规划求解在石屑混凝土集料级配中的应用研究.pdf

2 0 1 1 年第 3 期 广 东 公 路 交 通 G u a n g D o n g G o n g L u J i a o T o n g 总第 1 1 7期 文章编号 ： 1 6 7 1 7 6 1 9 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 0 4 9 0 3 规划求解在石屑混凝土集料级配中的应用研究 丁新榜，谭世霖，蒋雪琴，周启源 ( 广东省航盛建设集团有限公司， 广州5 1 1 4 4 2 ) 摘要： 以最大密度曲线理论为依据 ， 利用规划求解方法对石屑混凝土集料级配进行优化设计， 并检验 了优化后集 料级配在石屑混凝土中的应用效果。研究结果表明， 规划求解不但求解速度快、 精度高、 操作简单、 求解变量多、 调整参数易 、 适用范围广， 并且由它优化的集料级配能使石屑混凝土的工作性能更好、 抗压强度更高、 抗氯离子 渗透性能更强。 关键词： 石屑混凝土；集料级配；规划求解；最大密度曲线理论 中圈分类号： U 4 1 4 文献标识码： A O 引言 石屑混凝 土是一种新 型的绿 色混凝土 ， 它是 采用采石场碎石生产中的副产品( 粒径一般在 5 r a m以下的筛余物) 石屑代替砂制作的混凝 土。多数石屑表面粗糙 ， 带有尖锐棱角， 颗粒级 配、 粒形不理想， 粗颗粒和细颗粒含量较多， 而中 间颗粒含量较少， 其筛分曲线基本偏离混凝土用 砂的级配区间， 且不同产地、 不同材质、 不同工艺、 不同设备的石屑的颗粒级配和粒形都有明显的区 别， 这都导致石屑混凝土的性能受集料的颗粒级 配和粒形的影响 比较大 。 良好的颗粒级配可减少集料孔隙率， 降低水 泥用量， 提高混凝土的和易性、 密实度、 强度和耐 久性。目前集料级配优化设计的方法有图解法、 数值法、 规划求解法等， 其中图解法和数值法在以 往用得 比较多 ， 但这两种方法 的缺点都需要 反复 的绘图或多次计算， 工作量非常大， 却达不到满意 的效果 J ， 而规划求解法能很好地解决上述两种 方法中存在的不足， 并且具有速度快、 精度高、 操 作简单、 求解变量多、 调整参数容易、 适用范围广 等优点。 本文以集料连续级配的最大密度曲线理论为 依据， 通过 n 法一泰波A N法计算出基准级配， 采 用三种集料( 两种碎石、 一种石屑) ， 通过规划求 解， 利用合成后的混合集料的级配与基准级配的 标准差最小的原理， 求得合成混合集料中各原始 集料的质量百分 比。 l 规划求解在集料级配中的应用 1 1 规划求解简介 在 E x c e l 中， 一个规划求解问题有三个部分组 成， 它们是： ( 1 ) 可变单元格， 表示实际问题中有待 于解决的未知因素， 代表规划求解的方案； ( 2 ) 目标 单元格 ， 表示规划求解要达到的最终目标， 如求最小 成本、 最大利润等， 它与可变单元格必须有直接或间 接的联系； ( 3 ) 约束条件， 即对未知因素的限制条 件， 规划求解是否有解和约束条件有着密切的关系， 它对可变单元格中的值起着直接的限制作用 。 打开 M i c r o s o f t E x c e l 后点击工具栏， 察看计算 机是否加载了“ 规划求解” 工具， 如果没加载， 可按 “ 工具 一 加载宏 一 规划求解” 进行安装。 1 2 建立原始数据计算表 1 2 1 最大密度曲线理论 以 F u l l e r 为代表 ， 从最 大密 实度这一 观点 出 发， 认为颗粒级配曲线越接近抛物线， 则密实度越 大， 常用计算方法是 法一泰波 A N法， 其通式表 达为： ， ， ， 、 P ( d ) = 1 0 0 I 昔l 、一， 式中： P( d ) 一基准级配某一级 的筛分 通过量 ( ) ； d P( d ) 对应 的集料粒径 mm； D 一基准级配设计 的最大粒_ m m， 本文设 计为 2 6 5 ra m； n 一递减系数。 作者简介： 丁新榜( 1 9 8 4 一 ) ， 男 ， 河南南阳人， 工学硕士。