代林，陳文婧，李建華

（1.新疆石河子職業(yè)技術學院 水利建筑工程分院，新疆 石河子 832000；2.浙江農林大學 暨陽學院，浙江 紹興 311800）

0 引言

隨著我國城市化進程的加快，舊建筑拆除產生的廢棄混凝土成為城市治理中一個亟待解決問題，而利用廢棄混凝土制備再生混凝土磚來替代黏土磚成為了一個解決思路。國內外部分學者對再生混凝土磚砌筑墻體的力學性能[1-4]和熱工性能[5-7]進行了研究。但是選擇圍護墻體型式時，在充分考慮力學性能和保溫隔熱性能的情況下，還應對其造價及環(huán)境性進行綜合考慮，才能滿足安全、環(huán)保、節(jié)能及可持續(xù)發(fā)展的社會需求。然而迄今為止，對建筑圍護墻體的力學性能、保溫性能、造價及環(huán)境性等綜合性能進行系統(tǒng)分析和評價的研究報道不多。為此，本文對分別由再生混凝土磚、黏土磚、蒸壓加氣混凝土砌塊、EPS保溫板和水泥砂漿等組砌而成的6種型式墻體的受壓力學性能、傳熱性能、造價和環(huán)境性進行綜合分析，通過綜合評價分析來確定幾種墻體類型的優(yōu)劣，以期為再生混凝土磚的推廣應用提供理論參考。

綜合評價指標體系具有多因素、多層次的特點，目前解決該問題的主要方法有層次分析法（AHP）[8-9]、模糊綜合評價法和灰色關聯(lián)分析法等，各方法的特點和適用范圍均不相同。AHP法是將與決策有關的各元素進行分解，形成目標層、準則層和方案層等層次，在各元素分解并形成層次的基礎之上進行定性和定量分析的決策方法。層次分析法具有系統(tǒng)性、簡潔實用和所需定量信息少等優(yōu)點。根據本文研究關注的重點，采用層次分析法，通過行業(yè)咨詢和專家評分，將定性與定量分析結合起來，從力學性能、保溫性能、經濟造價及環(huán)境性4個方面對6種型式建筑墻體進行評價與優(yōu)選。

層次分析法（AHP）是美國運籌學家匹茨堡大學教授薩蒂[10]于20世紀70年代初提出的一種層次權重決策分析方法，該方法是將與決策有關的各元素進行分解，形成目標層、準則層和方案層等層次，在各元素分解并形成層次的基礎之上進行定性和定量分析的決策方法。按AHP法將決策問題所涉及到的各因素進行分類，可分為目標類、準則類、對象或措施類。按照各類因素或屬性的隸屬關系，把他們由高到低排成若干層次，建立多層次的評價體系，一般劃分為3個層次，第1層為目標層；第2層為準則層，準則層又可以分為多層；第3層為對象層。其解決問題的思路為：首先分析出問題各影響因素，然后將影響因素進行層次劃分并構建出判斷矩陣，計算出各層次內的各影響因素的比重，并進一步計算出各影響因素對于總目標的權重，從而得出科學、合理的判斷。

1 復合保溫墻體的綜合評價

1.1 建立層次結構模型

依據層次分析法的模型構建原理與指標選取原則，構建出建筑圍護墻體綜合性能評價的層次分析模型（見圖1）。模型為3層結構：目標層（A）只有一個元素，是決策問題的預定目標或者理想結果，為評價的最高層；準則層（B）是所有與目標相關的中間環(huán)節(jié)，主要考慮的是圍護墻體的受力性能（B1）和保溫性能（B2），造價（B3）和環(huán)境性（B4）；方案層（C）為實現(xiàn)目標可供選擇的各種方案、決策或措施，這里引申為各種型式的圍護墻體。

圖1 層次結構模型

圖1中CBM（C1）為黏土磚墻體，RBM（C2）為再生混凝土磚墻體，CFCM（C3）為黏土磚-蒸壓加氣混凝土砌塊復合保溫墻體，RFRM（C4）為再生混凝土磚-蒸壓加氣混凝土砌塊復合保溫墻體，RERM（C5）為再生混凝土磚-EPS保溫板墻體，REM（C6）為再生混凝土磚單側復合EPS保溫板墻體，各墻體構造型式如圖2所示。

圖2 各墻體構造型式

其中，黏土磚與再生混凝土磚的尺寸均為240 mm×115 mm×53 mm，根據GB/T 2542—2003《砌墻磚試驗方法》進行黏土磚、再生混凝土磚的試件設計和抗壓強度試驗，實測的黏土磚抗壓強度為11.05MPa，再生混凝土磚抗壓強度14.85MPa。蒸壓加氣混凝土砌塊質量符合GB11968—2006《蒸壓加氣混凝士砌塊標準》要求，試驗按照GB/T 11969—2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗方法》進行，實測的抗壓強度為2.35 MPa。砌筑砂漿按設計強度為M7.5進行配比及制作，實測立方體抗壓強度為8.37 MPa。EPS保溫板厚度為60mm，抗壓強度0.3MPa。

