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1、基于灰色模型的再生混凝土强度敏感性研究李英I,徐丽I,吴江林2,易恒3（1.武汉工程科技学院工程学院,湖北武汉430200：2.西安长庆科技工程有限贡任公司，陕西西安710018：3.深圳市勘察测绘院有限公司，广东深圳518028：）摘要：本文对再生混凝土的制备及实验和灰色关联模型进行简介，然后利用灰色关联模型对再生混凝土实验数据进行分析，研究再生骨料取代率、外加剂含量、水胶比、水泥、细骨料和粗骨料含量对再生混凝土强度的敏感性影响，依次得到各个影响因素对再生混凝土强度的敏感性。水泥、粗骨料、细骨料和水胶比对再生混凝土的影响最为严重，关联程度为075084;其次为再生粗骨料取代率、骨料等级和外加
2、剂，关联程度为0.64O69；最后为骨料种类，关联程度为0.46。并根据分析结果，提出了保证再生混凝土强度的建议。希望为后续研究提供借鉴意义。关键词：再生混凝土；灰色关联模型；灰色关联分析；关联系数：敏感性；中图分类号：文献标识码，SensitivityStudyofRecycledConcretebasedonGreyModel1.IYinglXULi1,WUJiang-Iin2,YIHeng3(1.EngineeringCoIlege5WuhanUniversityofEngineeringScience,Wuhan430200,China;2.Xi,anChangqingTechnolo
3、gyEngineeringCo.,Ltd.,Xi,an,Shaanxi,710018,China;3.ShenzhenGeotechnicalInvestigationandSurveyingInstituteCo.,Ltd.,ShenzhcnlGuangdong518028,China.)Abstract:Inthispaper,therecycledconcretepreparationandexperimentandthegrayrelationalmodelwereintroducedsimply.Thenthepaperusedthegrayrelationalmodeltoanal
4、yzetheexperimentaldataofrecycledconcrete.Basedonsensitivitystudyofreplacementratioofrecycledcoarseaggregate,admixture,waterbinderratio,cement,fineaggregateandcoarseaggregate,thepaperreachedtheresultoffactors,sensitivityinfluenceonrecycledconcrete.Theinfluenceofcement,coarseaggregate,fineaggregateand
5、waterbinderratioontherecycledconcretewasthemostserious,andthecorrelationdegreewas0.75-0.84.Theinfluenceofthereplacementratioofrecycledcoarseaggregate,aggregategradeandadmixturewasmoderate,comparedtotheabovefactors,andthecorrelationdegreewas0.64-0.69.Howeverthekindofaggregatewastheleastinfluenceonrec
6、ycledconcrete,andtheassociationdegreewas0.46.Accordingtotheanalysisresults,thesuggestionsforthestrengthofrecycledconcretewereputforward.Hopetoprovidereferenceforthefbllow-upstudy.Keywords:RecycledConcrete;GrayRelationalModel;Greyrelationalanalysis;CorrelationCoefficient;Sensitivity引言每年我国混凝土消耗约15亿m3,
7、并且每年老I口建筑的拆除都产生大量废弃混凝土。自1998年以来，美国每年废弃的混凝土数量达到1亿吨，日本也达到1.1亿吨。我国每年也会产生1360万吨废弃混凝土.为了减少污染、节约资源等，再生混凝土利用成为解决废弃混凝土重要手段之一。并且近年来，对再生混凝土的研究已逐渐成为世界各国最关心的课题之一。1977年，日本制定了再生骨料和再生混凝土使用规范，2008年我国召开首届再生混凝土会议。尚建丽、徐亦冬、Wimer等学者【I认为再生骨料的孔隙率会影响再生混凝土受力，并且致使再生骨料与新拌水泥砂浆粘结强度较低。Crentsil和TOPelI68】认为再生混凝土强度与混凝土配合比、骨料强度、颗粒级配
