1、基于灰色关联理论的聚羧酸类高效减水剂制备摘要：为获得高性能聚羧酸类减水剂，本文通过合理选择原材料，采用正交试验方法制备聚羧酸减水剂。在此基础上，运用灰色关联理论对各因素对于减水剂性能影响的主次因素进行了分析，从而合理选择原材料配比。结果表明：采用灰色关联理论可以很好的判断各个因素的主次关系，在聚羧酸类高效减水剂的制备中取得了良好的效果。 关键词：聚羧酸类高效减水剂；正交表格；灰色关联理论；主次关系 Synthesis ofpolycarboxylate superplasticizerbased on Gray-relation Theory Zhang Hong-wu (General Hi
2、ghway Administration of Wuwei City, Gansu Province, Wuwei 733000, China) Abstract: In order to synthesize Polycarboxylate Superplasticizer,first,the raw materialswere selected.Second, the orthogonal table was used laboratory experiments. On this basis the paper analyzed the primary and secondary rel
3、ationship by used the Gray-relation Theory. Theratio of raw materialswas chosen.The resultsshow thatthe relationship between primary and secondaryfactorscan bejudged wellby the greytheory. Good results can be achieved by the Gray-relation Theory in the development of polycarboxylate superplasticizer
4、. Keywords:Polycarboxylate Superplasticizer;orthogonaltable;gray theory;the relationship between primary and secondary 中图分类号：TU528.042.2 文献标识码： A 一 引言 相比其他减水剂，聚羧酸减水剂具有掺量低、减水率高、保坍性能好、环境友好型等优点，可用来制备高性能混凝土。但是，目前我国具有完全自主知识产权的聚羧酸系高性能减水剂产品数量和产量均尚小。国产聚羧酸系高性能减水剂占有的市场份额相比于国外产品有较大差距，因此对于聚羧酸类高效减水剂的研制是非常必要的。 在聚
5、羧酸减水剂的室内试验制备中，通常采用正交试验方法进行各个参量的优选，其基本原理是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。但由于其存在因素的交互作用，因此对于各个因素对于减水剂效果影响的主次因素判断并不准确。为弥补上述问题，本文采用灰色关联理论进行了聚羧酸类高效减水剂的研制。 灰色系统理论是中国邓聚龙教授于 1979 年提出来的，研究对象是部分信息已知，部分信息未知的小样本，贫信息不确定性系统。它通过对部分已知信息的生成、开发去了解、认识现实世界，实现对系统运行行为和演化规律的正确把握和描述
6、。是系统思维和系统思想在方法论上的具体体现；是科学方法论上的重大进展，具有原创性的科学意义和深远的学术影响，是对系统科学的新贡献。 二 试验方案 在本文的试验中，选取聚氧乙烯基烯丙酯(PA)（自制） 、甲基丙烯磺酸钠(MAS)（分析纯） 、AA（分析纯） 、甲基丙烯酸甲酯(MMA)（分析纯）作为制备聚羧酸类高效减水剂的主要原材料，通过设计正交试验，以水泥净浆初始流动度为控制指标，选取最优试验方案。每个因素设有三个水平，如表 1 所示。 表 1 因素水平选择结果 PA 0.5 1.5 1 MAS 0.5 1.5 1 AA 1 3 5 MMA 0.5 1 2 根据因素及水平的选择，进行了正交表格的
7、选取。 表 2 正交表格 编号 A B C D 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 3 1 3 3 3 4 2 1 2 3 5 2 2 3 1 6 2 3 1 2 7 3 1 3 2 8 3 2 1 3 9 3 3 2 1 采用灰色关联理论对正交试验结果进行灰色关联度分析，找出因素的主次，并与正交试验进行对比分析，从而验证灰色关联理论在因素主次分析的准确性。 三 试验结果分析 本试验严格按照规范进行了水泥净浆流动度的试验，结果试验如下；表 3 正交表实验结果 编号 摩尔比数 MAS(A) AA(B) PA(C) MMA(D) 水泥净浆初始流动度/mm 1 0.5 1 0.5 0.5 180
