论文部分内容阅读
摘 要：高强高性能混凝土是近年发展起来的一种新型混凝土。具有高强、高流动性、高耐久性、高体积稳定性和良好的经济性等技术性能，一直被广大科研和工程技术人员重视，普遍认为是21世纪混凝土技术发展的趋势。本文通过理论分析和经验，提出了高强高性能混凝土组成的配合比优化设计方法，为其在土木工程中的应用提供了有利的依据和有力的保证。
关键词：高强高性能；混凝土；配合比
一、高强高性能混凝土的基本组成
（一）水泥
高强高性能混凝土采用的水泥应满足以下要求：1、满足高强高性能混凝土的强度要求；2、满足高强高性能混凝土工作性的要求，主要表现为高流动性、保水性、保塑性和抗离析性；3、满足高强高性能混凝土耐久性的要求，主要表现为高抗渗性、抗碱集料反应性、体积稳定性和抗蚀性；4、能够用最少的水泥配制出性能最好的混凝土。
（二）集料
1、粗集料。选用碎石，采用连续级配，最大粒径控制在20mm～ 25mm范围，含泥量控制在0.5%以下，泥块含量控制在0.2%以下，其它质量应符合现行国家标准的规定。2、细集料。选用洁净的中砂，细度模数控制在2.6～ 3.1，颗粒级配符合11区，含泥量控制在2.0%以下，泥块含量控制在0.5%以下，其它质量应付合现行国家保证的规定。
（三）聚羧酸系高效减水剂
掺加聚羧酸系高效减水剂的混凝土具有强度高和耐热性、耐久性、耐候性好等优异性能。其特点是在高温下坍落度损失小，具有良好的流动性，在较低的温度下不需要大幅度增加减水剂的加入量。
（四）粒化高炉矿渣粉
矿粉，是用水淬高炉矿渣，经干燥，粉磨等工艺处理后得到的高细度，高活性粉料，是优质的混凝土掺合料和水泥混合材，是当今世界公认的配制高性能混凝土的重要材料。通过使用粒化高炉矿渣粉，可有效提高混凝土的抗压强度，降低混凝土的成本。同时对抑制碱骨料反应，降低水化热，减少混凝土结构早期温度裂缝，提高混凝土密实度，提高抗渗和抗侵蚀能力有明显效果。
（五）优质粉煤灰
一般选用Ⅰ级灰，利用其内含的玻璃微珠润滑作用，降低水灰比，以及细粉末填充效应和火山灰活性效应，提高混凝土强度和改善综合性能。
二、高强高性能混凝土配合比优化设计数学模型
高强高性能混凝土首要保证的重点性能为：强度、 耐久性、 工作性、适用性及体积稳定性，其次才考虑经济性。因此，本文将以上性能指标作为高强高性能混凝土配合比的数学模型约束条件并以工程造价为目标函数来建立优化模型。
三、Matlab函数的选择
Matlab是由美国Mathworks公司生产的面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高效率的高级计算语言和系统平台。它集矩阵 计算、数值分析、信号处理以及非线性动态系统的建模和仿真等强大功能于一体，拥有非常友好的视窗环境，并且有很高的编程效率。对于众多科学领域内的科研和工程实践中的有效数值计算的题，Matlab都能提供一种快捷高效的解决方案。
在混凝土配合比设计的优化过程中存在大量的数值计算问题，如果采用Fortran、C/C++等传统的编程语言，不仅要对语言的语法和编程技巧十分熟练，而且程序的修改、调试也耗时耗力。而 Matlab工具箱很好地解决了这个问题，其中强大的函数库使得各种数值计算问题的解决更加简便、 高效。
Matlab优化工具箱中，可用来求解规划问题的主要有linprog和fmincon两种函数。linprog函数主要用于求解多元线性问题，它使用的是一种投影的活动集算法， 是线性规划中单纯形法的变种，通过求解另一个现行规划解来寻找初始可行解；linprog函數主要用于求解有约束非线性函数最小化问题，常用来解决具有具体约束条件的最小化问题。显然本文的例子有明显的约束条件，使用linprog函数更加合适，故本文采用后者.
四、结论
高强高性能混凝土因其优良的性能已被广泛应用于特殊环境下的建筑结构当中。而原材料的种类、性质以及用量等因素直接影响到高强高性能混凝土的质量性能以及成本，进而关系到建筑结构的质量、寿命以及造价。所以确定高强高性能混凝土原材料的种类和用量，要求在满足其强度、和易性、耐久性等性能的基础上达到成本最低的配合比设计已经成为高强高性能混凝土材料研究的关键部分。
参考文献：
[1]王帆.基于比强度的高强高性能混凝土配合比优化设计[D].西安建筑科技大学，2014.
