基于AHP法的海水海砂混凝土生产质量评价

　　摘要：为确保生产海水海砂混凝土的工作性能，减少因生产过程导致海水海砂混凝土质量不合格而带来混凝土强度性质降低，从影响混凝土在建筑工程中的使用，本文综合文献阅读、实地调研等方法提出影响海水海砂混凝土质量的因素，构建层次分析法的评价体系，并计算各个因素的权重，对权重较大的影响因素制定相应的控制措施。研究表明，海水海砂混凝土组成材料中的水泥、石子和海砂等对海水海砂混凝土生产质量影响较大，其余影响混凝土生产质量较大的因素包括混凝土的搅拌、生产过程中的温度和海水中的氯化钠等。

　　关键词：海水海砂混凝土;新型材料;生产质量;层次分析法(AHP)

　　0 引言

　　新型混凝土材料的種类主要包括高性能混凝土、高强度混凝土、轻质混凝土、微坍落度混凝土等，新型混凝土材料是对传统混凝土材料进行进一步改良，使混凝土具有更好的抗压强度、弹性模量、耐久性等工作服役性能;此外混凝土的改良之后兼具耐磨损、抗腐蚀、防渗等特性;在新型混凝土材料研究过程中主要侧重于研究混凝土中传统组成材料的替代物，使混凝土具有高性能、抗腐蚀性、防渗性等特性[1-3]。

　　混凝土中主要材料包括胶凝材料、粗集料、细集料、水等，其中的细集料是河沙，我国的混凝土和水泥的用量较大，在生产混凝土过程中需要大料的河沙，河沙过度的开采易破坏河流的河床、生态环境等。海水海砂混凝土能够利用海砂替代河沙，研究表明海砂替代混凝土中河沙时混凝土的强度有一定程度的降低，淡化海砂混凝土的强度相对于普通混凝土强度较高[4];为深入研究海水海砂混凝土的潜在危害，周继凯等[5]对海水海砂混凝土的潜在危害进行了深入的研究，研究表明硫酸盐、氯离子等化学成分对混凝土具有一定的负面作用，海水海砂混凝土在生产过程中的的生产环境降低混凝土的动弹性模量;周晓明等[6]从海水海砂混凝土的配合比方面研究混凝土的性能，研究结果表明淡化后的海砂混凝土与传统混凝土的强度、耐久性、弹性模量相近。研究人员对海水海砂混凝土与普通混凝土的工作性能进行了对比研究[7-9]，但研究人员并未深入分析影响海水海砂混凝土的主要影响因素。

　　本文以海水海砂新型混凝土材料为研究对象，为分析影响海水海砂混凝土生产质量的主要因素，根据文献阅读、室内试验确定海水海砂混凝土的生产质量的一级指标和二级指标，并利用层次分析法确定海水海砂混凝土生产质量的影响因素的权重，对权重较大的影响因素采用相应的控制措施[10-13]。

　　1 海水海砂混凝土生产质量评价

　　1.1 海水海砂混凝土生产质量评价体系构建

　　海水海砂混凝土生产质量层次分析法评价体系主要包括目标层、准则层和指标层，将海水海砂混凝土生产质量作为层次分析法评价体系的目标层，将海水海砂混凝土的生产环境、组成材料、化学成分等作为准则层，将海水海砂混凝土生产过程影响混凝土质量的因素作为指标层，具体的海水海砂混凝土生产质量评价体系，如图1所示。

　　根据图1海水海砂混凝土生产质量评价体系可知，评价因素集合X={X1，X2，X3}，X1={x11，x12，x13}，X2={x21，x22，x23，x24，x25，x26}，X3={x31，x32，x33}，其中X为目标层即海水海砂混凝土生产质量;Xi为准则层，X1为海水海砂混凝土生产环境，X2为海水海砂混凝土组成材料，X3为海水海砂混凝土化学成分;xij为指标层，x11～x33分别为图1中的海水海砂混凝土搅拌温度、湿度、方式、水泥、石、海砂等因素。

　　1.2 确定风险权重

　　为分析海水海砂混凝土生产过程中，需确定生产过程中影响海水海砂混凝土质量因素的权重，各个海水海砂混凝土质量影响因素的权重大小可以根据层次分析法进行确定，并构造相应的判断矩阵，计算构造矩阵的特征值并对海水海砂混凝土生产环境、海水海砂混凝土组成材料、海水海砂混凝土化学成分等评价因素的影响混凝土质量程度进行排序权值，分析步骤如下。

　　①将海水海砂混凝土的同一指标的风险因素进行两两比较并根据分值进行评分，评分分值如表1所示。

　　②根据评价指标的评分结果确定判断矩阵，并根据计算几何平均公式计算判断矩阵每行元素的几何平均值，具体的几何平均计算公式如式(1)所示。

　　③将计算得出判断矩阵每行元素的几何平均值利用归一化公式(2)进行归一化处理，具体的公式如式(2)所示。

　　④计算判断矩阵的最大特征值λmax，最大特征值的计算公式如式(3)所示;