8、、生产工艺及外加剂掺量等因素有关。LimbaChiya网对再生粗骨料的掺量与混凝土强度的关系进行研究，试验表明粗骨料掺量低于30%时，掺量对再生混凝土抗渗性能影响较小，但掺量进步增加时，其抗渗性能影响逐渐增大。RoumianaZaharieVa等人认为养护条件对再生混凝土抗渗性影响较小。张九峰1川对再生混凝土附着砂浆、水泥浆浸泡和骨料损坏情况下进行试验，结果发现水胶比较高时，再生混凝土抗压强度及劈拉强度的降低主要由附着砂浆引起。Debieb等人【通过试验研究再生骨料污染情况对混凝土进行了力学和耐久性的影响，结果表明污染并不影响再生混凝土的力学性能，但是污染对再生混凝土的耐久性有一定影响。研究和
9、事实证明再生混凝土应用于工程是可行的，但是从上述研究可以发现，再生混凝土的研究虽多，但大多处于定性分析阶段，再生混凝土强度机理还没有系统的论述，并且定量分析方面研究也较少。本文对再生混凝土的制备及实验和灰色关联模型进行简介，然后利用灰色关联模型对再生混凝土实验数据进行分析，研究再生骨料取代率、外加剂含量、水胶比及水泥细骨料和粗骨料含量对再生混凝土强度的敏感性影响，依次得到各个影响因素对再生混凝土强度的敏感性。并根据分析结果，提出了保证再生混凝土强度的建议。1再生混凝土的制备及实验1.1 再生骨料制备工艺简介首先破碎废弃的混凝土，筛分成各种粒径的级配骨料，然后按一定比例部分或全部取代天然砂石而制
10、备的混凝土为再生混凝土。在我国，工艺大体上分为三个阶段口也第一阶段，将废弃混凝土进行初级破碎，然后进行简单筛分。第二阶段，为了保证颗粒级配连续，将初级破碎后再生骨料进行二次破碎。第三阶段，将经过两次破碎后的再生骨料进行筛分、除尘，分离得出再生粗骨料和再生细骨料。图1再生混凝土制备工艺1.2 再生混凝土制备及试验结果混凝土由水泥、粗骨料、细骨料、水和外加剂组成，该实验再生混凝土采用PO42.5普通硅酸盐水泥。粗骨料由再生粗骨料和天然粗骨料两种，其中天然粗骨料为连续级配，粒径为525mm天然碎石；再生粗骨料为粒径5-31.5mm的骨料颗粒，并且根据国家标准混凝土用再生粗骨料(GB/T25117-2
11、010)将再生粗骨料品质可分为三种等级分别为I、II、3。再生粗骨料表面粗糙、多棱角，经破碎处理后，根据破碎程度将再生粗骨料分为简单破碎和颗粒整形两类。细骨料为符合要求的天然中砂。水为符合要求的自来水。外加剂为聚拨酸高效减水剂。再生混凝土制备过程主要由计量配料、混合搅拌、浇筑、脱模和养护组成。养护24h后脱模，再生混凝土养护达到28d后根据相关标准进行强度实验，实验结果如表1所示口32基于灰色关联分析构建数学模型2.1灰色关联分析步骤灰色关联分析是灰色系统理论中的一个分支，可以从小样本数据中对多种因素进行关联分析。其指导思想是整体出发，从系统中随机离乱的数据中分析各个因素之间的关联程度。系统中
12、两个因素相互关联变化大小的量度，称为关联度。若两个因素同步变化的程度较高，则两个因素的关联程度较高；反之，则两个因素的关联程度较低。灰色关联析计算步骤如下所示：(I)确定比较数列和参考数列。反映系统行为特征的数列为参考数列，影响系统行为的数列为比较数列。参考数列一般为结果数列，比较数列为影响因素数列。(2)比较数列和参考数列无量纲化处理。因为不同的因素具有不同的物理意义，所以数据量纲也不相同，关联分析时难以得到正确的结论。因此进行灰色关联度分析时要对参考数列和比较数列进行无量纲化处理。(3)计算各个比较数列与参考数列的关联系数。所谓关联系数，实质上为数据之间的差别程度。对于一个参考数列Xo有若
13、干个比较数列Xl,X2，Xn,各参考数列与比较数列在各个数据。上的关联系数可由公式1计算minminX0()-Xl()pmaxmaxz0()-,j（八）e人k)=一X0()-Xj（八）+pmamax(*)-Xf(*)iA其中，P为分辨系数，0)k=12.n(4)以表1中龄期28d的再生混凝土强度为参考数列Xo,Xo=(39.2,26.9,38.8,47.5,52.6,44.6,35.4,33.1,39.8,61.7,47.4,30.1,28.2,43.8,37.4,37.7,52.8,47.9,49.3,68.3,28.9,46.7,33.3,30.4,38.7,48.7,47.4);其他因素
14、为比较数列，依次为水泥Xi、细骨料X2、粗骨料X3、再生粗骨料取代率X1、骨料等级Xs、骨料种类X6、外加剂X?和水胶比Xh其中Xi如下所示。X=(500,337,420,416,455,455,300,350,350,480,400,300,300,427,311,360,396,415,445,450,408,415,562,350,362,400,390);骨料等级和骨料种类为定性数据，为了进行统计分析，采用数值变量法进行量化处理，将骨料种类X6中简单破碎取值为0,颗粒整形取值为1。将骨料等级Xs中I类取值为1，II类取值为2,HI类取值为3。则得到下列数据X,和凡。XE1,1,1,1,
15、1,1,LU,U,2,2,22222,2,2,3,3,3,3,3,3,3)T;X6=(0,1,0,1,0,0,1,0,1,0,1,0,0JALl,0,1,IAhl,0,0,l,l);2.3 实验数据无纲化处理为了使数据具有可比性，在关联分析之前，对原始数据(表I中数据)进行无量纲化处理。本文采用均值变换处理比较序列，均值变换公式如公式(5)所示。k=123j,n(5)3再生骨料混凝土强度敏感性分析根据关联系数公式(1)分别计算每个比较序列与参考序列之间的关联系数，得到各个影响因素与龄期28d的再生混凝土强度的关联系数如表2所示。根据公式2计算水泥与龄期28d的再生混凝土强度关联度为0.84,各
