高强混凝土的配合比优化及智能分析.pdf

2 0 1 0年 第 7期 (总 第 2 4 9期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 0 ( T o t a l No ． 2 4 9 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 PRACTI CAL TECHN0LOGY d o i ： t 0 ． 3 9 6 9 8 ． i s s n ． 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ．2 0 1 0 ． 0 7 ． 0 4 3 高强混凝土的配合比优化及智能分析 刘 富玲 ( 河南城建学院 土木工程系，河南 平顶山 4 6 7 0 4 4 ) 摘要 ： 高强混凝土的力学性能受多种 因素 的影响 ，其合理的配合比的优化意义重大 。提 出采用智能分析方法支持 向量机理论对 2 8 d 抗压强度进行预测分析， 通过正向和逆向相结合的方式确定合理的配合比， 可以根据具体的工程需要的混凝土强度确定合理的配合比， 实 现了混凝土配合比优化的智能分析， 为高强混凝土的强度配合比提供了一种新的方法。 关键词： 高强混凝土；配合比优化；智能分析 中图分类号 ： T U5 2 8 ． 0 6 2 文献标 志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 7 — 0 1 2 9 — 0 3 I n t el l i g en c e an al y s i s a nd r a t i o op t i mi z ed o f hi g h s t r e ng t h c on c r e t e LⅡ， j 1 u - l i n g ( C i 1 e n g in e e r i n g ， He n a nU n i v e r s i t yo f Ur b a nC o n s t r u c t i o n ， P i n g d i n g s h a n4 6 7 0 4 4 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f h i g h — s t r e n g t h c o n c r e t e s u b j e c t t o a v a ri e t y o f f a c t o r s ， a r e a s o n a b l e p r o p o r t i o n o f i t s o p t i mi z a t i o n i s o f g r e a t s i g n i fi c a n c e ． I n t h i s p a p e r ， i n t e l l i ge n c e an a l y s i s o f the t h e o r y of s u p p o rt v e c t o r ma c h i n e s t o pr e d i c t 2 8 d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h an a l y s i s ， t h r o u g h a c o mbi n a t i o n o f f o r wa r d a n d r e ve r s e mo d e t O d e t e r mi n e a r e a s o n a b l e p r o p o rti o n， b a s e d o n t h e s p e c i fi c s t r e n g t h o fc o n c r e t e ne e d e d f o r t h e p r o j e c t t o d e t e rm i n e a r e a s o n a b l e p r o p o r t i o n ， a c h i e v e f b e o p t i ma l r a t i o o f c o n c r e t e i n t e l l i g e n c e ana l y s i s ， p r o v i d e s a n e w a p p r o a c h ． ／ t i s f e a s i b l e i n a n a l s i z i n g the s t r e n g