摘要:研制了一種新型墻體保溫用聚合物改性砂漿，并采用層次分析(Analytic Hierarchy Process，AHP)法解決了墻體保溫用聚合物改性砂漿研制中采用正交試驗難以對多評價指標(biāo)進(jìn)行綜合評定的問題。通過正交試驗與AHP相結(jié)合對試驗進(jìn)行設(shè)計及結(jié)果分析，得到了理想的配方，并成功應(yīng)用于天津文鑫小區(qū)的樣板工程中。
關(guān)鍵詞:墻體保溫；聚合物改性砂漿 層次分析；正交試驗
外墻外保溫相對于外墻內(nèi)保溫具有諸多優(yōu)點，但這同時也為外保溫層的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝等提出了更高層次的要求，如其必須耐凍融、耐曝曬、抗風(fēng)化、抗降解、耐老化；必須導(dǎo)熱系數(shù)低，熱穩(wěn)定性能好；必須憎水性好，透氣性強(qiáng)，能有效避免水蒸氣遷移過程中出現(xiàn)墻體內(nèi)部的結(jié)露現(xiàn)象等性能。在采用傳統(tǒng)的外墻粘結(jié)苯板以及近年來逐步發(fā)展起來的聚苯顆粒保溫漿料的外墻外保溫體系中，關(guān)鍵點在于如何處理好發(fā)泡聚苯乙烯有機(jī)物質(zhì)與混凝土、磚等無機(jī)材料之間的界面問題。只有將二者之間的界面問題處理好，才能夠充分發(fā)揮外墻外保溫的優(yōu)勢。本文采用AHP法綜合考慮各種指標(biāo)得到了理想的聚合物改性砂漿配方，并成功應(yīng)用于天津文鑫小區(qū)樣板工程中。
一、PMM原材料的選擇與配比設(shè)計
?。ㄒ唬┗系倪x擇
聚苯乙烯的臨界表面張力γc＝33mn/m，很顯然，聚苯乙烯屬低能表面，而水泥砂漿、磚、砌塊、混凝土等屬于高能表面，一般而言，高能表面臨界表面張力γc>粘合劑的γLV，從而可選膠粘劑的限制較少。由以上所述可知，所選取的膠粘劑γLV應(yīng)盡量靠近或小于聚苯乙烯的γC。另外還須加入一定的增塑劑以及增稠劑。
?。ǘ┰牧霞芭浔?nbsp;
水泥采用P·O 42.5水泥，砂的粒徑為0.16～0.63mm?？紤]到砂漿的體積穩(wěn)定性，采用粉煤灰(Ⅱ級)，取代量為20%。干粉型PMM改性組分為：RDP乳膠粉、BJM醚、MF纖維素、SPF及海川路威纖維（6mm），采用采用正交表設(shè)計試驗，見表1。
二、試驗結(jié)果分析
試驗中對PMM共進(jìn)行了吸水率、壓折比、抗裂性、透水性、剪切強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度(粘苯板與不粘苯板的常態(tài)、耐水、耐溫、凍融)13種性能指標(biāo)的測試。
對于本試驗考核13個性能指標(biāo)的EIFS用PMM，必須綜合考慮材料的各方面的性能，同時必須突出主次矛盾，才能夠給出合理的、正確的結(jié)論。這是很難通過正交試驗分析方法來實現(xiàn)的。為此，我們必須對各種配比的多種性能進(jìn)行綜合評判，這種綜合評判的過程可分為3步：(1) 確定出所考核指標(biāo)相對于綜合性能指標(biāo)的權(quán)重；(2)將各考核指標(biāo)的試驗結(jié)果規(guī)范化；(3)運(yùn)用所求得的權(quán)重對規(guī)范化的試驗結(jié)果進(jìn)行處理，得到綜合性能指標(biāo)；[4]再利用正交試驗的方法對試驗結(jié)果進(jìn)行分析。這種方法突出主要矛盾，同時能夠?qū)υS多類試驗結(jié)果進(jìn)行規(guī)范化，更加準(zhǔn)確的找到合理的配比。必須指出：以上所講的綜合評判方法，本質(zhì)是一建模過程，這種模型對多指標(biāo)正交設(shè)計的數(shù)據(jù)分析是一種完善。
