不同模板类型对混凝土强度的影响及机理分析

刘艳君，岳子笑

（中建三局第一建设工程有限责任公司，湖北 武汉 310000）

在民用建筑中，铝模板作为常用的快拆模板体系受到广泛应用。同时在目前的住宅类项目中，框架-剪力墙结构作为常用的结构体系，是由于其能够很好地进行住宅内使用空间的划分。然而在铝模板的应用过程中，由于同一项目应用模板体系的不同，混凝土浇筑完成后，不同模板体系对应的混凝土强度增长情况也存在一定的差异。本文主要针对木模板及铝模板所对应的混凝土结构强度情况进行数据收集，并且通过粗糙集理论的应用，分析在不同情况下，对于影响混凝土强度的因素进行相关性分析，以及探究铝模板施工对于混凝土强度的影响情况和其相关作用机理。以此得到铝模板和木模板在施工过程中强度形成的基本原理及影响情况，并分析现场混凝土浇筑过程中，强度增长的保障措施。

1.1 研究背景

浙江省杭州市某住宅类项目包括9栋高层住宅，总占地面积29 268 m2，总建筑面积141 631.06 m2。其中地上建筑面积合计92 858.18 m2，地下室建筑面积48 772.88 m2。标准层层高分为3.15 m及3.05 m，标准层板厚100 mm~140 mm，剪力墙厚度200 mm，混凝土强度等级为C55~C30。根据现场施工情况，本工程1#~3#楼（拟定楼栋号）采用木模板体系施工，4#~9#楼（拟定楼栋号）采用铝模板体系施工。在现场对混凝土强度进行回弹及实体检测过程中发现：在同样的施工条件下，不同楼栋的混凝土强度产生规律性差异，并且对于铝模板施工楼栋，普遍存在高标号混凝土早期强度较木模板施工楼栋早期强度低的情况。但是由于混凝土强度形成过程中，存在多种因素的影响，由此无法明确模板体系对于混凝土强度形成的影响程度。项目列举出模板体系、混凝土设计强度、混凝土龄期及混凝土碳化程度所对应的混凝土强度情况[1]。并采用粗糙集分析工具，对其相关程度进行探讨，以此得到不同影响因素对混凝土强度形成的影响程度。

除此之外，通过分析在本项目情况下，混凝土强度形成过程中的参与因素及环境情况，针对铝模板混凝土强度的形成机理进行分析。以此得到在住宅类项目施工过程中，铝模板的使用对混凝土强度的影响程度，并对铝模板体系混凝土强度的具体保证措施进行总结，以此达到保证施工质量的目的。

1.2 相关数据采集

在本项目设计文件中，3#楼及9#楼平面设计一致，其楼栋各楼层的混凝土强度一致。但由于两栋楼开盘节奏的不同，3#楼采用木模板进行施工，而9#楼采用铝模板进行施工，因此本次选定3#及9#楼作为数据采集对象。为保证数据的准确性，在楼栋施工过程中，本楼栋均采用浙江省某混凝土搅拌站商品混凝土进行施工。

现场数据采集过程中，选取1层（强度C55）、2层（强度C55）、3层（强度C50）、4层（强度C50）、5层（强度C45）及6层（强度C45）作为采集对象。现场采集过程中通过混凝土回弹仪对现场数据进行采集，每楼层分区取样5处，每个采样处设置10处测区，通过标准回弹检查法进行回弹检测，并针对现场的碳化情况，采用混凝土回弹强度换算软件对现场混凝土强度进行修正，得到相关数据[2]。

2.1 评估各属性的重要程度

粗糙集理论专门用于处理不确定、不完备的信息，其仅需要利用数据本身的信息，不需要主观性的建议参与，因为这个处理优点，粗糙集理论广泛应用于现如今的信息系统和人工智能等多个领域。粗糙集理论研究内容主要在数学性质、有效算法、粗糙逻辑、模型拓展及融合性智能分析等方面。

粗糙集理论在分析数据时，可以约简多余信息，利用属性值对数据进行压缩、分类等，有很强的实用性。基于粗糙集理论可以解决很多实际问题，在医疗诊断、电力系统、决策分析、软件工程、信息融合、专家系统控制、神经网格、股票数据分析和过程控制等领域获得广泛的应用，近些年在工程领域的应用也越来越多。

根据粗糙集理论的实际应用，可以发现由于研究对象的不同，其不同的属性也会有不同的重要程度。所以应利用粗糙集计算软件，对采集数据进行分析，并利用权重系数对属性进行划分，确认其重要程度。

在分析过程中，首先应根据所研究的对象，建立相应的模型。对于本工程中收集到的数据情况，应分别建立条件属性集合及决策属性，随后根据属性的特征，将其进行分级处理。最后利用粗糙集软件，确定决策属性的重要性。其具体操作流程：①计算决策属性相对于条件属性的依赖程度；
②确定决策属性对于每一个条件属性的依赖程度；
③计算第i个条件属性的重要程度；
④计算在第i个条件属性的权重，确定其重要程度。

2.2 不同模板施工混凝土强度影响因素分析

2.2.1 建立决策表

根据现场采集数据的情况，将所收集到的数据进行处理，并形成决策信息表。通过观察数据的数值及其范围，在各个数据的变化区间中，对数据进行分类，并建立相应的信息表达系统。

