基于AHP法的海水海砂混凝土生產質量評價

肖雄軍

摘要：為確保生產海水海砂混凝土的工作性能，減少因生產過程導致海水海砂混凝土質量不合格而帶來混凝土強度性質降低，從影響混凝土在建筑工程中的使用，本文綜合文獻閱讀、實地調研等方法提出影響海水海砂混凝土質量的因素，構建層次分析法的評價體系，并計算各個因素的權重，對權重較大的影響因素制定相應的控制措施。研究表明，海水海砂混凝土組成材料中的水泥、石子和海砂等對海水海砂混凝土生產質量影響較大，其余影響混凝土生產質量較大的因素包括混凝土的攪拌、生產過程中的溫度和海水中的氯化鈉等。

Abstract： In order to ensure the working performance of seawater sea sand concrete production， reduce the quality of concrete caused by unqualified seawater sea sand concrete due to the production process， and reduce the use of concrete in construction projects， this paper combines literature reading and field research method to propose the factores influencing the quality of seawater sea sand concrete， construct the evaluation system of analytic hierarchy process， calculate the weight of each factor， and formulate corresponding control measures for the influencing factors with large weight. The research shows that the cement， stone and sea sand in the sea sand concrete composition have great influence on the quality of seawater sea sand concrete production. The other factors affecting the concrete production quality include the mixing of concrete， the temperature during the production process and sodium chloride in seawater and etc.

關鍵詞：海水海砂混凝土;新型材料;生產質量;層次分析法（AHP）

Key words： seawater sand concrete;new materials;production quality;analytical method（AHP）

中圖分類號：TU201.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）18-0043-03

0? 引言

新型混凝土材料的種類主要包括高性能混凝土、高強度混凝土、輕質混凝土、微坍落度混凝土等，新型混凝土材料是對傳統混凝土材料進行進一步改良，使混凝土具有更好的抗壓強度、彈性模量、耐久性等工作服役性能;此外混凝土的改良之后兼具耐磨損、抗腐蝕、防滲等特性;在新型混凝土材料研究過程中主要側重于研究混凝土中傳統組成材料的替代物，使混凝土具有高性能、抗腐蝕性、防滲性等特性[1-3]。

混凝土中主要材料包括膠凝材料、粗集料、細集料、水等，其中的細集料是河沙，我國的混凝土和水泥的用量較大，在生產混凝土過程中需要大料的河沙，河沙過度的開采易破壞河流的河床、生態環境等。海水海砂混凝土能夠利用海砂替代河沙，研究表明海砂替代混凝土中河沙時混凝土的強度有一定程度的降低，淡化海砂混凝土的強度相對于普通混凝土強度較高[4];為深入研究海水海砂混凝土的潛在危害，周繼凱等[5]對海水海砂混凝土的潛在危害進行了深入的研究，研究表明硫酸鹽、氯離子等化學成分對混凝土具有一定的負面作用，海水海砂混凝土在生產過程中的的生產環境降低混凝土的動彈性模量;周曉明等[6]從海水海砂混凝土的配合比方面研究混凝土的性能，研究結果表明淡化后的海砂混凝土與傳統混凝土的強度、耐久性、彈性模量相近。研究人員對海水海砂混凝土與普通混凝土的工作性能進行了對比研究[7-9]，但研究人員并未深入分析影響海水海砂混凝土的主要影響因素。

本文以海水海砂新型混凝土材料為研究對象，為分析影響海水海砂混凝土生產質量的主要因素，根據文獻閱讀、室內試驗確定海水海砂混凝土的生產質量的一級指標和二級指標，并利用層次分析法確定海水海砂混凝土生產質量的影響因素的權重，對權重較大的影響因素采用相應的控制措施[10-13]。

1? 海水海砂混凝土生產質量評價

1.1 海水海砂混凝土生產質量評價體系構建

海水海砂混凝土生產質量層次分析法評價體系主要包括目標層、準則層和指標層，將海水海砂混凝土生產質量作為層次分析法評價體系的目標層，將海水海砂混凝土的生產環境、組成材料、化學成分等作為準則層，將海水海砂混凝土生產過程影響混凝土質量的因素作為指標層，具體的海水海砂混凝土生產質量評價體系，如圖1所示。

根據圖1海水海砂混凝土生產質量評價體系可知，評價因素集合X={X1，X2，X3}，X1={x11，x12，x13}，X2={x21，x22，x23，x24，x25，x26}，X3={x31，x32，x33}，其中X為目標層即海水海砂混凝土生產質量;Xi為準則層，X1為海水海砂混凝土生產環境，X2為海水海砂混凝土組成材料，X3為海水海砂混凝土化學成分;xij為指標層，x11～x33分別為圖1中的海水海砂混凝土攪拌溫度、濕度、方式、水泥、石、海砂等因素。

1.2 確定風險權重

為分析海水海砂混凝土生產過程中，需確定生產過程中影響海水海砂混凝土質量因素的權重，各個海水海砂混凝土質量影響因素的權重大小可以根據層次分析法進行確定，并構造相應的判斷矩陣，計算構造矩陣的特征值并對海水海砂混凝土生產環境、海水海砂混凝土組成材料、海水海砂混凝土化學成分等評價因素的影響混凝土質量程度進行排序權值，分析步驟如下。

