水镁石纤维路面混凝土性能影响因素的灰关联熵分析.pdf

2 0 1 1 年第 3期 3月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PRODUCT S 2 011 No 3 Ma r c h 水镁石纤维路面混凝土性能影响因素的灰关联熵分析 张晓旭 ， 仇玉 良 ， 刘开平 ， 关博文 ( 1 中交 第一公 路勘 察设计 研究 院有 限公 司 ， 西安 7 1 0 0 7 5 ； 2 长 安大学 材料 学院 ， 西安 7 1 0 0 6 3 ) 摘要 ： 通 过 强 度 试 验 ， 运 用灰 关联 熵 的 系统 分 析 方 法 ， 分析 了 水灰 比 、 纤 维 长 径 比 、 纤 维掺 量 、 减 水 荆掺 量 ， 坍 落度等因素对路 面混凝土 2 8 d抗 弯拉 强度和压折 比影响的主次关 系和影响程度。分析表明 ， 对 于水镁石纤维路面 混凝土 ， 水灰 比是一个非常重要 的参数 ； 水镁石纤维的长径比及掺 量也是混凝土强度的重要 因素。结果证 明， 在水 泥混凝 土多因素 的分析 中， 灰关联熵法是一种 简单 实用且 结果比较准确的方法 ， 其结论可 为水镁石 混凝 土配合比 设计参数提供有效的计算依据。 关键词 ： 路 面混凝土 ； 水镁石纤维 ； 灰关联 熵； 影响因素 A b s t r a c t ： T h r o u g h t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h t e s t ， t h e m a j o r a n d mi n o r r e l a t i o n s h i p a n d e ff e c t s o f t h ec t o rs o f w a t e r c e me n t r a t i o ， l e n gth d i a me t e r r a t i o o f h r u c i t e fi b e r ，d o s a g e o f f i b e r ，d o s a g e o f w a t e r r e d u c e r a n d s l u mp o n 2 8 d fl e x u r a l s t r e n g t h a n d r a t i o o f c o mp r e s s i v e s t r e n g t h t o fl e x u r a l s t r e n gth o f p a v e me n t c o n c r e t e a r e a n a l y z e d b y u s i n g s y s t e ma t i c a fi a l y s i s me t h o d o f g r e y r e l a t i o n e n t r o p y T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t f o r b r u c i t e fi b e r r e i n f o r c e d p a v e me n t c o n c r e t e ，t h e wa t e r c e me n t r a t i o i s a v e r y i mp o r t a n t p a r a me t e r ， t h e l e n gth d i a me t e r r a t i o a n d t h e d o s a g e o f b r u c i t e fi b e r a r e a l s o t h e i mp o r t a n t f a c t o r s a ff e c t i n g t h e s t r e n g t h o f c o n c r e t e T h e r e s u l t s p r o v e t h a t i n t h e mu l t i f a e t o r a n a l y s i s f o r