不同模板類型對混凝土強度的影響及機理分析

劉艷君，岳子笑

（中建三局第一建設工程有限責任公司，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用。同時在目前的住宅類項目中，框架-剪力墻結構作為常用的結構體系，是由于其能夠很好地進行住宅內使用空間的劃分。然而在鋁模板的應用過程中，由于同一項目應用模板體系的不同，混凝土澆筑完成后，不同模板體系對應的混凝土強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的混凝土結構強度情況進行數據收集，并且通過粗糙集理論的應用，分析在不同情況下，對于影響混凝土強度的因素進行相關性分析，以及探究鋁模板施工對于混凝土強度的影響情況和其相關作用機理。以此得到鋁模板和木模板在施工過程中強度形成的基本原理及影響情況，并分析現場混凝土澆筑過程中，強度增長的保障措施。

1 研究背景及相關數據采集

1.1 研究背景

浙江省杭州市某住宅類項目包括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92 858.18 m2，地下室建筑面積48 772.88 m2。標準層層高分為3.15 m及3.05 m，標準層板厚100 mm~140 mm，剪力墻厚度200 mm，混凝土強度等級為C55~C30。根據現場施工情況，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。在現場對混凝土強度進行回彈及實體檢測過程中發現：在同樣的施工條件下，不同樓棟的混凝土強度產生規律性差異，并且對于鋁模板施工樓棟，普遍存在高標號混凝土早期強度較木模板施工樓棟早期強度低的情況。但是由于混凝土強度形成過程中，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度形成的影響程度。項目列舉出模板體系、混凝土設計強度、混凝土齡期及混凝土碳化程度所對應的混凝土強度情況[1]。并采用粗糙集分析工具，對其相關程度進行探討，以此得到不同影響因素對混凝土強度形成的影響程度。

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

1.2 相關數據采集

在本項目設計文件中，3#樓及9#樓平面設計一致，其樓棟各樓層的混凝土強度一致。但由于兩棟樓開盤節奏的不同，3#樓采用木模板進行施工，而9#樓采用鋁模板進行施工，因此本次選定3#及9#樓作為數據采集對象。為保證數據的準確性，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行施工。

現場數據采集過程中，選取1層（強度C55）、2層（強度C55）、3層（強度C50）、4層（強度C50）、5層（強度C45）及6層（強度C45）作為采集對象?，F場采集過程中通過混凝土回彈儀對現場數據進行采集，每樓層分區取樣5處，每個采樣處設置10處測區，通過標準回彈檢查法進行回彈檢測，并針對現場的碳化情況，采用混凝土回彈強度換算軟件對現場混凝土強度進行修正，得到相關數據[2]。

2 運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，其僅需要利用數據本身的信息，不需要主觀性的建議參與，因為這個處理優點，粗糙集理論廣泛應用于現如今的信息系統和人工智能等多個領域。粗糙集理論研究內容主要在數學性質、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據時，可以約簡多余信息，利用屬性值對數據進行壓縮、分類等，有很強的實用性?；诖植诩碚摽梢越鉀Q很多實際問題，在醫療診斷、電力系統、決策分析、軟件工程、信息融合、專家系統控制、神經網格、股票數據分析和過程控制等領域獲得廣泛的應用，近些年在工程領域的應用也越來越多。

根據粗糙集理論的實際應用，可以發現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。所以應利用粗糙集計算軟件，對采集數據進行分析，并利用權重系數對屬性進行劃分，確認其重要程度。

在分析過程中，首先應根據所研究的對象，建立相應的模型。對于本工程中收集到的數據情況，應分別建立條件屬性集合及決策屬性，隨后根據屬性的特征，將其進行分級處理。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條件屬性的依賴程度；③計算第i個條件屬性的重要程度；④計算在第i個條件屬性的權重，確定其重要程度。

2.2 不同模板施工混凝土強度影響因素分析

2.2.1 建立決策表

根據現場采集數據的情況，將所收集到的數據進行處理，并形成決策信息表。通過觀察數據的數值及其范圍，在各個數據的變化區間中，對數據進行分類，并建立相應的信息表達系統。

