李紹鵬，汪亮，王建強(qiáng)，程曦，伍慧

（中建西部建設(shè)湖南有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引言

清水混凝土因其獨(dú)特的自然質(zhì)感脫穎而出，現(xiàn)已在市政、道橋以及高檔建筑工程中得到了諸多應(yīng)用，如嶺澳核電站、海口世紀(jì)大橋、上海浦東國際機(jī)場航站樓等[1-3]。清水混凝土與普通混凝土的區(qū)別在于其渾然天成的外表，因此，JGJ 169—2009《清水混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》對清水混凝土的外觀質(zhì)量做了諸多規(guī)定，如顏色、氣泡、光潔度等，但規(guī)程并沒有給出綜合評價清水混凝土外觀性能的方法，并且規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)也很寬泛，檢測方法也并不精確，這給清水混凝土外觀性能的客觀評價帶來了一定程度的影響。

目前，已有學(xué)者利用圖像處理技術(shù)對清水混凝土的外觀性能進(jìn)行了評價[4-6]，此法對于室內(nèi)研究準(zhǔn)確可行，但對于實(shí)際工程而言，實(shí)現(xiàn)起來比較困難。葉鐵鋒[7]提出了基于可量化指標(biāo)的外觀性能評價方法，將所有指標(biāo)合格且80%為良好的清水混凝土評定為良好，有15%不合格時則評為不合格，其它情況則評為合格。此法雖能綜合評價清水混凝土的外觀性能，但綜合評價的方法較為粗糙，并不能根據(jù)各指標(biāo)的重要程度進(jìn)行合理的評價。王龍志等[8]提出了清水混凝土外觀性能的事前評價方法——?dú)馀莘?，但此法只可對清水混凝土外觀進(jìn)行預(yù)估。

本文依托國內(nèi)首例最大體量人防工程清水商品混凝土施工項(xiàng)目——長沙金鷹大廈前廣場改造項(xiàng)目，提出一種基于層次分析法的清水混凝土外觀性能評價方法，此法操作簡便，且能根據(jù)各分項(xiàng)指標(biāo)的重要程度進(jìn)行綜合評價。

1 層次分析法概述

AHP法（層次分析法）最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，它最早被美國運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty定義為是一種能將定性與定量分析結(jié)合于一體的多層次多方案的決策方法。層次分析法首先是將非常復(fù)雜的需要做決策的問題根據(jù)其本質(zhì)、構(gòu)成因素與要求進(jìn)行深入分析；然后再根據(jù)問題的組成因素進(jìn)行分層處理，構(gòu)建多層次多準(zhǔn)則的結(jié)構(gòu)模型；最后依據(jù)1-9標(biāo)度法將每層的組成因素進(jìn)行重要程度比較得出判斷矩陣，再依據(jù)得出的判斷矩陣求各組成因素的權(quán)重值[9]。

層次分析法中需要各專家依據(jù)1-9標(biāo)度法對各層構(gòu)成因素間的重要程度進(jìn)行一一比較，而各專家在對各層因素間的重要性進(jìn)行評分時易受自身主觀因素的影響，往往會出現(xiàn)對各構(gòu)成因素的評分不完全相同。研究者為了確保評分結(jié)果的合理性與準(zhǔn)確性，將設(shè)定檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來對專家評分所組成的判斷矩陣進(jìn)行檢驗(yàn)，如果檢驗(yàn)結(jié)果不符合檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的一致性要求，則需要專家重新對其組成因素間的重要性評分進(jìn)行修正，直到檢驗(yàn)結(jié)果符合一致性要求。如：假設(shè)有一個由n個組成因素構(gòu)成的層級，分別對其各組成因素進(jìn)行一一比較得到判斷矩陣An×n。然后根據(jù)權(quán)重計算方法（特征根法、根法、和法等）求出判斷矩陣An×n中每個組成因素的相對權(quán)重值。本文選用和法對清水混凝土的外觀性能進(jìn)行評價，具體步驟為：