16、个因素与再生混凝土强度的关联度，如表3所示。NXO,XJ=0.84根据计算结果可以发现各个影响因素对再生赛1再生混凝土强度实验结果编号水(Vr2泥细骨料粗骨料kgm3）再生粗骨料取代骨料等级志骨科种类夕卜加(trc*Z剂水胶比龄期28d的强1500466119930I类简单破碎00.4739.223376471053100I类颗粒整形00.5526.93420431123040I类简单破碎2.510.3738.84416621110560I类颗粒整形3.120.547.55455702109920I类简单破碎4.50.3952.66455702109980I类简单破碎4.50.3944.673
17、007681154100I类颗粒整形4.50.5635.48350748111560I类简单破碎5.20.4833.19350748111580I类颗粕整形5.20.4739.810480731109570I类简单破碎5.760.2861.711400728109280I类颗粒整形60.4147.412300780117130II类简单破碎00.530.113300780117160H类简单破碎00.528.214427525128660I【类颗粒整形00.4143.8153116071221100II类简单破碎3.110.4537.416360670175620H类颗粒整形3.60.4737
18、.717396667108975I【类颗粒整形3.80.4452.818415660169920II类简单破碎4.80.3947.919445646182180II类颗粒整形4.80.4249.320450609174620I【类颗粒整形60.3368.321408609118330III类简单破碎00.4928.922415661116450HI类颗粒整形00.4546.7235624211082100山类颗粒整形00.4233.324350731101550In类简单破碎1.680.530.425362671124760ffl类简单破碎2.820.4738.726400777107370I
19、H类颗粒整形3.20.548.7273907211226100In类颗粒整形40.3947.4混凝土强度关联程度的大小依次为（如图2所示）：水泥、粗骨料、细骨料、水胶比、再生粗骨料取代率、骨料等级、外加剂和骨料种类。根据数据可以得到，水泥、粗骨料、细骨料和水胶比对再生混凝土强度的影响最为严重，关联程度为0.750.84：其次为再生粗骨料取代率、骨料等级和外加剂，关联程度为0.64-0.69；最后为骨料种类，关联程度为0.46。水泥、粗骨料、细骨料和水胶比对再生混凝土的影响最为严重，这与普通混凝土强度影响因素类似，由此可以推断再生混凝土具有普通混凝土的一些共性。因此分析再生混凝土破坏机理可以参考
20、普通混凝土的破坏机理。定性分析中通常认为再生粗骨料的含量多少对再生混凝土强度有重要影响，分析灰色关联分析结果可以得到再生粗骨料取代率与再生混凝土强度关联度为069,从而可以看出再生粗骨料取代率对再生混凝土强度有重要影响，这与定性分析相符，但是再生骨料取代率对再生混凝土强度影响排序第5,远远没有水泥、粗骨料和细骨料对再生混凝土强度的影响程度大。即再生粗骨料与天然粗骨料的比值不是影响再生混凝土强度的最主要因素。而骨料种类对再生混凝土强度影响最弱，即再生骨料破碎情况，简单破碎还是颗粒整形对再生混凝土强度影响不明显。表2各个影响因素与弁考数列的关联系数编号水泥细骨料粗骨料再生粗件料取代率骨科等级骨料种
21、类外加剂水股比10.690.770.950.630.650.440.440.8420.780.680.770.420.880.360.530.5530.850.730.910.730.660.440.920.9040.900.800.760.840.560.480.920.9950.870.800.670.440.510.370.720.6760.900.990.810.740.590.410.610.8170.890.700.890.480.710.400.510.6380.890.680.860.790.750.480.430.7190.920.800.950.670.650.430.47
22、0.86100.740.670.560.700.440.330.590.47Il0.860.970.750.800.560.480.440.79120.950.610.760.770.670.510.510.64130.900.590.720.700.640.520.520.61140.960.751.000.930.950.450.410.87150.870.960.880.490.790.450.810.85160.990.860.580.560.800.420.690.81170.740.750.660.970.810.520.950.74180.880.840.750.480.930.