各試件寬度均為370mm，砌體高度為720mm，為避免上、下端局部被壓破壞，在上、下端部設混凝土鋼絲網片層，下端厚度為30mm，上端厚度為30 mm，試件總高度共為780 mm。厚度根據構造型式不同而不同：（1）試件CBM為240 mm厚黏土磚墻體；（2）試件RBM為240 mm厚再生混凝土磚墻體；（3）試件CFCM為兩側115 mm厚的黏土磚中間夾砌120 mm厚的蒸壓加氣混凝土砌塊墻體，黏土磚墻與蒸壓加氣混凝土砌塊間用10 mm厚的水泥砂漿粘結，沿高度方向每隔240 mm設一道Z形拉結筋；（4）試件RFRM做法同試件CFCM，僅是黏土磚用再生混凝土磚替換；（5）試件RERM為兩側115 mm厚的再生混凝土磚墻中間夾60 mm厚的EPS保溫板，再生混凝土磚墻與EPS保溫板間用水泥砂漿粘結，沿高度方向每隔240 mm設一道Z形拉結筋；（6）試件REM為240 mm厚再生混凝土磚墻外側貼60 mm厚的EPS保溫板，再復合20 mm厚水泥砂漿鋼絲網片保護面層，保護面層鋼絲網片、EPS保溫板與再生混凝土磚墻用塑料膨脹螺栓連接。

準則層（B）中各個屬性的具體內容及含義確定如下：

（1）受力性能（B1）：砌體墻體作為承擔房屋豎向荷載的重要構件，其抗壓性能關系到結構是否能安全使用，是房屋保溫性能、耐久性能和環(huán)境性的基礎。因此抗壓性能作為綜合評價的一個重要因素。

（2）保溫性能（B2）：墻體的保溫性能影響著居住房屋內部的舒適度，以及房屋后期使用的能耗。隨著人民生活水平的提高和節(jié)約能源的要求，房屋的保溫性能被重視并且考慮到設計中。因此把墻體的保溫性能也作為一個綜合評價的因素。

（3）造價（B3）：研發(fā)的墻體類型是否能得到大范圍推廣應用和其造價息息相關，各地區(qū)自然資源、民俗文化與經濟發(fā)展水平不均，因此造價也決定著墻體類型的推廣應用。

（4）環(huán)境性（B4）：墻體材料生產對環(huán)境會造成影響，在生產過程中會產生廢氣污染物、廢水、粉塵與噪聲等。黏土磚等生產不僅會產生上述污染，而且會破壞耕地，消耗能源。再生混凝土磚和蒸壓加氣混凝土砌塊的制作充分利用了廢棄資源，并且生產工藝降低了能源的消耗和對環(huán)境的污染。隨著社會的發(fā)展，環(huán)境影響作為一個因素引入評價體系中。

1.2 建立層次結構模型

咨詢建筑技術領域的部分專家意見，專家組成員包括教授6人、副教授7人、講師及助教5人、工程師及其他5人，共計23人。嚴格依據層次分析法的相關標準與分析步驟，采用美國運籌學家薩蒂[10]提出的1～9標度（見表1）對每一層次的指標進行兩兩比較評分。通過征求專家意見，確定出各指標間兩兩比較的評分依據，得出判斷建筑墻體最優(yōu)方案的A-B判斷矩陣，見表2。

表1 薩蒂九級標度法及含義

表2 B1～B4相對于A的判斷矩陣

判斷矩陣A為：

根據判斷矩陣A計算出受力性能（B1）、保溫性能（B2）、造價（B3）和環(huán)境性（B4）相對于A的重要性權值。

進行歸一化處理，結果如下：

w2=0.20；w3=0.20；w4=0.08。計算最大特征值λmax如下：

判斷矩陣的一致性檢驗：

基于前期試驗測試結果進行定量分析，依據九級標度方法，建立各墻體試件方案 CBM（C1）、RBM（C2）、CFCM（C3）、RFRM（C4）、RERM（C5）、REM（C6）相對受力性能（B1）的判斷矩陣、權重計算結果、最大特征值及一致性檢驗結果如表3所示。

依據前期試驗測試結果進行定量分析，依據九級標度方法，建立各墻體試件方案 CBM（C1）、RBM（C2）、CFCM（C3）、RFRM（C4）、RERM（C5）、REM（C6）相對于保溫性能（B2）的判斷矩陣，并進行權重計算、最大特征值及一致性檢驗，結果如表4所示。

