高強(qiáng)高性能混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

李健

摘 要：高強(qiáng)高性能混凝土是近年發(fā)展起來(lái)的一種新型混凝土。具有高強(qiáng)、高流動(dòng)性、高耐久性、高體積穩(wěn)定性和良好的經(jīng)濟(jì)性等技術(shù)性能，一直被廣大科研和工程技術(shù)人員重視，普遍認(rèn)為是21世紀(jì)混凝土技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。本文通過(guò)理論分析和經(jīng)驗(yàn)，提出了高強(qiáng)高性能混凝土組成的配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，為其在土木工程中的應(yīng)用提供了有利的依據(jù)和有力的保證。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)高性能；混凝土；配合比

一、高強(qiáng)高性能混凝土的基本組成

（一）水泥

高強(qiáng)高性能混凝土采用的水泥應(yīng)滿足以下要求：1、滿足高強(qiáng)高性能混凝土的強(qiáng)度要求；2、滿足高強(qiáng)高性能混凝土工作性的要求，主要表現(xiàn)為高流動(dòng)性、保水性、保塑性和抗離析性；3、滿足高強(qiáng)高性能混凝土耐久性的要求，主要表現(xiàn)為高抗?jié)B性、抗堿集料反應(yīng)性、體積穩(wěn)定性和抗蝕性；4、能夠用最少的水泥配制出性能最好的混凝土。

（二）集料

1、粗集料。選用碎石，采用連續(xù)級(jí)配，最大粒徑控制在20mm～ 25mm范圍，含泥量控制在0.5%以下，泥塊含量控制在0.2%以下，其它質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。2、細(xì)集料。選用潔凈的中砂，細(xì)度模數(shù)控制在2.6～ 3.1，顆粒級(jí)配符合11區(qū)，含泥量控制在2.0%以下，泥塊含量控制在0.5%以下，其它質(zhì)量應(yīng)付合現(xiàn)行國(guó)家保證的規(guī)定。

（三）聚羧酸系高效減水劑

摻加聚羧酸系高效減水劑的混凝土具有強(qiáng)度高和耐熱性、耐久性、耐候性好等優(yōu)異性能。其特點(diǎn)是在高溫下坍落度損失小，具有良好的流動(dòng)性，在較低的溫度下不需要大幅度增加減水劑的加入量。

（四）?；郀t礦渣粉

礦粉，是用水淬高爐礦渣，經(jīng)干燥，粉磨等工藝處理后得到的高細(xì)度，高活性粉料，是優(yōu)質(zhì)的混凝土摻合料和水泥混合材，是當(dāng)今世界公認(rèn)的配制高性能混凝土的重要材料。通過(guò)使用?；郀t礦渣粉，可有效提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，降低混凝土的成本。同時(shí)對(duì)抑制堿骨料反應(yīng)，降低水化熱，減少混凝土結(jié)構(gòu)早期溫度裂縫，提高混凝土密實(shí)度，提高抗?jié)B和抗侵蝕能力有明顯效果。

（五）優(yōu)質(zhì)粉煤灰

一般選用Ⅰ級(jí)灰，利用其內(nèi)含的玻璃微珠潤(rùn)滑作用，降低水灰比，以及細(xì)粉末填充效應(yīng)和火山灰活性效應(yīng)，提高混凝土強(qiáng)度和改善綜合性能。

二、高強(qiáng)高性能混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型

高強(qiáng)高性能混凝土首要保證的重點(diǎn)性能為：強(qiáng)度、 耐久性、 工作性、適用性及體積穩(wěn)定性，其次才考慮經(jīng)濟(jì)性。因此，本文將以上性能指標(biāo)作為高強(qiáng)高性能混凝土配合比的數(shù)學(xué)模型約束條件并以工程造價(jià)為目標(biāo)函數(shù)來(lái)建立優(yōu)化模型。

三、Matlab函數(shù)的選擇

Matlab是由美國(guó)Mathworks公司生產(chǎn)的面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高效率的高級(jí)計(jì)算語(yǔ)言和系統(tǒng)平臺(tái)。它集矩陣 計(jì)算、數(shù)值分析、信號(hào)處理以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等強(qiáng)大功能于一體，擁有非常友好的視窗環(huán)境，并且有很高的編程效率。對(duì)于眾多科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的科研和工程實(shí)踐中的有效數(shù)值計(jì)算的題，Matlab都能提供一種快捷高效的解決方案。

在混凝土配合比設(shè)計(jì)的優(yōu)化過(guò)程中存在大量的數(shù)值計(jì)算問(wèn)題，如果采用Fortran、C/C++等傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言，不僅要對(duì)語(yǔ)言的語(yǔ)法和編程技巧十分熟練，而且程序的修改、調(diào)試也耗時(shí)耗力。而 Matlab工具箱很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，其中強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)使得各種數(shù)值計(jì)算問(wèn)題的解決更加簡(jiǎn)便、 高效。

Matlab優(yōu)化工具箱中，可用來(lái)求解規(guī)劃問(wèn)題的主要有l(wèi)inprog和fmincon兩種函數(shù)。linprog函數(shù)主要用于求解多元線性問(wèn)題，它使用的是一種投影的活動(dòng)集算法， 是線性規(guī)劃中單純形法的變種，通過(guò)求解另一個(gè)現(xiàn)行規(guī)劃解來(lái)尋找初始可行解；linprog函數(shù)主要用于求解有約束非線性函數(shù)最小化問(wèn)題，常用來(lái)解決具有具體約束條件的最小化問(wèn)題。顯然本文的例子有明顯的約束條件，使用linprog函數(shù)更加合適，故本文采用后者.

四、結(jié)論

高強(qiáng)高性能混凝土因其優(yōu)良的性能已被廣泛應(yīng)用于特殊環(huán)境下的建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中。而原材料的種類(lèi)、性質(zhì)以及用量等因素直接影響到高強(qiáng)高性能混凝土的質(zhì)量性能以及成本，進(jìn)而關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、壽命以及造價(jià)。所以確定高強(qiáng)高性能混凝土原材料的種類(lèi)和用量，要求在滿足其強(qiáng)度、和易性、耐久性等性能的基礎(chǔ)上達(dá)到成本最低的配合比設(shè)計(jì)已經(jīng)成為高強(qiáng)高性能混凝土材料研究的關(guān)鍵部分。

參考文獻(xiàn)：

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