t h r a t i o o f h i g h - s t r e n gth c o n c r e t e ． Ke y wor ds ： h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e； r a t i o o p t i mi z e ； i n t e l l i g e n c e a n a l y s i s 0 引 言 随着国民经济基本建设的飞速发展， 建设大跨度、 高层、 重 载和能够承受恶劣环境条件所需的混凝土结构物越来越多， 这 就要求混凝土不仅要具有良好的物理力学性能， 还要具有长期 的耐久性。 显然， 一般混凝土已不能满足这一时代的要求 。 我 国自2 0 世纪 9 0年代起， 具有高强度、 高耐久性 、 大流动性 、 超 高度泵送 、 自密实不振捣等高性能的混凝土得以快速发展。由 于高性能混凝土具有高强度 、 高耐久性、 大流动性 、 水灰比低 、 组分复杂等特点 ， 通常的混凝土配合比设计方法已不适用。但 迄今为止世界上还没有适合高性能混凝土配合比设计的统一 方法 ， 都是基于各自试验的基础上计算具体的配合比。目前确 定混凝土强度的方法一般是在基准混凝土配合比的基础上， 保 持水胶比或砂率不变， 然后不断调整胶料和骨料。这种方法不 仅耗费大量原材料， 而且也浪费大量的人力和时间。随着混凝 土系统的复杂性和动态性不断加强 ， 研究规模不断加大 ， 影响 因素逐渐增多， 如粉煤灰混凝土、 高性能混凝土等新型混凝土， 由于其影响因素更为复杂，甚至存在诸多因素的交互作用 ， 线 性函数已不再适用， 往往表现为特定的非线性规律 ， 尤其在探 索混凝土强度影响因素与强度值之间的因果规律时， 建立解析 数学模型是一件极其困难甚至难以实现的事。近年来， 随着计 算机和生命科学的进步， 智能方法得到了迅速发展， 在工程界 得到 了广泛应用。 所及的高性能混凝土配合比设计是指用常规的粉煤灰、 胶 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 0 2 - 2 1 凝材料、 等原材料 ， 确定合理的粉煤灰在胶凝材料中所占的比 例， 胶凝材料用量、 及胶水比。本文提出采用智能分析方法支持 向量机理论对 2 8 d抗压强度进行预测分析， 通过正向和逆向相 结合的方式确定合理的配合比， 可以根据具体的工程需要的混 凝土强度确定合理的配合比， 实现了混凝土配合比优化的智能 分析， 为高强混凝土的强度配合比提供了一种新的方法。 1 配合 比优化的相 关性分析 高强、 高性能混凝土配合比的设计 ， 若完全按“ 鲍罗米” 公 式计算 ， 已不能满足要求 ， 必须结合多年来积累的经验， 根据原 材料的性能进行调整、 计算、 试验来确定。具体可概括为以下步 骤 ： 挑选合适的原材料， 运用新拌混凝土性能的影响和施工经 济效益的得失， 通过合理的计算， 调整和试验验证 ， 最终确定混 凝土各种成分的最佳组合 ， 然后按高强度 、 高性能混凝土的特 性进行试配。高强、 高性能混凝土就已硬化来说， 主要是确定其 强度和耐久性， 而新拌混凝土主要是其工作性必须根据施工条 件、 运距 、 气温、 环境 、 浇捣方法等进行调试， 其最终结果必须满 足其设计强度和有利于施工。 为确定合理的粉煤灰在胶凝材料中所 占的比例， 胶凝材料 用量、 及胶水比， 分别分析各自对混凝土强度的影响。 共做了5 6 组 试验 ， 借鉴文献[ 6 ] 的研究成果 ， 通过多项式回归的方法分析各 自对混凝土强度的影响， 拟合函数见公式( 1 ) ～ ( 3 ) ， 拟合示意图 分别见图 1 - 3 。从图中可以看出对高强粉煤灰混凝土强度最重 要的影响因素为胶水比、 其次依次为胶凝材料用量， 粉煤灰在 1 29 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 胶凝材料中所占的比例。 y1 =-1 46 ． 7 x％ - 4 9． 38 5 x +66 ． 761 y 2 = 一 0 ． 0 0 0如 O ． 3 0 8 l z +1 0 9 ． 2 7 y 3 = 3 ． 4 2 4 4 2 2 + 3 f + 5 9 0 0 ． 1 0 ． 2 0 - 3 0 ． 4 0 ． 5 0 ． 