依據前期試驗制作時購買材料價格，進行定量分析，依據九級標度方法，建立各墻體試件方案 CBM（C1）、RBM（C2）、CFCM（C3）、RFRM（C4）、RERM（C5）、REM（C6）相對于造價（B3）的判斷矩陣，并進行權重計算、最大特征值及一致性檢驗，結果如表5所示。

通過對應用材料的循環(huán)利用考慮，通過專家評價后進行的定性分析，建立各墻體試件方案 CBM（C1）、RBM（C2）、CFCM（C3）、RFRM（C4）、RERM（C5）、REM（C6）相對于環(huán)境性（B4）的判斷矩陣，并進行權重計算、最大特征值及一致性檢驗，結果如表6所示。

表3 C1～C6相對于B1的判斷矩陣及權重計算

表4 C1～C6相對于B2的判斷矩陣及權重計算

表5 C1～C6相對于B3的判斷矩陣及權重計算

表6 C1～C6相對于B4的判斷矩陣及權重計算

λmax=6.14；CI=0.03；CR=0.02<0.1

1.3 層次總排序

由單排序的關系可得出各墻體試件方案CBM（C1）、RBM（C2）、CFCM（C3）、RFRM（C4）、RERM（C5）、REM（C6）相對于最優(yōu)方案（A）的重要性，并得出總排序向量為：

2 結果分析

文中對6種墻體從受力性能、保溫性能、經濟造價和環(huán)境性4個因素進行研究，結合前期試驗研究的結果進行定量及定性分析，依據九級標度方法，建立出判斷矩陣、進行權重計算、計算最大特征值及進行一致性檢驗，最終選出最優(yōu)方案。通過綜合分析評判得出受力性能、保溫性能、造價和環(huán)境性相對于建筑圍護墻體的權重值分別為0.52、0.20、0.20和0.08；各墻體試件方案 CBM（C1）、RBM（C2）、CFCM（C3）、RFRM（C4）、RERM（C5）、REM（C6）相對于受力性能（B1）的權重值如圖3所示。

圖3 各方案相對于受力性能權重值

由圖3可看出RFRM（C4）所占權重最大，其余依次是REM（C6）、RERM（C5）和 CFCM（C3）、RBM（C2）及 CBM（C1），且 RFRM（C4）是CBM（C1）的 7倍。

相對于保溫性能（B2）的權重值如圖4所示。

圖4 各方案相對于保溫性能權重值

由圖4可以看出，RERM（C5）最大，其后依次為 REM（C6）、RFRM（C4）、RBM（C2）、CBM（C1）及 CFCM（C3）。

相對于造價（B3）的權重值如圖5所示。

圖5 各方案相對于造價權重值

由圖5可見，CBM（C1）的權重值最大，其后依次為CFCM（C3）、RBM（C2）、RFRM（C4）、RERM（C5）及 REM（C6）。

相對于環(huán)境性（B4）的權重值如圖6所示。

圖6 各方案相對于環(huán)境性權重值

由圖 6可見，RFRM（C4）最大，其后依次為 CFCM（C3）、REM（C6）、RERM（C5）、RBM（C2）及 CBM（C1）。

進一步對墻體方案的綜合性能進行排序，確定出最優(yōu)方案為再生混凝土磚-粉煤灰砌塊復合保溫墻體（RFRM），然后依次為再生混凝土磚外側復合EPS保溫板墻體（REM）、再生混凝土磚-EPS保溫板墻體（RERM）、黏土磚-蒸壓加氣混凝土砌塊復合保溫墻體（CFCM）、再生混凝土磚墻體（RBM）、黏土磚墻體（CBM）。通過對6種型式墻體方案綜合性能的分析及評價，可為再生混凝土磚墻體的進一步研究及應用推廣提供理論依據。

3 結 論

（1）依據AHP法構建出起建筑圍護墻體的層次分析模型，通過定性及定量分析，采用1～9標度法，得出各層級間的判斷矩陣，為相似問題的分析提供了理論參考。

（2）通過采用AHP法對6種墻體進行綜合性能排序，最終確定出最優(yōu)方案為再生混凝土磚-粉煤灰砌塊復合保溫墻體（RFRM），然后依次為再生混凝土磚外側復合EPS保溫板墻體（REM）、再生混凝土磚-EPS保溫板墻體（RERM）、黏土磚-粉煤灰砌塊復合保溫墻體（CFCM）、再生混凝土磚墻體（RBM）、黏土磚墻體（CBM）。

（3）墻體綜合性能分析及評價結果為再生混凝土磚復合墻體的進一步研究及應用推廣提供了理論依據。