基于均匀设计和SMPSO的细骨料配合比优化研究

摘要

近年来我国经济发展强劲，水利工程业受其推动也发展迅速。目前我国年产水泥近6亿吨，约有1/3用于拌合砂浆，则年需要砂浆10亿吨以上。2010年全国混凝土总产量达到9.6亿立方米。可见，作为砂浆、混凝土重要组成之一的砂，其每年用量惊人。
　　 我们知道砂的颗粒级配的好坏直接影响着砂浆的一些性能。本论文从细集料大密度级配理论出发研究如何优化细集料的颗粒级配，使几种不同粒径级配的砂按一定的比例搭配，掺混出最大密度砂。本论文主要从两条途径着手:一是理论研究，研究砂的大密度级配理论，并且与单纯形微粒子群算法相结合优化组合大密度砂;二是试验研究，即采用配方均匀设计方法掺混几种不同级配的砂子，测每组混合砂的堆积密度，找到最大堆积密度砂并研究组合大密度砂对砂浆性能的影响。在此基础上，比较两条途径的研究结果，得到了适合于砂的大密度级配公式，并为砂浆性能优化设计提供了参考依据。本文主要在以下几方面进行了研究:
　　 (1)介绍了几种目前常用的试验设计方法，如全面试验、正交设计、星点设计、拉丁方设计和均匀设计。根据它们各自的优缺点，本论文采用均匀设计法来安排试验，但考虑到粗、中、细砂的组合配比属配方试验设计问题，即粗、中、细砂的体积总和为总砂量，其配比加和为1，三者之间相互制约，采用普通的均匀设计方法不够准确，故采用一种先进的配方设计方法—配方均匀设计。介绍了均匀设计的基本原理及均匀设计表的使用方法，在此基础上详细阐述了应用配方均匀设计安排三种砂配比的试验步骤。
　　 (2)在查阅国内外文献的基础上，对目前应用较多的骨料大密度级配理论进行了较为系统的总结，其中包括:富勒曲线、泰波曲线、I法、k法和粒子干涉理论。
　　 (3)介绍了单纯形微粒群算法(SMPSO)的基本原理和算法流程，该算法在继承了微粒群优化算法原有优点的同时，有效地增强了PSO算法的局部搜索能力，提高了PSO的鲁棒性，比标准PSO更容易找到全局最优解。
　　 (4)结合基于配方均匀设计的试验结果和泰波理论，分析了砂子级配对其密实度的影响，并在此基础上提出砂的大密度级配曲线即p=(d/D)0.5，并研究出了配制最大密度砂的各粒径材料百分含量的计算方法——p=(d/D)0.5与SMPSO相结合的方法。
　　 (5)从砂浆配合比理论分析了砂的骨料级配和密实度对砂浆性能的影响，进行了相关骨料、砂浆性能的测试试验，对试验结果进行分析研究，进而得出砂的密度越大，其拌制的砂浆密度越大且抗压强度、抗CL-渗透、抗碳化性能越好。
　　 (6)论文的最后，总结了本文的研究工作，分析了研究的不足之处，并对今后的研究重点进行了展望。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 问题的提出

1．2 国内外研究现状及应用

1．3 本论主要研究内容、技术路线和研究方法

1．3．1 研究的主要内容

1．3．2 研究的技术路线及研究方法

2 基于配方均匀设计的组合砂配合比设计

2．1 试验设计方法的选择

2．1．1 几种常用试验设计方法

2．1．2 配方均匀设计方法

2．1．3 配方均匀设计表的应用

2．2 砂的配合比试验设计

2．2．1 试验安排

2．2．2 试验结果

2．3 本章小结

3 细骨料密实级配理论

3．1 细集料的技术性质

3．1．1 物理常数

3．1．2 细集料的颗粒级配

3．1．3 粗度

3．2 级配曲线

3．3 最大密度曲线理论

3．3．1 富勒曲线

3．3．2 泰波曲线

3．3．3 k法

3．3．4 我国简化公式(I法)

3．3．5 粒子干涉理论

3．4 基于泰波曲线的细骨料大密度研究

3．4．1 基于泰波公式的砂的颗粒级配

3．4．2 泰波理论与配方均匀设计两种方法对比

3．5 本章小结

4 基于泰波(Talbol)理论和SMPSO优化砂级配

4．1 单纯形微粒群优化算法(SMPSO)

4．1．1 PSO概述

4．1．2 单纯形法

4．1．3 单纯形微粒子群算法(SMPSO)

4．1．4 SMPSO算法流程

4．2 基于泰波(Talbol)理论与SMPSO相结合的砂级配优化模型

4．3 基于泰波理论砂的级配实验验证

4．4 本章小结

5 砂的颗粒组成对砂浆性能的影晌

5．1 试验

5．1．1 试验原材料

5．1．2 试验用砂制备

5．1．3 砂浆配合比

5．1．4 试块制作与养护

5．1．5 测试方法

5．2 实验结果及分析

5．2．1 试验结果

5．2．2 试验结果分析

5．3 结论

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简介

致谢