?。ㄒ唬┚C合性能指標(biāo)的處理
綜合性能常用的綜合評價函數(shù)總與權(quán)向量相關(guān)，層次分析法(Analytic Hierarchy Process常記為AHP)[1～4]是確定權(quán)向量行之有效的方法。層次分析法是20世紀(jì)70年代由美國運(yùn)籌學(xué)教授T.L.Saaty提出的。Saaty采用列表的方法將因素的重要性量化(稱之為比率標(biāo)度)，本試驗共考慮的因素有：剪切強(qiáng)度、粘苯板的常態(tài)、耐水、耐溫、凍融強(qiáng)度、粘砂漿的常態(tài)、耐水、耐溫、凍融強(qiáng)度、吸水率、透水性、壓折比、抗裂性，根據(jù)Saaty的評價表格可以得到判斷矩陣。判斷矩陣中的對比次序(按行)依次為粘苯板常態(tài)抗拉強(qiáng)度、粘苯板耐水抗拉強(qiáng)度、粘苯板耐溫抗拉強(qiáng)度、粘苯板凍融抗拉強(qiáng)度、不粘苯板常態(tài)抗拉強(qiáng)度、不粘苯板耐水抗拉強(qiáng)度、不粘苯板耐溫抗拉強(qiáng)度、不粘苯板凍融抗拉強(qiáng)度、與砂漿件粘結(jié)的剪切強(qiáng)度、吸水率、透水性、壓折比、抗裂性。
對于給定的判斷矩陣A＝，可令
(1)
并以作為權(quán)向量。由()，可取
(2)
從而得到權(quán)重。通過對實驗結(jié)果的規(guī)范化，可以得到綜合性能指標(biāo)。
（二）綜合性能指標(biāo)的正交試驗分析
將T作為對13個指標(biāo)綜合評價后的指標(biāo)，利用正交實驗分析該結(jié)果，即可得到理想配比，分析結(jié)果見表2。
從表中18次試驗結(jié)果看第8號試驗的綜合性能指標(biāo)最高，相應(yīng)的水平組(A3=5%,B2=0.4%,C3=0.6%,D2=0.06%,E1=0.05%,F3=40,G1=55)是當(dāng)前最好的配比，但它不一定就是最佳配比。
根據(jù)表中的極差大小，可以判斷外墻外保溫用PMM的綜合性能影響因素的主次順序是：A→B→D→F→C→G→E，即：可再分散乳膠粉 BJM醚 SPF纖維 水泥 MF纖維素 砂 海川路威纖維?？稍俜稚⑷槟z粉摻量越高，PMM的綜合性能越好，在本試驗中以5%為最好；BJM醚摻量為0.4%時，PMM的綜合性能最好；SPF纖維摻量為0.06%時，PMM的綜合性能最好；P.O42.5水泥用量為35時，PMM的綜合性能最好；MF纖維素、海川路威纖維以及砂作為影響PMM性能的次要因素，也體現(xiàn)出一定的規(guī)律性，即隨著摻量的提高，PMM的綜合性能越來越好。隨著砂子體積分?jǐn)?shù)的增加,聚合物改性砂漿中的聚合物傾向于向砂子表面轉(zhuǎn)移，能夠起到改善細(xì)集料界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)的作用。其中MF纖維素在摻量由0.4%增至0.5%時，對PCM的綜合性能影響不大。
三、結(jié)論
采用安排7組分3水平的PMM性能測試試驗，應(yīng)用AHP法彌補(bǔ)了正交試驗評價多指標(biāo)的不足。綜合而言，當(dāng)可再分散乳膠粉摻量為5％、BJM醚摻量為0.4％、SPF纖維摻量為0.06％、水泥用量為35、MF纖維素為0.6％、砂用量為65、海川路威纖維摻量為0.2％時，PMM的綜合性能最好，即理想配比為。
參考文獻(xiàn)
[1]T. L. Satty. The Analytic Hierarchy Process, McGrawHill, lnc, 1980
[2]劉思峰,郭無榜. 灰色系統(tǒng)理論及應(yīng)用. 河南大學(xué)出版社, 1991