根據數據情況，模板類型為木模板、鋁模板，分別對應1，2；根據混凝土澆筑齡期108 d，90 d，73 d，67 d，58 d，48 d分別劃分等級為1，2，3，4，5，6六個區間；設計強度C55，C50，C45，分別對應1，2，3三個區間；混凝土碳化情況2，3，4，5，分別對應區間為1，2，3，4四個區間；對混凝土回彈修正強度（MPa）進行分類如下：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區間。根據以上劃分標準，建立混凝土強度影響因素的知識表達系統。

2.2.2 基于粗糙集理論對混凝土強度影響因素進行分析

本次數據分析所采用的工具軟件為Rosetta，即基于粗糙集分析理論的數據分析軟件，其基本運作原理為將現場所采集的軟件，在特征分析后，形成決策信息表。通過軟件的運算，對相關因素的重要程度進行量化分析。最終達到明確決策信息重要性分析的目的。

為保證軟件在Win10系統中正常使用，需修改軟件運行的兼容性，如圖1所示。

1）啟動軟件，引入數據

在數據分析的開始，應利用粗糙集軟件對數據進行約簡，將無關因素進行剔除。在操作開始前，由于目前大部分電腦系統為Win10系統，存在原始數據表與Rosetta軟件不兼容的情況。所以在打開數據表之前，需按照操作流程引入Excel表的驅動程序。①新建相關文件；②打開數據源；③新建機器數據源；④新建個人數據源，并引入Excel驅動文件；⑤選擇版本為Excel5.0/95，并選擇相關信息表格；⑥操作成功。

2）進行約簡，剔除無關數據

接下來進行數據的約簡，剔除無關因素。具體操作如下：右鍵單擊決策信息表，選擇Reduce→Johnson’s algorithm，對決策信息表進行約簡，約簡后結果見圖2。

圖2 決策信息表

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

3）分析主要因素的影響程度

在通過約簡之后，了解到混凝土設計強度對混凝土最終回彈強度所占設計強度百分比的程度無影響。在剔除此因素后，對剩余因素進行分析。

計算每個條件屬性的重要度如下：

計算每個屬性的權重如下：

通過以上計算，可得到表1。

表1 屬性權重計算結果

由計算結果可以看出，3種因素對混凝土強度增長的權重大小排序為：齡期=碳化情況＞模板類型。但是由于混凝土強度標準增長周期基本為28 d，在現場實際數據采集過程中可以發現，采集的實際數據基本已經超過標準周期。故應僅分析混凝土碳化情況及模板類型對于混凝土強度增長的影響情況。并且應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，應根據現場采集的實際梳理，在折線圖中，列出2種模板類型所對應的曲線。其中x軸作為碳化軸，y軸作為強度軸。分別形成木模板碳化-強度曲線及鋁模板碳化-強度曲線。具體情況如圖3所示。

圖3 混凝土碳化情況與回彈強度關系折線圖

通過分析鋁模板與木模板的強度形成情況可以發現，在同等齡期的狀態下，使用木模板的混凝土強度形成情況較鋁模板的強度形成情況高。同時由于本次采用回彈法對強度進行收集，所以應對不同類型模板的碳化情況進行比較。以此確定是否由于采用模板類型的不同，導致混凝土碳化情況出現差異。最終由于碳化的影響，導致混凝土回彈強度存在區別，如圖4所示。

圖4 模板類型與混凝土強度關系

通過將碳化數據進行分析后可以發現，在同樣的澆注環境下，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行檢測的過程中，由于碳化的加深，導致混凝土回彈換算強度的降低。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間更早，同時混凝土接觸空氣的時間也越長。由此導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護的時間更長，故可以達到減緩混凝土碳化的作用。

4 結語

針對杭州某項目鋁模板與木模板的混凝土強度增長情況的成因及模板類型的不同，對混凝土強度增長的影響分析可以發現：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。因此導致使用鋁模板的混凝土構件的回彈強度較低。在日常鋁模板的使用過程中，應針對混凝土構件的情況及時進行混凝土養護，以此降低混凝土的碳化程度，保證混凝土構件的強度增長。