E m a i l ： c d q 0 9 2 7 1 6 3 c o rn 4 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 3期 广东公路交通 总第 1 1 7期 通常情况下 n： 0 3 0 7 ， 当 n= 0 5时 ， 即为 F u l l e r 曲线 ， E t 本认为 n= 0 3 5 0 4 5 ， 美 国将 n= 0 4 5 作为制定基准级配的依据。 在细集料中， 石屑不同于天然河砂， 其表面粗 糙， 多棱角， 机械啮合力比较强， 颗粒之间的摩擦 力相对较大， 石粉含量多， 这些特性都会导致 n值 有所变化 。笔者根据 比较大量的石屑集料试配实 验结果， 推算出n = 0 6 5 。 1 2 2 在 E x c e l 中输入基本数据。 将三种已知集料的实际筛分数据和基准级配 值输入表 1 。 合成混合料的筛分通过量计算公式为 ： E =( B B 3 +C C 3 +D D 3 ) 1 0 0 ， i = 4， 5， 6， 1 7。 表 1 石屑混凝土合成混合料数据表 1 3 运用规划求解进行配料计算 单击菜单“ 工具” 中的“ 规划求解” ， 弹出规划 求解参数窗口， 见图 1 。 在图 1 中， 设定 G 1 8为目标单元格， G 1 8等于 “ 最小值” ， 其意义就是合成混合料级配与基准级 配的标准差最小， 公式为 G 1 8 ： S U M( G 4 ： G 1 7 ) ， 其 中 G f =P O WE R( F E f ， 2 ) ， = 4 ， 5 ， 6， ， 1 7 。 5 0 图 1 规划求解 参数设 置 设置 3 、 C 3 、 D 3为 “ 可变单元格 ” ， 即各集料 在合成混合料 中的质量百分 E 匕 ， 是我们所 要得到 的最终解。此时 3 、 c 3 、 D 3的初始值可以假定为 任意正数， 不会影响最终的配料计算结果。 通过“ 添加” 按钮设置“ 约束” 条件 J ， 其中， $ B$3 ： $D $3= 0表示 3 、 c 3 、 D 3在计算过 程中保证不为负值 ， $G$3= 1 0 0表示各集料的 质量百分 比之和 G 3在计算过程 中始终保持为 1 0 0 。“ 约束” 条件还可以根据具体情况进行设置， 比如要求合成混合料尺寸为 1 3 2 m m的筛分通过 量 与对应基准级 配筛分通 过量 的差值 不超过 4 0 ， 即添加约束条件 $G$8 = 1 6 。 以上全部设置完成后， 按下“ 求解” 按钮就会 出现“ 规划求解结果” 对话框， 提示求解结果， 选择 “ 保存规划求解结果” ， 单击“ 确定” 便求出合成混 合料中各集料的质量百分比 规划求解计算结果 表见表 2 。 袭2 规划求解计算结果表 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第3期丁新榜， 谭世霖， 蒋雪琴， 周启源规划求解在石屑混凝土集料级配中的应用研究总第 1 1 7 期 1 4 优化 设计 的集料级 配在 石屑 混凝 土 中 的 应 用效 果 在 集 料 种 类 和 总 用 量 不 变 的 前 提 下 ，对 某 一现用 石 屑 混 凝 土 的 集料 级 配进 行 规 划 求 解优化设计 ，观察优化前后石 屑混凝土拌合 物 的和易 性 ，比较 石 屑 混凝 土 的强 度 和 耐 久 性 ，试 验用 石 屑 混 凝 土 配合 比及 试 验 结 果 见 表 3 。 表 3 试验用石屑混凝土配合比及试验结果 从表 3的试验结果 可以看 出， 依据最大密度 曲线理论 ， 利用规划求解优化设计出的集料级 配， 能使混凝土拌合物的工作性能更好、 抗压强 度更高、 抗氯离子渗透性能更强。 为了保证试验结果的准确性， 笔者又选用多 种碎石和石屑， 做级配曲线， 按计算出的集料级 配配制混 凝土 ， 并进行 混凝 土的性能测 试 ， 其结 果与本次试验效果基本一致 。 2 结语 运用规划求解方法大大简化了配料计算过 程 ， 提高 了配料的速度和精确度 ， 操作方法 简便 ， 还可以通过更改约束条件满足 各种需求 ， 而且 由 它优化的集料级配能使石屑混凝土的工作性能 更好、 抗压强度更高、 抗氯离子渗透性能更强。 此外， 规划求解最多可 以拥有 2 0 0个可变单元 格 ， 1 0 0 个约束条件 J ， 因此足够解决石屑混凝土 集料的颗粒级配问题 。 