6 粉煤灰所占的比例， ％ 图 1 粉煤灰在胶凝材料中所 占的比例对混凝土强度的影响 l 、 憩 胶凝材 料用 量 ／ ( k g ／ m ) 图 2 胶 凝材料用量对混凝土强度的影响 ( 1 ) ( 2 ) ( 3) 胶水 比 图 3 胶水 比对混凝土强度的影响 2 高强粉煤灰混凝土强度智能分析 提出采用智能分析方法支持向量机理论对 2 8 d抗压强度 进行预测分析㈣， 通过正向和逆向相结合的方式确定合理的配 合比， 可以根据具体的工程需要的混凝土强度确定合理的配合 比。 高强粉煤灰混凝土强度的分析计算中， 通过比较， 发现 S VM 模型中函数为 R B F核的计算精度最高， 故采用 R B F核作为核 函数 。 要确定其最优的配合比， 则是一个规划问题， 需满足I y lm ~ ---- 一1 4 6 ． 7 t 9 ． 3 8 5 X + 6 6 ． 7 6 1 ( 4) =一0 ． 0 0 0 4 Z 2 +0 ．3 0 8 l Z +1 0 9 ． 2 7 ( 5 ) 3 ． 4 2 4 4 ／ 2 +3 f + 5 9 ( 6 ) 且单位成本 P要取最小值： 面 = Ⅱ + 6 + c f ( 7 ) 式中： 口 广 一 — - 单位混凝土中所含粉煤灰的成本价； 6 ——单位混凝土中所含胶凝材料用量的成本价 ； c——单位混凝土中所含胶水比的成本价。 采用智能分析算法支持向量机与规划理论结合的方法进 行求解， 可以得到混凝土中所含粉煤灰 、 胶凝材料用量及胶水 比三者的比例为： O ． 2 0 5 1 6 4 ： 5 7 0 ． 5 6 3 6 ： 3 ． 3 6 6 6 0 5 。 】 3 O 另外将采用智能算法对其强度的预测结果列入表 1 ， 可见智 能算法预测精度高， 与实测结果吻合良好 ， 应用于高强混凝土 的强度预测是完全可行且可靠的。 表 1 智能预测 与实测结果对比 ∞ ∞ 加∞ 如 如 m 、 菩 f ∞ 舳 印 如 柏 如 加 m O B d苫、 暖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3结论 为确定合理的粉煤灰在胶凝材料中所占的比例 ， 胶凝材料 用量及胶水比， 分别分析各 自对混凝土强度的影响。 利用 5 5 组试 验， 通过多项式回归的方法分析各自对混凝土强度的影响， 分析 显示， 高强粉煤灰混凝土强度最重要的影响因素为胶水比、 其次 依次为胶凝材料用量， 粉煤灰在胶凝材料中所占的比例。 采用智能分析算法支持向量机 ， 结合规划问题求解， 得到 混凝土中所含粉煤灰 、 胶凝材料用量及胶水比三者的比例为： 0 ． 2 0 5 1 6 4 ： 5 7 0 ． 5 6 3 6 ： 3 ． 3 6 6 6 0 5 。 提出采用智能分析方法支持向量机理论对 2 8 d抗压强度 进行预测分析， 通过正向和逆向相结合的方式确定合理的配合 比， 可以根据具体的工程需要的混凝土强度确定合理的配合比， 实现了混凝土配合比优化的智能分析， 为高强混凝土的强度配 合比提供了一种新的方法。 参考文献 ： 【 1 ] 马保国， 何永佳， 吕林女． 高性能混凝土配合比设计[ J 】 ．武汉理工大学 学报， 2 0 0 2 ( 7 ) ： 1 4 — 1 7 ． [ 2 】王继宗， 梁晓颖， 梁宾桥， 等． 基于 M a t l a b 语言的高性能混凝土配合 比优化设计【 J 】 _ 工业建筑， 2 0 0 5 ( 1 ) ： 1 - 4 ． 上接第 1 2 8页 水、 干空 2 8 d的剩余( 干燥后) 限制膨胀率 ， 用下式求取补偿效 率 ： = ( s — s ) l 0 0 ％ 文化广场 、 师大新校区、 广安地下商业街主要使用 曲寨 P O 4 2 ．5级水泥，神威药业使用邢台金龙 P O 4 2 ． 5级水泥， 吉 【 3 ]3 赵胜利， 刘燕． 基于 R B F网络的预拌混凝土强度预测分析[ J ] ．计算机 工程 ， 2 0 0 5 ， 3 1 ( 1 8 ) ： 3 6 — 3 7 ． 【 4 】 S E U N G— C H AN G L ． P r e d i c t i o n o f c o n c r e t e s t r e n g t h u s i n g a r t i f i c i a l n e u r al n e t w o r k s [ J ] ．E n g i n e e r i n g S t r u c t u r e s ， 2 0 0 3 ( 2 5 ) ： 8 4 7 — 8 4 9 ． [ 5 】胡立黎 ， 郑宏． 基于遗传一 神经网络无黏结部分预应力高强混凝土梁 的延性[ J ] ． 江南大学学报： 自然科学版 ， 2 0 0 8 。 