23、390.600.74190.930.790.710.840.890.490.610.77200.600.510.780.360.580.710.630.46210.690.760.730.790.440.520.520.63220.920.870.820.720.590.470.400.89230.540.830.900.460.470.390.480.82240.820.660.880.880.450.500.830.64250.990.880.890.920.510.440.940.83260.830.970.720.990.610.490.920.97270.830.960.850.59
24、0.600.480.750.75赛3关联度计算结果及排序因素结果水泥细骨料粗骨料再生粗骨科取代率骨料等级骨科种类外加剂水股比关联度0.840.780.800.690.650.460.640.75排序13256874图2各影响因素关联度通过对各个影响因素敏感性分析，可以发现如果为了保证再生混凝土强度及质量，必须首先要保证再生混凝土所用材料中水泥、细骨料、粗骨料的含量及质量等因素符合相关要求。同时考虑水胶比对再生混凝土的粘结性的影响。考虑到再生骨料取代率对再生混凝土的影响关联度为0.69,远远低于水泥细骨料等因素，因此保证上述影响因素的前提下，可以适当提高再生骨料含量，这样既不会大幅度损坏再生混凝
25、土的强度又可节省天然材料。4结论本文对再生混凝土制备工艺和实验进行简介，然后利用再生混凝土实验数据构建灰色关联模型，通过敏感性分析得到以下几点结论，以期对后续研究有借鉴意义。（1）再生混凝土构成材料中不同成分的变化对再生混凝土强度的影响大小不同。（2）水泥、粗骨料、细骨料和水胶比对再生混凝土强度的影响最为严重，关联程度为0750.84：其次为再生粗骨料取代率、骨料等级和外加剂,关联程度为0.64069；最后为骨料种类，关联程度为0.46。因此如果再生混凝土配比达不到设计值时可以首先从影响再生混凝土强度最大的水泥、粗骨料、细骨料和水胶比着手分析。（3）再生粗骨料取代率对再生混凝土有重要影响，这与
26、定性分析相符，但是再生骨料取代率对再生混凝土强度影响排序第5,远远没有水泥、粗骨料和细骨料对再生混凝土强度的影响程度大。因此保证上述主要影响因素的前提下，可以适当提高再生骨料含量，既可以保证再生混凝土的强度又可节省天然材料。（4）骨料种类对再生混凝土强度影响最弱，即再生骨料破碎情况，简单破碎还是颗粒整形对再生混凝土强度影响不明显。因此在制造再生粗骨料时，粗骨料的破碎程度可以适当放宽，这样既不会大幅度损坏再生混凝土强度又可节省能源。（5）为了保证再生混凝土强度及质量，必须保证再生混凝土所用材料中水泥、细骨料、粗骨料的含量及质量符合相关要求。同时考虑水胶比对再生混凝土的粘结性的影响。Commerc
27、iallyProducedCoareeRecycledConcreteAggregateJ.CementandConcreteRcsearch,2001.31(5):707-712.8 IlkerBekirTopcu.SelimSengel.PropertiesofConcretesProducedwithWasteConcreteAggregateJ.CementandConcreteResearch,2004.34:1307-1312.9 1.imbachiyaM.C,LeelawatT,DhirR.K.UseofRecycledConcreteAggregateinHigh-streng
28、thConcreteJ.MaterialsandStructures.2000.33(10):574-580.10 R.Zaharieva,FrancoisBuyle-Bodin,FredericSkoczylas.AssessmentoftheSurfacePermeationPropertiesofRecycledAggregateConcreteJ.CementandConcreteComposites.2003,(25):223-232.1张九峰再牛骨料混凝土力学性能特征及其影响因素D.北京交通大学.2010.12 FaridDcbieb,LucCourard.SaidKenai.Me
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30、：汉工程科技学院工程学院(430200)参考文献I黄莹.再生祖骨料对混凝土结构耐久性影响机理研究D广西大学,2012.(2J李爽.再生水泥混凝土粗骨料性能及其分级方法的研究D北京工业大学,2009.3Chi-SunPoon.DixonChana.TheUSCofRecycledAggregateinConcreteinHongKong.ConservationandRccycling.2007.50(3):293-305.4尚建丽再生粗骨料特征性能试验研究J建筑技术,2003,134(1):52-53.5徐亦冬，周士琼.再生混凝土骨料试验研究J建筑材料学Ift.2004.7(4):447-450.6 Winter,M.G.andHenderson.EstimatesoftheQuantitiesofRecycledAggregatesinScotIand(J).EngineeringGeology,2003,70(3-4):205-215.7 Sagoe-Crentsil.K.KBrown.PerfbnnanccofConcreteMadewith