①將海水海砂混凝土的同一指標的風險因素進行兩兩比較并根據分值進行評分，評分分值如表1所示。

②根據評價指標的評分結果確定判斷矩陣，并根據計算幾何平均公式計算判斷矩陣每行元素的幾何平均值，具體的幾何平均計算公式如式（1）所示。

③將計算得出判斷矩陣每行元素的幾何平均值利用歸一化公式（2）進行歸一化處理，具體的公式如式（2）所示。

④計算判斷矩陣的最大特征值λmax，最大特征值的計算公式如式（3）所示;

式中（Aω）i為向量nωi的第i個元素。

⑤計算一致性檢驗數CI的計算對計算結果的一致性進行檢驗，一致性檢驗公式如式（4）所示，CI與RI值進行對比相除，如式（5）所示，其值與0.1進行對比，若小于0.1則一致性較好，若大于0.1則一致性較差;

式中：n為階數，CI值越大，判斷矩陣的一致性越差，反之CI值越小，判斷矩陣的一致性越好。

⑥當矩陣滿足一致性要求時，可以把■作為各個風險因素的權重。

根據海水海砂混凝土生產質量影響因素的權重和矩陣一致性的計算結果，從而確定影響海水海砂混凝土生產質量的主要因素。

2? 實例分析

2.1 海水海砂混凝土生產質量的判斷矩陣和權重

采用層次分析（AHP）法對海水海砂混凝土生產質量的影響因素進行分析、計算和評價，確定各個生產質量影響因素的權重，如表3所示。

將矩陣的列向量進行歸一正規化，得到列正規化的判斷矩陣為：■

將列正規化后的矩陣按行相加，并作為一個向量（0.78，1.90，0.32），并將該向量做正規化，則所求的特征向量為（0.26，0.63，0.11），計算判斷矩陣最大特征值。

所以最大特征值：λmax=3.04;

一致性指標和一致性比例為：CI=0.019;

■達到一致性的要求。

綜上所述，海水海砂混凝土在生產施工過程中，影響其施工質量最大的因素為海水海砂混凝土組成材料，其權重為0.634;其次為海水海砂混凝土作業環境和方法，風險權重為0.260;影響因素最小的為化學成分，風險權重為0.106。

海水海砂混凝土生產環境對混凝土生產質量而言，各生產環境的指標權重大小關系如表4所示。

海水海砂混凝土組成材料對混凝土生產質量而言，各組成材料的指標權重大小關系如表5所示。

海水海砂混凝土化學成分對混凝土生產質量而言，各化學成分的指標權重大小關系如表6所示。

為方便分析將表3～表6中的權重值數據匯總至各風險因素的綜合權重，其中綜合權重的計算結果是準則層的權重和指標層的權重的乘積，計算結果如表7所示。

2.2 裝配式建筑建造風險層次的排序

由表6可知，在海水海砂混凝土生產過程中混凝土組成材料的權重大于相對于生產環境和化學成分的權重，所以在海水海砂混凝土生產過程應加強控制海水海砂混凝土的級配設計。對于生產過程而言，混凝土組成材料中的水泥（x21）權重較大，其權重為0.28，所以加強控制水泥質量以及水泥保管，水泥在保管過程中注重防潮等;其次是施工現場環境中的混凝土攪拌方式，攪拌方式（x16）在混凝土材料的生產質量中的權重為0.16，海水海砂混凝土在生產攪拌過程中應該充分對混凝土進行攪拌，混凝土攪拌不充分易影響混凝土的抗壓強度、彈性模量;海水海砂混凝土的組成材料中的石（x22）在混凝土生產過程的質量方面中的權重，其權重為0.14，在進行篩選混凝土粗骨料時應該對嚴格選用石，石子的選用盡量選取碎石而不是河海中的卵石;其余影響因素中，影響混凝土材料質量較大的因素包括生產過程中的溫度、組成材料中的海砂、化學成分中的氯化鈉，在生產海水海砂混凝土過程中應該控制海水海砂中的氯化鈉等化學成分。

利用層次分析（AHP）法確定的12個影響因素中，x21、x22、x16的影響因素較大，且權重值之和達到0.58，這三個影響因素中的兩個因素是混凝土組成材料的影響因素，所以為確保海水海砂混凝土的生產質量，應加強混凝土生產過程中主要材料的選用，以及混凝土級配的設計。

3? 結論

①由于海水海砂混凝土屬于新型混凝土材料，其生產過程中的規范和標準還未形成，混凝土中的組成材料、生產環境、化學成分等對海水海砂混凝土的生產質量易造成一定的影響，針對海水海砂混凝土生產過程質量問題的復雜性、多層次性的特點，根據海水海砂混凝土生產環境、海水海砂混凝土組成材料、海水海砂混凝土化學成分等信息，定性確定12個因素的質量評價指標作為構成海水海砂混凝土生產質量的評價體系。②針對海水海砂混凝土生產質量的特點，利用AHP法計算各個影響質量因素的權重，根據層次分析法的結果可確定組成材料對海水海砂混凝土的質量影響較大，尤其是組成材料中的水泥、石和海砂等，其余影響混凝土生產質量較大的因素包括混凝土的攪拌、生產過程中的溫度和海水中的氯化鈉等化學成分。③海水海砂混凝土由于生產過程存在復雜性、多層次性和不確定性，對混凝土的質量影響較大，層次分析法較全面、合理地確定了海水海砂混凝土生產質量的主要影響因素，該方法具有一定的工程參考價值。

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