高强高性能混凝土配合比优化设计

发布时间：2017-05-22 21:16

  本文关键词：高强高性能混凝土配合比优化设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高强高性能混凝土作为一种新型的优质建筑材料，因其具有强度高、耐久、变形小等优点，已被广泛应用于现代工程结构中。因为高强高性能混凝土是一种多相复合材料，其性能在很大程度上是由原材料的性质及其相对含量决定的，所以对混凝土的配合比进行设计是获得其优良性能的关键，高强高性能混凝土对性能的要求相对复杂，经典的设计方法已很难达到要求，如何对高强高性能混凝土配合比进行优化设计是现今社会亟待解决的问题。 本文主要研究适用于强度等级从C60～C100的高强高性能混凝土配合比的优化设计。利用正交实验法对高强高性能混凝土试验方案进行了设计。结合当前国内外混凝土配合比设计的现状，对高强高性能混凝土原材料组分及其性能进行研究分析，为配合比优化设计提供理论基础；总结本课题组和赵力国等人的高强高性能混凝土配合比试验数据，利用统计软件对试验数据进行偏相关分析，得到各组分与28天抗压强度、坍落度之间的相关程度，在此基础上，结合试验数据分析结果和考虑耐久性的要求，可以得出水胶比、砂率、聚羧酸系高效减水剂、粉煤灰、硅灰用量的最佳取值范围，并将此作为优化问题的约束条件；由于原材料用量与混凝土性能之间存在复杂的非线性关系，所以在高强高性能混凝土性能和原材料用量之间建立多元非线性模型，根据泰勒（Taylor）级数公式，利用多项式予以逼近；本文所采用的配合比试验数据有限，为了提高拟合精度，所以将模型中的变量由原先的七个（水泥、砂子、石子、水、聚羧酸系高效减水剂、硅灰和粉煤灰)减少为五个（水胶比、砂率、聚羧酸系高效减水剂、硅灰和粉煤灰）；利用数据统计软件对47组试验数据进行回归拟合分析，得到高强高性能混凝土28天抗压强度以及坍落度预测方程，并将预测结果与试验结果进行对比，发现预测方程的拟合精度满足要求。 基于强度、和易性及经济性对高强高性能混凝土配合比进行优化设计。以强度、坍落度预测方程以及造价方程为目标函数，利用序列二次规划法，基于MATLAB优化工具箱，对配合比优化问题进行编程求解；优化结果与试验结果对比发现，本文的优化思路不仅能够实现高强高性能混凝土性能的优化，还能够实现混凝土造价的最低化；考虑高强高性能混凝土的耐久性，分析引起混凝土耐久性问题的根源，从高强高性能混凝土的材料组分上进行进行优选，利用高强高性能混凝土的抗渗性能来体现耐久性，通过五组高强高性能混凝土的抗渗等级试验，分析水灰比、硅灰和粉煤灰三种因素对高强高性能混凝土抗渗性能的影响。 本文的研究成果将为混凝土结构构件、混凝土结构、甚至是整片混凝土建筑的优化提供高强高性能混凝土材料方面的优化依据；同时直接为广大工程技术人员提供了混凝土的最优配合比，使技术人员在混凝土的材料选择上更具有借鉴性。本文的优化结果可直接应用到高强高性能混凝土结构中，能为创造更优工程提供最基本的最优材料。
【关键词】：高强高性能混凝土 配合比 优化设计 序列二次规划法 非线性规划 预测方程
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 混凝土的进化概述10-11
• 1.2 国内外混凝土配合比发展过程11-12
• 1.3 混凝土配合比设计方法研究进展12-14
• 1.3.1 传统的普通混凝土配合比设计方法12-13
• 1.3.2 高性能混凝土（HPC）配合比设计方法13-14
• 1.4 优化设计的概述14-16
• 1.5 高强高性能混凝土以及配合比优化设计的定义16-17
• 1.5.1 高性能混凝土16
• 1.5.2 高强混凝土16-17
• 1.5.3 高强高性能混凝土配合比优化17
• 1.6 高强高性能混凝土配合比优化设计的意义17-18
• 1.7 高强高性能混凝土配合比优化设计需进一步研究的问题18-19
• 1.8 论文的主要工作19-22
• 2 高强高性能混凝土的原材料和性能22-40
• 2.1 引言22
• 2.2 高强高性能混凝土的基本组成22-33
• 2.2.1 水泥22-25
• 2.2.2 集料25-28
• 2.2.3 外加剂28-30
• 2.2.4 矿物掺合料30-33
• 2.3 高强高性能混凝土的主要性能及其影响因素33-38
• 2.3.1 工作性33-35
• 2.3.2 力学性能35-36
• 2.3.3 耐久性36-38
• 2.4 本章小结38-40
• 3 适用于高强高性能混凝土配合比优化设计的方法40-50
• 3.1 引言40
• 3.2 基于通过正交设计试验获得大量配合比试验数据的方法40-44
• 3.2.1 正交试验设计40
• 3.2.2 基于正交试验法设计高强高性能混凝土配合比试验40-42
• 3.2.3 正交试验结果分析方法42-44
• 3.3 基于试验数据的混凝土多指标优化方法44-45
• 3.4 基于智能化系统的混凝土配合比优化45-49
• 3.4.1 应用解决高强高性能混凝土配合比优化问题的 MATLAB 优化工具箱46
• 3.4.2 用于解决高强高性能混凝土配合比优化问题的启发式算法46-49
• 3.5 本章小结49-50
• 4 基于性能的高强高性能混凝土配合比优化设计50-72
• 4.1 引言50
• 4.2 基于工作性和强度的高强高性能混凝土配合比试验数据优化50-66
• 4.2.1 试验数据的整理与处理50-55
• 4.2.2 基于试验数据建立高强高性能混凝土多目标优化模型55-61
• 4.2.3 多目标规划问题的 MATLAB 辅助计算61-62
• 4.2.4 优化实例62-66
• 4.3 优化配合比对高强高性能混凝土耐久性的影响66-70
• 4.3.1 高强高性能混凝土的渗透性与耐久性的关系66-67
• 4.3.2 适合高强高性能混凝土渗透性试验与评价方法67-70
• 4.4 本章小结70-72
• 5 结论与展望72-74
• 5.1 本论文的主要成果与结论72-73
• 5.2 展望73-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-80
• 附录80
• 附录一：研究生期间发表的论文80
• 附录二：研究生期间参加的科研项目80

【参考文献】

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本文编号：386907