最后，根據(jù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對判斷矩陣An×n進(jìn)行檢驗(yàn)，看其是否一致。依據(jù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)判斷矩陣的最大特征根λmax=n時，表明該矩陣具有完全一致性；當(dāng)判斷矩陣的最大特征根λmax＞n時，則表明該矩陣為不完全一致性。根據(jù)這2個檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)得出檢驗(yàn)指標(biāo)為即當(dāng)CI=0時，表明該判斷矩陣的檢驗(yàn)結(jié)果為完全一致性；當(dāng)CI＞0時，則表明該判斷矩陣的檢驗(yàn)結(jié)果為不完全一致性。由于研究對象不同涉及的判斷矩陣階數(shù)也各不相同，那么，目前層次分析法普遍采用的檢驗(yàn)指標(biāo)為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI（如表1所示）。具體的AHP法的一致性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為：CR=CI/RI，當(dāng)CR＜0.10時，則表明該判斷矩陣符合一致性要求；若CR＞0.1時，則表明該判斷矩陣還需進(jìn)一步的修正，修正后重新檢驗(yàn)符合檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)才可使用。最后，在判斷矩陣符合檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，再依次分別確定二級指標(biāo)相對一級指標(biāo)、三級指標(biāo)相對二級指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)αi、βj。

表1 RI值

2 清水混凝土外觀性能綜合評價

清水混凝土的外觀性能可以概括成4個方面，即色澤的一致性、氣泡的大小和數(shù)量、表面平整以及外觀缺陷。根據(jù)這4個方面的內(nèi)容，可對清水混凝土外觀性能的定量或半定量的評價提出設(shè)想并建立評價構(gòu)架，即對色澤的一致性、氣泡的大小和數(shù)量、表面平整度和外觀缺陷4個分項(xiàng)分別提出評價方法和評價指標(biāo)，并進(jìn)行逐項(xiàng)評價，最后建立綜合的清水混凝土外觀性能評價體系。

2.1 清水混凝土外觀性能的分項(xiàng)評價方法

（1）色澤的一致性評價

對混凝土外觀色澤一致性的評價一直以來是個難題。本文結(jié)合JGJ 169—2009對混凝土外觀性能的規(guī)定與檢驗(yàn)方法建立清水混凝土外觀色澤一致性的評價標(biāo)準(zhǔn)：將距離墻面5 m有明顯色差的評定為不滿足清水混凝土外觀色澤一致性要求，即不合格；將距離墻面3～5 m無明顯色差的評定為合格；將距離墻面1～3 m無明顯色差的評定為良；將距離墻面1 m以內(nèi)無明顯色差的評定為優(yōu)。

（2）氣泡的大小與數(shù)量評價

對混凝土氣泡的大小與數(shù)量評價，同樣結(jié)合JGJ 169—2009對混凝土外觀性能的規(guī)定與檢驗(yàn)方法，分別從混凝土氣泡的直徑、深度以及數(shù)量等3個方面進(jìn)行評價，建立混凝土氣泡的大小與數(shù)量的評價標(biāo)準(zhǔn)：

①當(dāng)混凝土氣泡的最大直徑大于8 mm時，為不合格；當(dāng)氣泡的最大直徑大于5 mm且小于等于8 mm時，為合格；當(dāng)氣泡的最大直徑大于3 mm且小于等于5 mm時，為良；當(dāng)氣泡的最大直徑小于等于3 mm時，為優(yōu)。

②當(dāng)混凝土氣泡的最大深度大于2 mm時，為不合格；當(dāng)氣泡的最大深度大于1.5 mm且小于等于2 mm時，為合格；當(dāng)氣泡的最大深度大于1 mm且小于等于1.5 mm時，為良；當(dāng)氣泡的最大深度小于等于1 mm時，為優(yōu)。

③當(dāng)混凝土中氣泡數(shù)量大于20 cm2/m2時，為不合格；當(dāng)氣泡數(shù)量大于15 cm2/m2且小于等于20 cm2/m2時，為合格；當(dāng)氣泡數(shù)量大于10 cm2/m2且小于等于15 cm2/m2時，為良；當(dāng)氣泡數(shù)量小于等于10cm2/m2時，為優(yōu)。