[2]黄蔚琳.浅谈C60高强高性能混凝土的配合比设计及应用[J].中华民居旬刊，2011（7）.
关键词：高强高性能；混凝土；配合比
一、高强高性能混凝土的基本组成
（一）水泥
高强高性能混凝土采用的水泥应满足以下要求：1、满足高强高性能混凝土的强度要求；2、满足高强高性能混凝土工作性的要求，主要表现为高流动性、保水性、保塑性和抗离析性；3、满足高强高性能混凝土耐久性的要求，主要表现为高抗渗性、抗碱集料反应性、体积稳定性和抗蚀性；4、能够用最少的水泥配制出性能最好的混凝土。
（二）集料
1、粗集料。选用碎石，采用连续级配，最大粒径控制在20mm～ 25mm范围，含泥量控制在0.5%以下，泥块含量控制在0.2%以下，其它质量应符合现行国家标准的规定。2、细集料。选用洁净的中砂，细度模数控制在2.6～ 3.1，颗粒级配符合11区，含泥量控制在2.0%以下，泥块含量控制在0.5%以下，其它质量应付合现行国家保证的规定。
（三）聚羧酸系高效减水剂
掺加聚羧酸系高效减水剂的混凝土具有强度高和耐热性、耐久性、耐候性好等优异性能。其特点是在高温下坍落度损失小，具有良好的流动性，在较低的温度下不需要大幅度增加减水剂的加入量。
（四）粒化高炉矿渣粉
矿粉，是用水淬高炉矿渣，经干燥，粉磨等工艺处理后得到的高细度，高活性粉料，是优质的混凝土掺合料和水泥混合材，是当今世界公认的配制高性能混凝土的重要材料。通过使用粒化高炉矿渣粉，可有效提高混凝土的抗压强度，降低混凝土的成本。同时对抑制碱骨料反应，降低水化热，减少混凝土结构早期温度裂缝，提高混凝土密实度，提高抗渗和抗侵蚀能力有明显效果。
（五）优质粉煤灰
一般选用Ⅰ级灰，利用其内含的玻璃微珠润滑作用，降低水灰比，以及细粉末填充效应和火山灰活性效应，提高混凝土强度和改善综合性能。
二、高强高性能混凝土配合比优化设计数学模型
高强高性能混凝土首要保证的重点性能为：强度、 耐久性、 工作性、适用性及体积稳定性，其次才考虑经济性。因此，本文将以上性能指标作为高强高性能混凝土配合比的数学模型约束条件并以工程造价为目标函数来建立优化模型。
三、Matlab函数的选择
Matlab是由美国Mathworks公司生产的面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高效率的高级计算语言和系统平台。它集矩阵 计算、数值分析、信号处理以及非线性动态系统的建模和仿真等强大功能于一体，拥有非常友好的视窗环境，并且有很高的编程效率。对于众多科学领域内的科研和工程实践中的有效数值计算的题，Matlab都能提供一种快捷高效的解决方案。
在混凝土配合比设计的优化过程中存在大量的数值计算问题，如果采用Fortran、C/C++等传统的编程语言，不仅要对语言的语法和编程技巧十分熟练，而且程序的修改、调试也耗时耗力。而 Matlab工具箱很好地解决了这个问题，其中强大的函数库使得各种数值计算问题的解决更加简便、 高效。
Matlab优化工具箱中，可用来求解规划问题的主要有linprog和fmincon两种函数。linprog函数主要用于求解多元线性问题，它使用的是一种投影的活动集算法， 是线性规划中单纯形法的变种，通过求解另一个现行规划解来寻找初始可行解；linprog函數主要用于求解有约束非线性函数最小化问题，常用来解决具有具体约束条件的最小化问题。显然本文的例子有明显的约束条件，使用linprog函数更加合适，故本文采用后者.
四、结论
高强高性能混凝土因其优良的性能已被广泛应用于特殊环境下的建筑结构当中。而原材料的种类、性质以及用量等因素直接影响到高强高性能混凝土的质量性能以及成本，进而关系到建筑结构的质量、寿命以及造价。所以确定高强高性能混凝土原材料的种类和用量，要求在满足其强度、和易性、耐久性等性能的基础上达到成本最低的配合比设计已经成为高强高性能混凝土材料研究的关键部分。
参考文献：
[1]王帆.基于比强度的高强高性能混凝土配合比优化设计[D].西安建筑科技大学，2014.
[2]黄蔚琳.浅谈C60高强高性能混凝土的配合比设计及应用[J].中华民居旬刊，2011（7）.