c e me n t c o n c r e t e t h e g r a y r e l a t i o n e n t r o py me t ho d i s a k i n d o f s i mp l e ，pr a c t i c a l a n d r e s u l t i ng a cc ur a t e me t h o d ，a n d t h e c o n c l u s i o n c a n p r o v i d e a v a l i d c a l c u l a t i o n ba s i s f o r d e s i g n p a r a me t e r o f mi x p r o p o r t i o n o f b r u c i t e c o n c r e t e Ke y wo r d s： P a v e me n t c o n c r e t e ； B r u c i t e fi b e r ； Gr a y r e l a t i o n e n t r o p y ； I n fl u e n c i n g f a c t o r s 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 O 一 4 6 3 7 ( 2 0 1 1 ) 0 3 一 0 4 0前 言 水镁 石纤 维 ( 简称 F B纤 维 )即纤 维状 的水 镁 石 ， 主要 化学 成 分为 Mg ( O H) ： 。水 镁 石矿 物在 自然 界成 矿 过 程 中 ， 由于 结 构 畸变 ， 矿 物 沿层 的一 个 方 向( a 轴 ) 较易 生长 ， 形 成纤 维 。 水镁石 纤维 是一种 中 等强度 的纤维 ，与水泥具有 良好 的相容性 和结合 性 ， 耐 碱性 强 ， 且施 工性 能 良好口 。作 为一种 性 价 比 较高 的新 型矿 物 ，水 镁 石纤 维被 应 用 于混凝 土 中 ， 成 为一种新 的增 强增韧 添加材 料嘲 。 目前 ，水镁 石 纤 维 大 多 应 用 于路 面混 凝 土工 程。水镁石纤维掺入混凝土后 ， 会对水灰 比、 砂率 、 坍落度等产生影响 ， 而影响因素的大小与水镁石纤 维 的长径 比 、 掺量及 减水剂 的使用 情况有 关p 卅。 灰色理 论 是一 种能 在 “ 小样 本 ， 贫 信息 ” 的条 件 下进行 系统分 析 的方 法【5 。通过灰 色关联 分析就 可 以找 出各种 因素与 系统 发展 态势 之 间 的关 系 ， 从 而 分 辨 出主要 因素和 次要 因素 ， 并 对 系统 的发 展 作 出 积极 有效 的引导 7 -9 。 本 文 通过 水 镁 石 纤 维 路 面 混凝 土 的部 分 力 学 基 金 项 目： 西 部 交 通 建 设 科 技项 目 ( 2 0 0 8 3 1 8 81 2 6 3 ) 、 中交 集 团科 技 支 撑 重 大 专 项项 目( K J YF 0 8 0 9 一 Z C0 3) 。 一 4 4一 性 能试验数据 ， 运用改进的灰关联熵分析法 ， 分析 了各 影 响因 素 ( 内 因) 的 相对显 著 程度 ， 以期对 水镁 石 纤维 路面混 凝土 的设计 与施工 提供一 定 的指导 。 1 灰 关联熵 分析 法简 介 1 1 灰关联 系数 X为灰关联因子集； x 如o ( 1 ) ， X o ( 2 ) ， ， X o ( n ) 为参 考列 x i ( 1 ) ， x i ( 2 ) ， ， x i ( n ) ( i = l ， 2 ， ， m) 为比较 列 ， 比较列 与参 考列 问的灰关 联系数 为 ： 冬 i x 0 ( k ) ， x i ( k ) J m i n m i n A i (k ) + p m ax m a x A ； ( k ) l l ：1 ， m k ：1 n I _ 1 ， m k = 1 n l A i (k ) + p m a x m a x A i ( 1c ) l l 1 m k 1 n 式 中， m i n m i n i ( k ) 为两极最小差 ； m a x l l l a x ni ( k ) I XJ m k=l ， n 1 =1 J n K I ， n 为两极最 大差 ； P为分 辨系数 ， 一般取 0 5 。 