（3）表面平整度評價

對于清水混凝土，表面的平整度同樣借鑒JGJ 169—2009對混凝土外觀性能的檢驗(yàn)方法進(jìn)行評價，根據(jù)表面平整度的尺寸允差值，即根據(jù)偏差大小設(shè)定不合格、合格、良、優(yōu)4個等級來進(jìn)行表面平整度的評價。即利用2 mm靠尺和塞尺檢查，當(dāng)測定的偏差值大于8 mm時為不合格；當(dāng)測定的偏差值大于6 mm且小于等于8 mm時，為合格；當(dāng)測定的偏差值大于4 mm且小于等于6 mm時，為良；當(dāng)測定的偏差值小于等于4 mm時，為優(yōu)。

（4）外觀缺陷評價

外觀性能是清水混凝土的重要控制點(diǎn)，應(yīng)不允許有蜂窩、裂縫、露筋、孔洞及外形缺陷等外觀缺陷的存在，若出現(xiàn)上述外觀缺陷則認(rèn)為不合格，應(yīng)采取有效措施進(jìn)行修復(fù)和修補(bǔ)。

2.2 清水混凝土外觀性能評價體系構(gòu)建

根據(jù)層次分析法設(shè)定“清水混凝土外觀性能評價”為一級指標(biāo)；“混凝土表面色澤一致性”、“混凝土外表氣泡”、“混凝土表面平整度”、“混凝土外觀缺陷”4個因素為二級指標(biāo)；混凝土外觀色澤一致性、混凝土氣泡的最大直徑、混凝土氣泡的最大深度、混凝土氣泡的數(shù)量、混凝土表面的平整度、裂縫、外表缺陷、外形缺陷8個定量指標(biāo)為三級指標(biāo)。

2.2.1 清水混凝土外觀性能的評價指標(biāo)權(quán)重的確定

首先，把三級指標(biāo)相對于二級指標(biāo)的重要性實(shí)行兩兩比較得出判斷矩陣后，運(yùn)用EVM方法求出各項(xiàng)評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。其中，混凝土氣泡的大小與數(shù)量因素以及混凝土外觀缺陷因素的各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的具體數(shù)值見表2、表3。

表2 混凝土氣泡的大小與數(shù)量評價指標(biāo)的判斷矩陣

表3 混凝土外觀缺陷評價指標(biāo)的判斷矩陣

其次，把各二級指標(biāo)相對于一級指標(biāo)的重要性進(jìn)行相互比較，得出相對應(yīng)的判斷矩陣，并用EVM方法求出各項(xiàng)評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，具體數(shù)值見表4。

表4 清水混凝土外觀性能評價指標(biāo)的判斷矩陣

通過匯總表2～表4的計算結(jié)果得到清水混凝土外觀性能評價的各級指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，具體數(shù)值見表5。

表5 清水混凝土外觀性能評價指標(biāo)的權(quán)重值

2.2.2 清水混凝土外觀性能的綜合評價結(jié)果

為了能更直觀地對清水混凝土外觀性能進(jìn)行綜合評價，依據(jù)清水混凝土外觀性能的具體情形和前述制定的分類和標(biāo)準(zhǔn)，將清水混凝土外觀性能劃分為4個區(qū)間，分別為不合格、合格、良、優(yōu)，對應(yīng)的分值區(qū)間為[0，70）、[70，80）、[80，90）、[90，100]。其得分按下式進(jìn)行計算：

式中：W1——一級指標(biāo)得分，即清水混凝土外觀性能綜合評分；

W2i——第i個二級指標(biāo)得分；

W3j——第j個三級指標(biāo)的專家評分；

αi——第i個二級指標(biāo)對一級指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；

βj——第j個三級指標(biāo)對二級指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。

3 金鷹廣場清水混凝土應(yīng)用實(shí)例

長沙金鷹大廈前廣場改造項(xiàng)目是湖南省廣電中心2016年的重點(diǎn)工程，是第十一屆中國金鷹電視藝術(shù)節(jié)的主場地之一。此項(xiàng)目總用地面積約6.6萬m2，總建筑面積約12萬m2，項(xiàng)目為集停車、交通、人防等功能于一體的下沉式廣場，擬建地下三層，地面為城市花園式廣場，項(xiàng)目總投資約8億元。整個工程商品混凝土方量達(dá)7萬m3，所有豎向結(jié)構(gòu)全部采用清水商品混凝土，地下人防工程的清水商品混凝土澆筑量達(dá)到3萬m3，強(qiáng)度等級為C40。

