa）為2，49 MPa~50 MPa（含49 MPa）為3，50 MPa~51 MPa（含50 MPa）為4，51 MPa~52 MPa（含51 MPa）為5，52 MPa~53 MPa（含52 MPa）為6，53 MPa~54 MPa（含53 MPa）為7，54 MPa~55 MPa（含54 MPa）為8，55 MPa~56 MPa（含55 MPa）為9，56 MPa~57 MPa（含56 MPa）為10，57 MPa~58 MPa（含57 MPa）為11，58 MPa~59 MPa（含58 MPa）為12，59 MPa~60 MPa（含59 MPa）為13，60 MPa~61 MPa（含60 MPa）為14，分為1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14十四個(gè)區(qū)間。根據(jù)以上劃分標(biāo)準(zhǔn)，建立混凝土強(qiáng)度影響因素的知識表達(dá)系統(tǒng)。

2.2.2 基于粗糙集理論對混凝土強(qiáng)度影響因素進(jìn)行分析

本次數(shù)據(jù)分析所采用的工具軟件為Rosetta，即基于粗糙集分析理論的數(shù)據(jù)分析軟件，其基本運(yùn)作原理為將現(xiàn)場所采集的軟件，在特征分析后，形成決策信息表。通過軟件的運(yùn)算，對相關(guān)因素的重要程度進(jìn)行量化分析。最終達(dá)到明確決策信息重要性分析的目的。

為保證軟件在Win10系統(tǒng)中正常使用，需修改軟件運(yùn)行的兼容性，如圖1所示。

1）啟動軟件，引入數(shù)據(jù)

在數(shù)據(jù)分析的開始，應(yīng)利用粗糙集軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行約簡，將無關(guān)因素進(jìn)行剔除。在操作開始前，由于目前大部分電腦系統(tǒng)為Win10系統(tǒng)，存在原始數(shù)據(jù)表與Rosetta軟件不兼容的情況。所以在打開數(shù)據(jù)表之前，需按照操作流程引入Excel表的驅(qū)動程序。①新建相關(guān)文件；②打開數(shù)據(jù)源；③新建機(jī)器數(shù)據(jù)源；④新建個(gè)人數(shù)據(jù)源，并引入Excel驅(qū)動文件；⑤選擇版本為Excel5.0/95，并選擇相關(guān)信息表格；⑥操作成功。

2）進(jìn)行約簡，剔除無關(guān)數(shù)據(jù)

接下來進(jìn)行數(shù)據(jù)的約簡，剔除無關(guān)因素。具體操作如下：右鍵單擊決策信息表，選擇Reduce→Johnson’s algorithm，對決策信息表進(jìn)行約簡，約簡后結(jié)果見圖2。

圖2 決策信息表

根據(jù)約簡的結(jié)果可知，在決策信息表中，對混凝土回彈強(qiáng)度存在影響的因素：A1（模板類型）、A2（混凝土齡期）及A4（碳化情況）。而對于A3（混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度），這一指標(biāo)，對混凝土最終強(qiáng)度形成情況占比原設(shè)計(jì)強(qiáng)度的程度影響不大，所以被約簡。

3）分析主要因素的影響程度

在通過約簡之后，了解到混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度對混凝土最終回彈強(qiáng)度所占設(shè)計(jì)強(qiáng)度百分比的程度無影響。在剔除此因素后，對剩余因素進(jìn)行分析。

計(jì)算每個(gè)條件屬性的重要度如下：

計(jì)算每個(gè)屬性的權(quán)重如下：

通過以上計(jì)算，可得到表1。

表1 屬性權(quán)重計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算結(jié)果可以看出，3種因素對混凝土強(qiáng)度增長的權(quán)重大小排序?yàn)椋糊g期=碳化情況＞模板類型。但是由于混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)增長周期基本為28 d，在現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)采集過程中可以發(fā)現(xiàn)，采集的實(shí)際數(shù)據(jù)基本已經(jīng)超過標(biāo)準(zhǔn)周期。故應(yīng)僅分析混凝土碳化情況及模板類型對于混凝土強(qiáng)度增長的影響情況。并且應(yīng)該探究模板類型是否對混凝土的碳化情況造成影響，以及影響的方式。

3 模板類型對混凝土碳化情況的影響分析

3.1 分析思路

為分析模板類型對混凝土碳化情況的影響情況，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場采集的實(shí)際梳理，在折線圖中，列出2種模板類型所對應(yīng)的曲線。其中x軸作為碳化軸，y軸作為強(qiáng)度軸。分別形成木模板碳化-強(qiáng)度曲線及鋁模板碳化-強(qiáng)度曲線。具體情況如圖3所示。

圖3 混凝土碳化情況與回彈強(qiáng)度關(guān)系折線圖

通過分析鋁模板與木模板的強(qiáng)度形成情況可以發(fā)現(xiàn)，在同等齡期的狀態(tài)下，使用木模板的混凝土強(qiáng)度形成情況較鋁模板的強(qiáng)度形成情況高。同時(shí)由于本次采用回彈法對強(qiáng)度進(jìn)行收集，所以應(yīng)對不同類型模板的碳化情況進(jìn)行比較。以此確定是否由于采用模板類型的不同，導(dǎo)致混凝土碳化情況出現(xiàn)差異。最終由于碳化的影響，導(dǎo)致混凝土回彈強(qiáng)度存在區(qū)別，如圖4所示。

圖4 模板類型與混凝土強(qiáng)度關(guān)系

通過將碳化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后可以發(fā)現(xiàn)，在同樣的澆注環(huán)境下，采用鋁模板的混凝土相對于采用木模板的混凝土碳化深化要更大一些。通過回彈法對混凝土進(jìn)行檢測的過程中，由于碳化的加深，導(dǎo)致混凝土回彈換算強(qiáng)度的降低。這是由于在鋁模板的施工過程中鋁模板屬于快拆體系[3]，其混凝土澆筑完成后第二天即可達(dá)到豎向模板拆除的條件。故早期混凝土澆筑完成后，鋁模板澆筑成型的混凝土要較木模板澆筑完成的混凝土接觸空氣的時(shí)間更早，同時(shí)混凝土接觸空氣的時(shí)間也越長。由此導(dǎo)致鋁模板澆筑的混凝土碳化程度較木模板澆筑的混凝土碳化程度更重。同時(shí)由于木模板的保水性相較于鋁模板的保水性更好，且施工現(xiàn)場采用木模板施工的過程中一般會配備3套模板，其澆筑成型的混凝土帶模養(yǎng)護(hù)的時(shí)間更長，故可以達(dá)到減緩混凝土碳化的作用。

4 結(jié)語

針對杭州某項(xiàng)目鋁模板與木模板的混凝土強(qiáng)度增長情況的成因及模板類型的不同，對混凝土強(qiáng)度增長的影響分析可以發(fā)現(xiàn)：在使用過程中，鋁模板具有對混凝土碳化加大的影響，木模板具有能夠減緩混凝土碳化的作用。因此導(dǎo)致使用鋁模板的混凝土構(gòu)件的回彈強(qiáng)度較低。在日常鋁模板的使用過程中，應(yīng)針對混凝土構(gòu)件的情況及時(shí)進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)，以此降低混凝土的碳化程度，保證混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度增長。