1 2灰熵 设 灰 内 涵数 列 x = ( x 。 ， x ， ， x ) ， Vi ， X 0 ， 且 X i =l ， 称 函数 H。 ( x ) = 一 x i l n x i 为序 号 X的灰 熵 ， x i 为属性 信息 。 l - 3 灰关 联熵 与灰熵 关联度 x为离散数列 ， x 0 X为参考列 ， x i x( i =1 ， 2 ， 张晓旭 ， 仇玉良， 刘开平 ， 等水镁石纤维路面混凝土性能影响因素的灰关联熵分析 一 ，I I 1 ) 为 比较 列 ， R = X o ( k ) ， X ( k ) k = l ， 2 ， ， 一mf l 考 x o ( h ) ， x i ( h ) P n ， 则 ，h = ( h ) ， x ( h ) k = l 称为 分布 的密 度值 。 P hP i ( h =1 ， 2， ， n) ， x i 的灰关 联 熵表 示为 ： ( 尺 ) ： 一 l k = 1 A 序列 X 的灰熵 关 联度 为 ： E ( x 。 ) = H( R 。 ) H ， 其 中 H= 1 n 凡 ，代表 由 个 元 素 构成 的 差异 信息 列 的 最 大值 。 2水 镁 石纤维 路 面混凝 土 性能试 验 2 1 原材 料 水 泥 ： P O 4 2 5 R级普 通 硅酸盐 水 泥 。 粗 集 料 ：石灰 岩碎 石 ， 1 # ( 粒 径 1 9 2 6 5 n l I l 1 ) ， 5 0 、 2 # ( 粒 径 9 5 1 9 ram) ， 4 0 、 3 # ( 粒径 4 7 5 - 9 5 m m) ， 1 0 ， 混合 成 4 7 5 - 2 6 5 mm连续 级 配 。 细集 料 ： 中粗 河砂 ， 细度 模数 2 9 。 纤维 ： 7 2 0 X型水镁 石 纤维 。 b J H N ： T C A N型 高效 减 水剂 ， 固含 量 2 9 ， 质 量符 合 GB 8 0 7 6 2 0 0 8标 准要 求 。 2 2试 验结 果 混凝 土强 度等 级 为 C 4 0 ， 选用 不 同 的水灰 比 、 纤 维 长 径 比 、 纤 维 掺量 、 减 水 剂 掺 量 来 进 行 实 验 。在 J S M一 5 8 0 0型 扫描 电子显 微 镜 上统 计 分 析得 到 纤 维 的长 径 比 ， 水 镁 石纤 维 的 S E M 照 片见 图 1 。其 它试 验结果 见 表 1和表 2 。 图 1 水镁 石纤 维 混 凝 土 S E M 照 片【 o l 表 1 水 镁 石 纤维 粒 度 分 布 表 2试 验 结 果 汇 总 3灰关联 熵分 析 均 值 化无 量 纲 处理 及 各 影 响 因素 的灰 关 联 系 数 等值 见表 3 表 8及 图 2 图 3 。 由 图 2可见 ， 以 2 8 d抗 弯 拉 强 度 为参 考 序 列 的 灰 熵 关 联 度 排 序 为 ： E( X1 ， Y1 ) E( X 3 ， YI ) E( X 2 ， Y1 ) E( X 4， Y1 ) E( X 5 ， Y1 ) 。 由图 3可 见 ， 2 8 d压折 比为参 考 序 列 的灰 熵关 联 度 排序 为 ： E ( X1 ， Y 2 ) E ( X 3 ， Y 2 ) E( X 2 ， Y 2 ) E( X 4， Y 2 ) E ( X5 ， Y 2 ) 。根 据 一 4 5 2 0 1 1 年第 3期 混凝 土与水 泥制 品 总第 1 7 9期 表 3 均 值 化 无 量 纲 处理 表 4影响因素与 2 8 d抗弯拉强度 的灰关联系数 熵 关 联 度 准则 ， 比较 列 的熵 关联 度越 大 ， 则 比较 列 与参考 列 的关联 性越 强 ， 即各 因素对 水镁 石 纤 维混 凝 土 2 8 d抗 弯拉 强度 的影 响程 度从 大到小 依 次 为 ： 水灰 比 纤维掺 量 纤 维 长径 比 减纤 比 坍落度 。 