7 ( 4 ) ： 4 7 9 — 4 8 3 ． 『 6 ]胡明玉， 唐明述． 神经网络在高强粉煤灰混凝土强度预测及优化设 计中的应用[ J 】 _ 混凝土， 2 0 0 1 ( 1 ) ： 1 3 ～ 1 7 ． [ 7 】 李荣， 孟云芳， 韩永波． 高强混凝土强度的人工神经网络预测[ J 】 _宁夏 工程技术， 2 0 0 9 ， 8 ( 3 ) ： 2 5 6 — 2 5 9 【 8 】 马保国， 王信刚， 李相国， 等． 高性能混凝土配合比设计及其存在的 问题阴． 混凝土， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 1 2 — 1 5 ． [ 9 】9 覃维祖 ， 安明哲． 高流动性混凝土工作度评价方法研究【 J J ．混凝土与 水泥制品， 1 9 9 6 ( 3 ) ： 1 1 - 1 5 ． [ I O ] V A P N I K V， L A DI MI R N ． T h e n a t u r e o f s t a t i s t i c a l l e a rni n g t h e o r y 【 M] ． S p r i n g e r -Ve da g ， Ne w Yo r k， I n e， 2 0 0 0． 作者简介 ： 单位地址 ： 联 系电话 ： 刘富玲( 1 9 6 6 一 ) ， 女， 副教授， 硕士， 主要从事建筑材料方面 的研究。 北京市朝阳区石佛营东里 1 2 6 号字 2 - 4 O 1 ( 1 0 0 0 2 5 ) 0 1 0- 8 5 8 3 51 6 5 美大楼使用衡湖 P O 4 2 ． 5级水泥， 三种水泥的8 值接近， 依次 为一 2 ． 2 3 x 1 0 - 4 , - 2 ．4 0 x 1 0 及一 2 ． 1 5 x l O ~ o 显然 ， 只要补偿收缩混凝 土的s 干 > 一 l x l 0 ， C s 值就会达到 4 0 ％以上； = 0 ， 补偿效率则达 1 0 0 ％， 收缩得到完全补偿。 混凝土配合比试验的限制膨胀率测定值， 如表 5所示。 表 5 混凝土配合 比试验的限制膨胀率 l 0 3 ． 3凝 结时 间 无缝施工技术要求混凝土具有足够的凝结时间作保证。规 程解析提出常温施工时， 混凝土初凝时间> 1 2 h ； 环温 > 2 8℃时 及 C 5 0混凝土的初凝时间 > 1 6 h ， 施工方偏于模板周转和后续工 程进度考虑 ， 希望有所减短 ， 混凝土供应方需要因时、 因地 、 因 环境温度的变化而做出适当的调整。 3 ． 4 膨胀剂的选择与用量 应根据混凝土试配获得的限制膨胀率值与补偿效率结果 ， 确定选用的膨胀剂品种及用量是否合适。对于一般工程， 适用的 膨胀剂品种较宽； 对于大体积、 大面积、 地上结构、 高等级混凝土 及水养条件相对较困难时， 推荐使用硫铝酸钙与氧化钙双膨胀 源的膨胀剂。 如文化广场地下室周墙厚 4 5 0 ml n 、 总长近 6 0 0 n l ， 使用了完全补偿型的 F E AI O 0膨胀剂。在多数情况下 ， 选用了 合适的膨胀剂比单纯依靠增加膨胀剂用量的效果要更好一些。 广和普及无缝施工技术的依据 ， 利于不同工程的技术实施达到 规范化 。 ( 2 ) 技术方案应遵循规程的主要原则， 结合工程实际， 合理 解决工程的具体疑难问题 ， 采取切实有效的辅助性措施。 参考文献 ： 【 l 】 赵顺增， 游宝坤． 补偿收缩混凝土应用技术规程实施指南【 M ] ． 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 9 ． ( 2 】王铁梦． 工程结构裂缝控制[ J 】 ． 北京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 7 ． 【 3 】游宝坤， 李乃珍．膨胀剂及其补偿收缩混凝土f J 】 - ] E 京 ： 中国建材工业 出版社， 2 0 0 5 ． 【 4 】 李乃珍， 刘翠华， 谢敬坦， 等．D E A高膨胀低收缩混凝土膨胀~ lJ E J ] ． 建 筑砌块与砌块建筑 ， 2 0 0 8 ： 2 2 — 2 6 ． 4 结束语 ， ( 1 ) J GJ ／ T 1 7 8 —2 o 0 9补偿收缩混凝土应用技术规程， 是推 联系电话：0 3 1 1 - 8 5 3 0 5 1 8 6 1 31 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m