根据数据情况，模板类型为木模板、铝模板，分别对应1，2；
根据混凝土浇筑龄期108 d，90 d，73 d，67 d，58 d，48 d分别划分等级为1，2，3，4，5，6六个区间；
设计强度C55，C50，C45，分别对应1，2，3三个区间；
混凝土碳化情况2，3，4，5，分别对应区间为1，2，3，4四个区间；
对混凝土回弹修正强度（MPa）进行分类如下：47 MPa~48 MPa（含47 MPa）为1，48 MPa~49 MPa（含48 MPa）为2，49 MPa~50 MPa（含49 MPa）为3，50 MPa~51 MPa（含50 MPa）为4，51 MPa~52 MPa（含51 MPa）为5，52 MPa~53 MPa（含52 MPa）为6，53 MPa~54 MPa（含53 MPa）为7，54 MPa~55 MPa（含54 MPa）为8，55 MPa~56 MPa（含55 MPa）为9，56 MPa~57 MPa（含56 MPa）为10，57 MPa~58 MPa（含57 MPa）为11，58 MPa~59 MPa（含58 MPa）为12，59 MPa~60 MPa（含59 MPa）为13，60 MPa~61 MPa（含60 MPa）为14，分为1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14十四个区间。根据以上划分标准，建立混凝土强度影响因素的知识表达系统。

2.2.2 基于粗糙集理论对混凝土强度影响因素进行分析

本次数据分析所采用的工具软件为Rosetta，即基于粗糙集分析理论的数据分析软件，其基本运作原理为将现场所采集的软件，在特征分析后，形成决策信息表。通过软件的运算，对相关因素的重要程度进行量化分析。最终达到明确决策信息重要性分析的目的。

为保证软件在Win10系统中正常使用，需修改软件运行的兼容性，如图1所示。

1）启动软件，引入数据

在数据分析的开始，应利用粗糙集软件对数据进行约简，将无关因素进行剔除。在操作开始前，由于目前大部分电脑系统为Win10系统，存在原始数据表与Rosetta软件不兼容的情况。所以在打开数据表之前，需按照操作流程引入Excel表的驱动程序。①新建相关文件；
②打开数据源；
③新建机器数据源；
④新建个人数据源，并引入Excel驱动文件；
⑤选择版本为Excel5.0/95，并选择相关信息表格；
⑥操作成功。

2）进行约简，剔除无关数据

接下来进行数据的约简，剔除无关因素。具体操作如下：右键单击决策信息表，选择Reduce→Johnson’s algorithm，对决策信息表进行约简，约简后结果见图2。

图2 决策信息表

根据约简的结果可知，在决策信息表中，对混凝土回弹强度存在影响的因素：A1（模板类型）、A2（混凝土龄期）及A4（碳化情况）。而对于A3（混凝土设计强度），这一指标，对混凝土最终强度形成情况占比原设计强度的程度影响不大，所以被约简。

3）分析主要因素的影响程度

在通过约简之后，了解到混凝土设计强度对混凝土最终回弹强度所占设计强度百分比的程度无影响。在剔除此因素后，对剩余因素进行分析。

计算每个条件属性的重要度如下：

计算每个属性的权重如下：

通过以上计算，可得到表1。

表1 属性权重计算结果

由计算结果可以看出，3种因素对混凝土强度增长的权重大小排序为：龄期=碳化情况＞模板类型。但是由于混凝土强度标准增长周期基本为28 d，在现场实际数据采集过程中可以发现，采集的实际数据基本已经超过标准周期。故应仅分析混凝土碳化情况及模板类型对于混凝土强度增长的影响情况。并且应该探究模板类型是否对混凝土的碳化情况造成影响，以及影响的方式。

3.1 分析思路

为分析模板类型对混凝土碳化情况的影响情况，应根据现场采集的实际梳理，在折线图中，列出2种模板类型所对应的曲线。其中x轴作为碳化轴，y轴作为强度轴。分别形成木模板碳化-强度曲线及铝模板碳化-强度曲线。具体情况如图3所示。

图3 混凝土碳化情况与回弹强度关系折线图

通过分析铝模板与木模板的强度形成情况可以发现，在同等龄期的状态下，使用木模板的混凝土强度形成情况较铝模板的强度形成情况高。同时由于本次采用回弹法对强度进行收集，所以应对不同类型模板的碳化情况进行比较。以此确定是否由于采用模板类型的不同，导致混凝土碳化情况出现差异。最终由于碳化的影响，导致混凝土回弹强度存在区别，如图4所示。

图4 模板类型与混凝土强度关系

通过将碳化数据进行分析后可以发现，在同样的浇注环境下，采用铝模板的混凝土相对于采用木模板的混凝土碳化深化要更大一些。通过回弹法对混凝土进行检测的过程中，由于碳化的加深，导致混凝土回弹换算强度的降低。这是由于在铝模板的施工过程中铝模板属于快拆体系[3]，其混凝土浇筑完成后第二天即可达到竖向模板拆除的条件。故早期混凝土浇筑完成后，铝模板浇筑成型的混凝土要较木模板浇筑完成的混凝土接触空气的时间更早，同时混凝土接触空气的时间也越长。由此导致铝模板浇筑的混凝土碳化程度较木模板浇筑的混凝土碳化程度更重。同时由于木模板的保水性相较于铝模板的保水性更好，且施工现场采用木模板施工的过程中一般会配备3套模板，其浇筑成型的混凝土带模养护的时间更长，故可以达到减缓混凝土碳化的作用。

针对杭州某项目铝模板与木模板的混凝土强度增长情况的成因及模板类型的不同，对混凝土强度增长的影响分析可以发现：在使用过程中，铝模板具有对混凝土碳化加大的影响，木模板具有能够减缓混凝土碳化的作用。因此导致使用铝模板的混凝土构件的回弹强度较低。在日常铝模板的使用过程中，应针对混凝土构件的情况及时进行混凝土养护，以此降低混凝土的碳化程度，保证混凝土构件的强度增长。

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