AHP在墙体保温用聚合物改性砂浆研制中的应用

　　摘要:研制了一种新型墙体保温用聚合物改性砂浆，并采用层次分析(Analytic Hierarchy Process，AHP)法解决了墙体保温用聚合物改性砂浆研制中采用正交试验难以对多评价指标进行综合评定的问题。通过正交试验与AHP相结合对试验进行设计及结果分析，得到了理想的配方，并成功应用于天津文鑫小区的样板工程中。 

　　关键词:墙体保温；聚合物改性砂浆 层次分析；正交试验 
　　 
　　外墙外保温相对于外墙内保温具有诸多优点，但这同时也为外保温层的材料、结构设计、施工工艺等提出了更高层次的要求，如其必须耐冻融、耐曝晒、抗风化、抗降解、耐老化；必须导热系数低，热稳定性能好；必须憎水性好，透气性强，能有效避免水蒸气迁移过程中出现墙体内部的结露现象等性能。在采用传统的外墙粘结苯板以及近年来逐步发展起来的聚苯颗粒保温浆料的外墙外保温体系中，关键点在于如何处理好发泡聚苯乙烯有机物质与混凝土、砖等无机材料之间的界面问题。只有将二者之间的界面问题处理好，才能够充分发挥外墙外保温的优势。本文采用AHP法综合考虑各种指标得到了理想的聚合物改性砂浆配方，并成功应用于天津文鑫小区样板工程中。 
　　 
　　一、PMM原材料的选择与配比设计 
　　 
　　（一）基料的选择 

　　聚苯乙烯的临界表面张力γc＝33mn/m，很显然，聚苯乙烯属低能表面，而水泥砂浆、砖、砌块、混凝土等属于高能表面，一般而言，高能表面临界表面张力γc>粘合剂的γLV，从而可选胶粘剂的限制较少。由以上所述可知，所选取的胶粘剂γLV应尽量靠近或小于聚苯乙烯的γC。另外还须加入一定的增塑剂以及增稠剂。 

　　（二）原材料及配比 

　　水泥采用P·O 42.5水泥，砂的粒径为0.16～0.63mm。考虑到砂浆的体积稳定性，采用粉煤灰(Ⅱ级)，取代量为20%。干粉型PMM改性组分为：RDP乳胶粉、BJM醚、MF纤维素、SPF及海川路威纤维（6mm），采用采用正交表设计试验，见表1。 

　　二、试验结果分析 
　　 
　　试验中对PMM共进行了吸水率、压折比、抗裂性、透水性、剪切强度、粘结强度(粘苯板与不粘苯板的常态、耐水、耐温、冻融)13种性能指标的测试。 

　　对于本试验考核13个性能指标的EIFS用PMM，必须综合考虑材料的各方面的性能，同时必须突出主次矛盾，才能够给出合理的、正确的结论。这是很难通过正交试验分析方法来实现的。为此，我们必须对各种配比的多种性能进行综合评判，这种综合评判的过程可分为3步：(1) 确定出所考核指标相对于综合性能指标的权重；(2)将各考核指标的试验结果规范化；(3)运用所求得的权重对规范化的试验结果进行处理，得到综合性能指标；[4]再利用正交试验的方法对试验结果进行分析。这种方法突出主要矛盾，同时能够对许多类试验结果进行规范化，更加准确的找到合理的配比。必须指出：以上所讲的综合评判方法，本质是一建模过程，这种模型对多指标正交设计的数据分析是一种完善。 

　　（一）综合性能指标的处理 

　　综合性能常用的综合评价函数总与权向量相关，层次分析法(Analytic Hierarchy Process常记为AHP)[1～4]是确定权向量行之有效的方法。层次分析法是20世纪70年代由美国运筹学教授T.L.Saaty提出的。Saaty采用列表的方法将因素的重要性量化(称之为比率标度)，本试验共考虑的因素有：剪切强度、粘苯板的常态、耐水、耐温、冻融强度、粘砂浆的常态、耐水、耐温、冻融强度、吸水率、透水性、压折比、抗裂性，根据Saaty的评价表格可以得到判断矩阵。判断矩阵中的对比次序(按行)依次为粘苯板常态抗拉强度、粘苯板耐水抗拉强度、粘苯板耐温抗拉强度、粘苯板冻融抗拉强度、不粘苯板常态抗拉强度、不粘苯板耐水抗拉强度、不粘苯板耐温抗拉强度、不粘苯板冻融抗拉强度、与砂浆件粘结的剪切强度、吸水率、透水性、压折比、抗裂性。 

　　对于给定的判断矩阵A＝，可令 
　　(1) 
　　并以作为权向量。由()，可取 
　　(2) 

　　从而得到权重。通过对实验结果的规范化，可以得到综合性能指标。 

　　（二）综合性能指标的正交试验分析 

　　将T作为对13个指标综合评价后的指标，利用正交实验分析该结果，即可得到理想配比，分析结果见表2。 

　　从表中18次试验结果看第8号试验的综合性能指标最高，相应的水平组(A3=5%,B2=0.4%,C3=0.6%,D2=0.06%,E1=0.05%,F3=40,G1=55)是当前最好的配比，但它不一定就是最佳配比。 

　　根据表中的极差大小，可以判断外墙外保温用PMM的综合性能影响因素的主次顺序是：A→B→D→F→C→G→E，即：可再分散乳胶粉 BJM醚 SPF纤维 水泥 MF纤维素 砂 海川路威纤维。可再分散乳胶粉掺量越高，PMM的综合性能越好，在本试验中以5%为最好；BJM醚掺量为0.4%时，PMM的综合性能最好；SPF纤维掺量为0.06%时，PMM的综合性能最好；P.O42.5水泥用量为35时，PMM的综合性能最好；MF纤维素、海川路威纤维以及砂作为影响PMM性能的次要因素，也体现出一定的规律性，即随着掺量的提高，PMM的综合性能越来越好。随着砂子体积分数的增加,聚合物改性砂浆中的聚合物倾向于向砂子表面转移，能够起到改善细集料界面过渡区结构的作用。其中MF纤维素在掺量由0.4%增至0.5%时，对PCM的综合性能影响不大。 
　　 
　　三、结论 
　　 
　　采用安排7组分3水平的PMM性能测试试验，应用AHP法弥补了正交试验评价多指标的不足。综合而言，当可再分散乳胶粉掺量为5％、BJM醚掺量为0.4％、SPF纤维掺量为0.06％、水泥用量为35、MF纤维素为0.6％、砂用量为65、海川路威纤维掺量为0.2％时，PMM的综合性能最好，即理想配比为。 
　　 
　　参考文献 

　　[1]T. L. Satty. The Analytic Hierarchy Process, McGrawHill, lnc, 1980 

　　[2]刘思峰,郭无榜. 灰色系统理论及应用. 河南大学出版社, 1991 

　　[3]常大勇,张丽丽. 经济管理中的模糊数学方法. 北京经济学院出版社, 1995:146 

　　[4]王宝民,王立久. 基于模糊层次分析法的混凝土生命过程与环境共融性评价. 混凝土