為確保清水混凝土的外觀效果，在固定原材料的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)設(shè)計了4組配合比進(jìn)行比選，配比見表6。水泥為湖南海螺水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5水泥；粉煤灰為岳陽煤灰電廠生產(chǎn)的Ⅱ級煤灰；礦粉為湖南三泓建材科技有限公司生產(chǎn)的S95級礦粉；細(xì)骨料為湘江產(chǎn)河砂，細(xì)度模數(shù)2.7；粗骨料為寧鄉(xiāng)縣大屯營粟米托石灰石場5～20 mm碎石；外加劑為岳陽東方雨虹CR-P402聚羧酸減水劑。所有材料各項(xiàng)指標(biāo)均符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。

表6 C40清水混凝土比選配比 kg/m3

首先成型150 mm×150 mm×600 mm的長方體試塊[見圖1（a）]，然后采用層次分析法進(jìn)行外觀評價，結(jié)果如表7所示。通過比選最終確定最優(yōu)配比1#為生產(chǎn)配比，并制作了清水混凝土樣板墻進(jìn)行驗(yàn)證[見圖1（b）]，結(jié)果取得了不錯的效果。

圖1 清水混凝土長方體試塊及樣板墻

表7 清水混凝土各級指標(biāo)得分及綜合得分情況

4 結(jié)語

清水混凝土因其獨(dú)特的特點(diǎn)已得到了廣泛的青睞，但JGJ 169—2009中并沒有給出清水混凝土外觀性能的綜合評價方法，只是在質(zhì)量驗(yàn)收中對混凝土外觀性能的各個項(xiàng)目提出了一些寬泛的要求，且其檢驗(yàn)方法多數(shù)是靠觀察，人為因素影響較大。因此，提出了基于層次分析法的清水混凝土外觀性能評價方法，此法彌補(bǔ)了規(guī)程中驗(yàn)收方法存在的不足，又較采用圖像處理技術(shù)分析評價等方法簡單實(shí)用，可操作性強(qiáng)，并成功應(yīng)用于長沙金鷹大廈清水混凝土項(xiàng)目的配比優(yōu)化，而后期驗(yàn)收工作則采用此方法進(jìn)行抽檢評價。

[1] 周孝軍，牟廷敏，丁慶軍，等.橋梁清水混凝土設(shè)計方法與勻質(zhì)性控制[J].土木建筑與環(huán)境工程，2015（1）：117-122.

[2] 程磊.高層建筑清水混凝土施工工藝及工程應(yīng)用研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2012.

[3] 郭偉，路林海，王龍志，等.清水混凝土概念、研究現(xiàn)狀、存在問題及配合比設(shè)計方法綜述[J].混凝土與水泥制品，2016（10）：23-27.

[4] 張建雄，繆昌文，劉加平，等.清水混凝土外觀質(zhì)量評價方法的研究[J].混凝土，2008（1）：95-97.

[5] 周輝，葉鐵鋒.清水混凝土外觀質(zhì)量評價淺析[J].建筑技術(shù)，2009（7）：641-642.

[6] 覃光焱.人工砂清水混凝土的研究及其外觀質(zhì)量評定[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2008.

[7] 葉鐵鋒.基于量化指標(biāo)的清水混凝土外觀質(zhì)量評價方法淺析[C]//上?？崭郏ǖ?0輯）.上海：上海世紀(jì)出版股份有限公司科學(xué)技術(shù)出版社，2015：46-49.

[8] 王龍志，李宗才，崔鑫，等.清水混凝土表觀質(zhì)量評價方法研究[J].混凝土，2017（2）：95-97.

[9] 郭金玉，張忠彬，孫慶云.層次分析法的研究與應(yīng)用[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2008（5）：148-153.