各 因素对 水 镁 石 纤 维 混凝 土 2 8 d压 折 比 的影 响 程 度 从大 到小依 次 为 ：水灰 比 纤维掺 量 纤 维 长径 比 减纤 比 坍 落度 。由此 可见 ， 在 水镁石 纤维混凝 土 配 4 6 。 表 5 灰熵关联系数分布密度值 影响因素 图 2以 2 8 d抗弯拉强度为参考序列 的因素灰熵关联度 合 比设计时， 控制水灰 比对路面混凝土强度意义非 常 重 大 ； 同时 ， 纤 维 长径 比和 纤 维 掺量 的合 理 配 置 也是 混凝土 强度 的重要 保证 。 4结论 灰色关联 度分析可对一个系统发展 变化态势 提供量化度量 ， 以寻求 系统中各因素之间的数值关 系 ，这 是 一 种 简 单方 便 且 结 果 比较 准 确 的分 析 方 法 。 本文利用改进的灰关联熵分析法 ， 对水镁石纤 维路面混凝土的各个因素进行了分析和排序。分析 张晓旭 ， 仇玉 良， 刘开平 ， 等水镁石纤维路面混凝土性能影响因素的灰关联熵分析 表 7影 响 因 素 与 2 8 d压 折 比 的 灰 关 联 系 数 与排 序 的结 果 表 明 ， 水 灰 比是 对 水 镁 石纤 维 混 凝 土 性 能 影 响较 大 的 因素 。 除此 之外 ， 水 镁石 纤 维 的掺 量 、 长径 比及减水 剂 的用量 也 是重要 的参数 。 参考 文献 ： ( 1 】 关 博文， 刘开平， 陈拴 发水镁石纤维道 路混凝土 工程应 表 9灰 关 联 熵 和灰 熵 关 联 度 1 0 0 0 0 9 9 9 o9 9 8 ( ) 9 9 7 0 9 9 6 0 9 9 5 0 9 9 4 2 3 4 5 影 响 因 素 图 3 以 2 8 d压 折 比 为 参 考 序 列 的 因 素 灰 熵 关 联度 用对比分析 J 1 公路， 2 0 1 0 ( 3 ) ： l 6 8 1 7 1 【 2 】 刘开平 水镁 石纤雏 水 泥基复合材料的试验研究 J 混凝 土 与水 泥 制 品 ， 2 0 0 3 ( 3) ： 3 2 3 5 f 3 1 刘 开平， 关博文， 张晓旭 ， 等 水镁石纤维增强道路 混凝土 研究I J 】 筑路 机械与施 工机械化 ， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 5 6 6 0 4 】 关博文， 刘开平 ， 等 水镁石纤维 及其复合材 料研究【 J l _ 矿 业 快 报 ， 2 0 0 8， 2 4( 6) ： 2 3 3 3 6 5 】 邓 聚龙 灰 色系统理论教 程 M】 武汉： 华中理J 二 大学 出版 社 ， 1 9 9 0 【 6 】 田文玉， 唐伯 明，等 基 于灰 关联 熵法德高性能混凝土强 度影响 因素分析【 J J 混凝 土， 2 0 0 8 ( 1 1 ) ： 1 6 1 8 f 7 1王 瑞 燕 ， 田文 玉 ， 熊 出华 高 性 能 混 凝 土 配 合 比设 计 方 法 研 究 I J 1重 庆 交 通 大 学 学 报 ( 自然 科 学 版 ) ， 2 0 0 8， 2 7( 2 ) ： 2 6 0 26 2 f 8 】 蒋丽忠， 李春丹， 唐斌 ， 等 基 于灰色马尔科夫链 的桥梁荷 载随 即过程交通 量预测 J 】 公路 交通科技 ， 2 0 1 0 ， 7 ( 2 7 ) ： 1 2 8 一 l 31 9 陈富强， 陈富坚， 徐栋 良， 等 不同层位 沥青 混合料性 能影 响因素显著性分析f J j 公路交通科技， 2 0 1 0 ， 6 ( 2 7 ) ： 2 5 2 8 【 l 0 关博 文水镁 石纤维路 面混凝 土公路 工程应用 研究 浆 D 1 西安 ： 长安大学 ， 2 0 1 0 收 稿 日期 ： 2 01 1 一 O1 2 5 作 者 简 介 ： 张 晓 旭 ( 1 9 8 4 一) ， 女 ， 硕 士 、 助 理 工 程 师 。 通 讯 地 址 ： 陕 西 省 西 安 市 科 技 四路 2 0 5号 联 系 电话 ： 1 3 4 8 4 9 2 7 0 9 3 E mail ： s k y s u n n y 1 2 0 9 1 2 6 t o m 47