8、 2 0.5 3 1 1 190 3 0.5 5 1.5 2 135 4 1 1 1 2 220 5 1 3 1.5 0.5 285 6 1 5 0.5 1 230 7 1.5 1 1.5 1 280 8 1.5 3 0.5 2 250 9 1.5 5 1 0.5 235 K1 168 227 220 233 K2 245 242 215 233 K3 255 200 233 201 R 87 42 18 32 注：数据来自文献(1) 由以上数据可知 MAS 对聚羧酸类高效减水剂的初始净浆流动度影响最大，其次依次为 AA、MMA、PA。因为其余水泥净浆初始净浆流动度成正比例相关，因此其可取为
9、MAS：AA：MMA：PA=1.5：5：2：1.5 或MAS：AA：MMA：PA=1.5：5：2：1。 三 灰色关联理论分析 1 灰色关联分析的计算步骤 灰色关联理论是由著名学者邓聚龙教授首创的一种系统科学理论(GreyTheory)，其中的灰色关联分析是根据各因素变化曲线几何形状的相似程度，来判断因素之间关联程度的方法。 灰色关联分析方法要求样本容量可以少到 4 个，对数据无规律同样适用，不会出现量化结果与定性分析结果不符的情况。其基本思想是将评价指标原始观测数进行无量纲化处理，计算关联系数、关联度以及根据关联度的大小对待评指标进行排序。 灰色关联分析的具体计算步骤如下： 第一步：确定分析数
10、列。 确定反映系统行为特征的参考数列和影响系统行为的比较数列。反映系统行为特征的数据序列，称为参考数列。影响系统行为的因素组成的数据序列，称比较数列。 第二步，变量的无量纲化 由于系统中各因素列中的数据可能因量纲不同，不便于比较或在比较时难以得到正确的结论。因此在进行灰色关联度分析时，一般都要进行数据的无量纲化处理。 第三步，计算关联系数 经数据变换的母数列记为，字数列记为，则在时刻时母序列与子序列的关联系数可由下式计算： （1） 式中，表示时刻两比较序列的绝对差，即；和分别表示所有比较序列各个时刻绝对差中的最大值与最小值。因此比较序列相交，故一般取=0；称为分辨系数， ，一般情况下可取 0.
11、1-0.5。 第四步，计算关联度 因为关联系数是比较数列与参考数列在各个时刻（即曲线中的各点）的关联程度值，所以它的数不止一个，而信息过于分散不便于进行整体性比较。因此有必要将各个时刻（即曲线中的各点）的关联系数集中为一个值，即求其平均值，作为比较数列与参考数列间关联程度的数量表示，关联度计算公式如下： （2） 第五步，排序 将子序列对同一母序列的关联度按大小顺序排列起来，组成关联序列。关联序列直接反映了各个子序列对同一母序列的“优劣”或“主次”关系。 2 灰色理论关联度分析 （1）参考序列和比较序列的选择： 以 PA、MAS、AA、MMA 构成比较序列，而水泥净浆流动度构成参考序列。 （2）
12、数据的标准化处理 对数据进行标准化处理，使其转换为可比较的数据序列。 表 4 数据的标准化处理 -1.1547 -1.1547 -1.1547 -1.0079 -0.8847 -1.1547 0 0 -0.252 -0.6779 -1.1547 1.1547 1.1547 1.2599 -1.8153 0 -1.1547 0 1.2599 -0.0574 0 0 1.1547 -1.0079 1.2868 0 1.1547 -1.1547 -0.252 0.1494 1.1547 -1.1547 1.1547 -0.252 1.1834 1.1547 0 -1.1547 1.2599 0.56
13、3 1.1547 1.1547 0 -1.0079 0.2528 外部因素与抗压强度关联分析中，分辨系数为 0.1，最小差值min=0.02868，最大差值 max=3.07516。 （3）计算关联度 通过式（2）计算可得与抗压强度之间的关联度分别为：， ， ， 。 通过灰色理论分析可知，在几个原材料之中，MAS 对初始净浆流动度的影响最为显著，PA、MMA 次之，最后是 AA。因此其可取为 MAS：PA ：MMA：AA =1.5：1.5：2：5 或 MAS：PA ：MMA：AA =1.5：1.5：2：1。 四 结论 （1）由 PA、MAS、AA、MMA 主要原料可制得聚羧酸类高效减水剂； （
14、2）按照正交实验进行实验设计，利用灰色关联度分析更有利于分析实验的影响因素的主次关系，不考虑因素间交互作用的影响，找到影响实验操作的主要因素和次要因素，便于更好的控制实验条件，以达到最优化处理，提高产率。 （3）灰关联分析法用于聚羧酸类高效减水剂获得较好的结果，这说明对于数据离散性很大、相关因素很多的研究对象，灰关联分析法是一种较为理想的数学分析法。 参考文献 1 逄鲁峰,等. 一种聚羧酸类高效减水剂的研制. 混凝土与水泥制品,2004(4)。 2 邓聚龙. 灰理论基础M. 长沙：华中科技大学出版社，2002. 3 李崇智,等. 高性能减水剂的研究现状与展望.混凝土与水泥制品, 2001(2) 4 钱晓琳, 赵石林. 混凝土高效减水剂的性能与作用机理.南京工业大学学报(自然科学版). 2002, 24(2) 5 李云雁.试验设计与数据处理M.北京：化学工业出版社，2008.15-18.