参考文献： 1 葛中廉规划求解法在矿料配合 比设计中的应 用 J 公路与管理， 2 0 0 9， ( 1 3 ) ： 3 33 5 2 安维默用 E x c e l 管理和分析数据 M 北京： 人民邮电出版社 ， 2 0 0 3 3 徐银鸣道路水泥混凝土集料级配研究 D 西 安 ： 长安大学硕士毕业论文， 2 0 0 6 4 汪伟 ， 董秀文应用 E x c e l 优化设计矿料合成级 配 J 计算机应用， 2 0 0 7 ， 2 7 ( 3 ) ： 1 7 0 1 7 1 5 钱文熙 ， 崔慰贤利用 E x c e l 规划求解功能优化 反刍家畜饲料配方 J 四川畜牧兽医， 2 0 0 4 ， ( 6 ) ： 3 6 3 8 ( 收稿 日期 ： 2 0 1 1 一 O 6 0 3 ) Th e Ap p l i c a t i o n o f S o l v e r i n Ag g r e g a t e Gr a d i n g o f S t o n e- c h i p Co n c r e t e D I N G X i nb a n g ，T A N S h i l i n ， J I A NG X u e q i n ， Z H O U Q i y u a n ( G u a n g d o n g P r o v i n c e H a n g s h e n g C o n s t r u c t i o n G r o u p C o ， L t d ， G u a n g z h o u 5 1 1 4 4 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Ba s e d o n t h e t h e o r y o f ma x i mu m d e n s i t y c u r v e ，t h e a g g r e g a t e g r a d i n g o f s t o n ec h i p c o n c r e t e wa s o p t i mi z e d b y s o l v e r me t h o d s ， a n d t h e a g g r e g a t e g r a d i n g o p t i mi z a t i o n wa s e x a mi n e d o n s t o n ec h i p c o n c r e t e a p p l i c a t i o n s T h e r e s u l t s s h o w t h a t ，n o t o n l y s o l v e r i s a f a s t a c c u r a t e s i m p l e m o r e v a r i a b l e 、 e a s i l y a d j u s t a b l e w i d e l y a p p l i c a b l e me t h o d，b u t a l s o t h e a g g r e g a t e g r a d i n g o p t i mi z a t i o n c a n ma k e s t o n ec h i p c o n c r e t e b e t t e r p e rf o r m- a n c e，h i g h e r c o mp r e s s i v e s t r e n g t h，g r e a t e r r e s i s t a n c e t o c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n Ke y wo r d s：s t o n ec h i p c o n c r e t e；a g g r e g a t e g r a di n g；s o l v e r ；t he o ry o f ma x i mu m d e n s i t y c ur v e 51 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m