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《西安建筑科技大学》 2012年
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高强高性能混凝土配合比优化设计

王晓飞  
【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。
【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

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【参考文献】
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