　　式中(Aω)i为向量nωi的第i个元素。

　　⑤计算一致性检验数CI的计算对计算结果的一致性进行检验，一致性检验公式如式(4)所示，CI与RI值进行对比相除，如式(5)所示，其值与0.1进行对比，若小于0.1则一致性较好，若大于0.1则一致性较差;

　　式中：n为阶数，CI值越大，判断矩阵的一致性越差，反之CI值越小，判断矩阵的一致性越好。

　　⑥当矩阵满足一致性要求时，可以把■作为各个风险因素的权重。

　　根据海水海砂混凝土生产质量影响因素的权重和矩阵一致性的计算结果，从而确定影响海水海砂混凝土生产质量的主要因素。

　　2 实例分析

　　2.1 海水海砂混凝土生产质量的判断矩阵和权重

　　采用层次分析(AHP)法对海水海砂混凝土生产质量的影响因素进行分析、计算和评价，确定各个生产质量影响因素的权重，如表3所示。

　　将矩阵的列向量进行归一正规化，得到列正规化的判断矩阵为：■

　　将列正规化后的矩阵按行相加，并作为一个向量(0.78，1.90，0.32)，并将该向量做正规化，则所求的特征向量为(0.26，0.63，0.11)，计算判断矩阵最大特征值。

　　所以最大特征值：λmax=3.04;

　　一致性指标和一致性比例为：CI=0.019;

　　■达到一致性的要求。

　　综上所述，海水海砂混凝土在生产施工过程中，影响其施工质量最大的因素为海水海砂混凝土组成材料，其权重为0.634;其次为海水海砂混凝土作业环境和方法，风险权重为0.260;影响因素最小的为化学成分，风险权重为0.106。

　　海水海砂混凝土生产环境对混凝土生产质量而言，各生产环境的指标权重大小关系如表4所示。

　　海水海砂混凝土组成材料对混凝土生产质量而言，各组成材料的指标权重大小关系如表5所示。

　　海水海砂混凝土化学成分对混凝土生产质量而言，各化学成分的指标权重大小关系如表6所示。

　　为方便分析将表3～表6中的权重值数据汇总至各风险因素的综合权重，其中综合权重的计算结果是准则层的权重和指标层的权重的乘积，计算结果如表7所示。

　　2.2 装配式建筑建造风险层次的排序

　　由表6可知，在海水海砂混凝土生产过程中混凝土组成材料的权重大于相对于生产环境和化学成分的权重，所以在海水海砂混凝土生产过程应加强控制海水海砂混凝土的级配设计。对于生产过程而言，混凝土组成材料中的水泥(x21)权重较大，其权重为0.28，所以加强控制水泥质量以及水泥保管，水泥在保管过程中注重防潮等;其次是施工现场环境中的混凝土搅拌方式，搅拌方式(x16)在混凝土材料的生产质量中的权重为0.16，海水海砂混凝土在生产搅拌过程中应该充分对混凝土进行搅拌，混凝土搅拌不充分易影响混凝土的抗压强度、弹性模量;海水海砂混凝土的组成材料中的石(x22)在混凝土生产过程的质量方面中的权重，其权重为0.14，在进行筛选混凝土粗骨料时应该对严格选用石，石子的选用尽量选取碎石而不是河海中的卵石;其余影响因素中，影响混凝土材料质量较大的因素包括生产过程中的温度、组成材料中的海砂、化学成分中的氯化钠，在生产海水海砂混凝土过程中应该控制海水海砂中的氯化钠等化学成分。

　　利用层次分析(AHP)法确定的12个影响因素中，x21、x22、x16的影响因素较大，且权重值之和达到0.58，这三个影响因素中的两个因素是混凝土组成材料的影响因素，所以为确保海水海砂混凝土的生产质量，应加强混凝土生产过程中主要材料的选用，以及混凝土级配的设计。

　　3 结论

　　①由于海水海砂混凝土属于新型混凝土材料，其生产过程中的规范和标准还未形成，混凝土中的组成材料、生产环境、化学成分等对海水海砂混凝土的生产质量易造成一定的影响，針对海水海砂混凝土生产过程质量问题的复杂性、多层次性的特点，根据海水海砂混凝土生产环境、海水海砂混凝土组成材料、海水海砂混凝土化学成分等信息，定性确定12个因素的质量评价指标作为构成海水海砂混凝土生产质量的评价体系。②针对海水海砂混凝土生产质量的特点，利用AHP法计算各个影响质量因素的权重，根据层次分析法的结果可确定组成材料对海水海砂混凝土的质量影响较大，尤其是组成材料中的水泥、石和海砂等，其余影响混凝土生产质量较大的因素包括混凝土的搅拌、生产过程中的温度和海水中的氯化钠等化学成分。③海水海砂混凝土由于生产过程存在复杂性、多层次性和不确定性，对混凝土的质量影响较大，层次分析法较全面、合理地确定了海水海砂混凝土生产质量的主要影响因素，该方法具有一定的工程参考价值。

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