[3]常大勇,張麗麗. 經(jīng)濟(jì)管理中的模糊數(shù)學(xué)方法. 北京經(jīng)濟(jì)學(xué)院出版社, 1995:146
[4]王寶民,王立久. 基于模糊層次分析法的混凝土生命過程與環(huán)境共融性評價. 混凝土
關(guān)鍵詞:墻體保溫；聚合物改性砂漿 層次分析；正交試驗
外墻外保溫相對于外墻內(nèi)保溫具有諸多優(yōu)點，但這同時也為外保溫層的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝等提出了更高層次的要求，如其必須耐凍融、耐曝曬、抗風(fēng)化、抗降解、耐老化；必須導(dǎo)熱系數(shù)低，熱穩(wěn)定性能好；必須憎水性好，透氣性強(qiáng)，能有效避免水蒸氣遷移過程中出現(xiàn)墻體內(nèi)部的結(jié)露現(xiàn)象等性能。在采用傳統(tǒng)的外墻粘結(jié)苯板以及近年來逐步發(fā)展起來的聚苯顆粒保溫漿料的外墻外保溫體系中，關(guān)鍵點在于如何處理好發(fā)泡聚苯乙烯有機(jī)物質(zhì)與混凝土、磚等無機(jī)材料之間的界面問題。只有將二者之間的界面問題處理好，才能夠充分發(fā)揮外墻外保溫的優(yōu)勢。本文采用AHP法綜合考慮各種指標(biāo)得到了理想的聚合物改性砂漿配方，并成功應(yīng)用于天津文鑫小區(qū)樣板工程中。
一、PMM原材料的選擇與配比設(shè)計
?。ㄒ唬┗系倪x擇
聚苯乙烯的臨界表面張力γc＝33mn/m，很顯然，聚苯乙烯屬低能表面，而水泥砂漿、磚、砌塊、混凝土等屬于高能表面，一般而言，高能表面臨界表面張力γc>粘合劑的γLV，從而可選膠粘劑的限制較少。由以上所述可知，所選取的膠粘劑γLV應(yīng)盡量靠近或小于聚苯乙烯的γC。另外還須加入一定的增塑劑以及增稠劑。
?。ǘ┰牧霞芭浔?nbsp;
水泥采用P·O 42.5水泥，砂的粒徑為0.16～0.63mm?？紤]到砂漿的體積穩(wěn)定性，采用粉煤灰(Ⅱ級)，取代量為20%。干粉型PMM改性組分為：RDP乳膠粉、BJM醚、MF纖維素、SPF及海川路威纖維（6mm），采用采用正交表設(shè)計試驗，見表1。
二、試驗結(jié)果分析
試驗中對PMM共進(jìn)行了吸水率、壓折比、抗裂性、透水性、剪切強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度(粘苯板與不粘苯板的常態(tài)、耐水、耐溫、凍融)13種性能指標(biāo)的測試。
對于本試驗考核13個性能指標(biāo)的EIFS用PMM，必須綜合考慮材料的各方面的性能，同時必須突出主次矛盾，才能夠給出合理的、正確的結(jié)論。這是很難通過正交試驗分析方法來實現(xiàn)的。為此，我們必須對各種配比的多種性能進(jìn)行綜合評判，這種綜合評判的過程可分為3步：(1) 確定出所考核指標(biāo)相對于綜合性能指標(biāo)的權(quán)重；(2)將各考核指標(biāo)的試驗結(jié)果規(guī)范化；(3)運(yùn)用所求得的權(quán)重對規(guī)范化的試驗結(jié)果進(jìn)行處理，得到綜合性能指標(biāo)；[4]再利用正交試驗的方法對試驗結(jié)果進(jìn)行分析。這種方法突出主要矛盾，同時能夠?qū)υS多類試驗結(jié)果進(jìn)行規(guī)范化，更加準(zhǔn)確的找到合理的配比。必須指出：以上所講的綜合評判方法，本質(zhì)是一建模過程，這種模型對多指標(biāo)正交設(shè)計的數(shù)據(jù)分析是一種完善。
?。ㄒ唬┚C合性能指標(biāo)的處理
綜合性能常用的綜合評價函數(shù)總與權(quán)向量相關(guān)，層次分析法(Analytic Hierarchy Process常記為AHP)[1～4]是確定權(quán)向量行之有效的方法。層次分析法是20世紀(jì)70年代由美國運(yùn)籌學(xué)教授T.L.Saaty提出的。Saaty采用列表的方法將因素的重要性量化(稱之為比率標(biāo)度)，本試驗共考慮的因素有：剪切強(qiáng)度、粘苯板的常態(tài)、耐水、耐溫、凍融強(qiáng)度、粘砂漿的常態(tài)、耐水、耐溫、凍融強(qiáng)度、吸水率、透水性、壓折比、抗裂性，根據(jù)Saaty的評價表格可以得到判斷矩陣。判斷矩陣中的對比次序(按行)依次為粘苯板常態(tài)抗拉強(qiáng)度、粘苯板耐水抗拉強(qiáng)度、粘苯板耐溫抗拉強(qiáng)度、粘苯板凍融抗拉強(qiáng)度、不粘苯板常態(tài)抗拉強(qiáng)度、不粘苯板耐水抗拉強(qiáng)度、不粘苯板耐溫抗拉強(qiáng)度、不粘苯板凍融抗拉強(qiáng)度、與砂漿件粘結(jié)的剪切強(qiáng)度、吸水率、透水性、壓折比、抗裂性。
對于給定的判斷矩陣A＝，可令
(1)
并以作為權(quán)向量。由()，可取
(2)
從而得到權(quán)重。通過對實驗結(jié)果的規(guī)范化，可以得到綜合性能指標(biāo)。
（二）綜合性能指標(biāo)的正交試驗分析
將T作為對13個指標(biāo)綜合評價后的指標(biāo)，利用正交實驗分析該結(jié)果，即可得到理想配比，分析結(jié)果見表2。
從表中18次試驗結(jié)果看第8號試驗的綜合性能指標(biāo)最高，相應(yīng)的水平組(A3=5%,B2=0.4%,C3=0.6%,D2=0.06%,E1=0.05%,F3=40,G1=55)是當(dāng)前最好的配比，但它不一定就是最佳配比。
根據(jù)表中的極差大小，可以判斷外墻外保溫用PMM的綜合性能影響因素的主次順序是：A→B→D→F→C→G→E，即：可再分散乳膠粉 BJM醚 SPF纖維 水泥 MF纖維素 砂 海川路威纖維?？稍俜稚⑷槟z粉摻量越高，PMM的綜合性能越好，在本試驗中以5%為最好；BJM醚摻量為0.4%時，PMM的綜合性能最好；SPF纖維摻量為0.06%時，PMM的綜合性能最好；P.O42.5水泥用量為35時，PMM的綜合性能最好；MF纖維素、海川路威纖維以及砂作為影響PMM性能的次要因素，也體現(xiàn)出一定的規(guī)律性，即隨著摻量的提高，PMM的綜合性能越來越好。隨著砂子體積分?jǐn)?shù)的增加,聚合物改性砂漿中的聚合物傾向于向砂子表面轉(zhuǎn)移，能夠起到改善細(xì)集料界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)的作用。其中MF纖維素在摻量由0.4%增至0.5%時，對PCM的綜合性能影響不大。
三、結(jié)論
采用安排7組分3水平的PMM性能測試試驗，應(yīng)用AHP法彌補(bǔ)了正交試驗評價多指標(biāo)的不足。綜合而言，當(dāng)可再分散乳膠粉摻量為5％、BJM醚摻量為0.4％、SPF纖維摻量為0.06％、水泥用量為35、MF纖維素為0.6％、砂用量為65、海川路威纖維摻量為0.2％時，PMM的綜合性能最好，即理想配比為。
參考文獻(xiàn)
[1]T. L. Satty. The Analytic Hierarchy Process, McGrawHill, lnc, 1980
[2]劉思峰,郭無榜. 灰色系統(tǒng)理論及應(yīng)用. 河南大學(xué)出版社, 1991
[3]常大勇,張麗麗. 經(jīng)濟(jì)管理中的模糊數(shù)學(xué)方法. 北京經(jīng)濟(jì)學(xué)院出版社, 1995:146
[4]王寶民,王立久. 基于模糊層次分析法的混凝土生命過程與環(huán)境共融性評價. 混凝土
