混凝土抗渗性能预测的未确知判别分析模型.pdf

2 0 1 1年 第 7期 (总 第 2 6 1期 J Nu mb e r 7 i n 2 0 1 1 ( T o t a l N o 2 6 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HE0RET I CAL I 己 ES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 1 0 7 0 1 4 混凝土抗渗性能预测的未确知判别分析模型 万正义 ( 四川大学 建筑与环境学院，四川 成都 6 1 0 2 0 7 ) 摘要： 混凝土抗渗性直接影响着混凝土的耐久性， 为解决传统试验方法耗费大量时间的不足， 提出用未确知判别分析模型对多种配合 比的混凝土进行渗透性仿真计算。 该研究成果可以减少混凝土试配次数， 节约大量的人力、 物力和时间， 为高性能混凝土的研究发展奠定 了基础。 结果表明此模型的可靠度很高， 可以用于混凝土渗透性的设计及评估。 实例分析表明， 建立的未确知判别分析模型预测精度高， 为 混凝土抗渗性能预测提供一条新途径。 关键词： 混凝土；抗渗性；未确知；判别分析 中图分类号 ： TU 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 2 - 35 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 7 , - 0 0 3 9 0 2 Una s c er t a i ne d di s cr i mi n an t mode l f or pr edi c t i ng i m p er mea bi l i t y of c on c r e t e WAN Zh e n g - y i ( Mi l l i o n J u s ti c e I n s ti t u t e o f A r c h i t e c t u r e a n dE n v i r o n me n t ， S i c h u a nUn i v e r s i t y， Ch e n g d u 6 1 0 2 0 7 ， C h i n a ) Ab s t r a ct ： C o n c r e t e p e r me a b i l i t y h a v e a d i r e c t i mp a c t o n i t s d u r a b i l i ty ， a n d t h e t r a d i ti o n t e s t c o n s u me l a r g e a mo u n t o f t ime s u r e l y A Un a s c e r - t a i n e d d i s c r i mi n ant mo d e l f o r p r e d i c t i n g i mp e rm e a b i l i ty o f c o n c r e t e wa s e s t a b l i s h e d Re s u l t i n d i c a t e s t h a t the mo d e l i s r e l i a b l e e n o u g h t o c o n c r e t e S v i r t u a l d e s i g n I tist e s t e db y s o me e x am pl e st h a t themo d e l ha s ahi g h a c c ura c yo f r e c o g ni t i o n a n dp r e d i c a t i o n， andi ti sv a l u a b l ef o rg e n e r a l i z a t i o n s a n d a p p l i c a t i o n s Ke v w o r d s c o n c r e t e ； i mp e rm e a b i l i ty ； u n a s c e r t a i n e d ； d i s c r i mi n a n t me tho d 0 引言 1 未确知判别预 测方法 混凝土抗渗陛是指混凝土抵抗有压介质( 如水， 油， 溶液等) 渗透作用的能力， 直接影响着混凝土的耐久性。 而合适的混凝土 配合比是得到良好抗渗能力的基础。 常规的做法主要是通过试 配， 在相应的龄期进行相关指标的检测， 这必然耗费大量的时间、 人力、 物力及财力， 而有效的预测模型无疑能缩减不必要的试验， 大幅度提高工作效率。 从2 0 世纪 8 0 年代起， 人们重新对混凝土抗 渗陛能产生兴趣， 是由于混凝土的耐久I生 问题 日益为人们所关注。 混凝土的耐久性， 与水和其他有害液体、 气体向其内部流动的数 量、 范围等有关， 因此抗渗性能高的混凝土， 其耐久生 就好。 近年来， 随着科学技术的发展， 智能方法、 统计学及未确知方 法得到了迅速发展， 在 自然科学各个学科得到了广泛应用【l _ ， 如混凝土配合比的设计 、 钢筋腐蚀量的预测、 强度的预测、 坍落 度的预测 、 混凝土外掺料的掺量问题等， 为混凝土抗渗能力的 研究提供了有力的支持。 未确知信息( Un a s c e r t a i n e d I n f o r ma t i o n ) 是一种新的不确定 性信息 3 。 在王光远教授的指导下， 刘开第、 吴和琴等建立了未 确知数学理论脚， 万玉成提出了未确知聚类预测法嘲 ， 并将其应 用于航材损耗的预测， 董陇军等旧 提出了未确知均值聚类预测 方法 ， 并将其应用大采矿工程。 本研究结合未确知均值聚类预测 方法的思想， 提出用未确知判别分析模型对多种配合比的混凝 土进行渗透性仿真计算 ， 并与实测值进行 比较， 得到了令人满 意的结果。 收稿 E t 期 ：2 0 1 1 - 0 1 1 9 1 1 属性判别分类 对研究对象空间 n， 空间中的任意元素 ， 与 m个因素有 关 ， 记为 ， 1 ， 厶， ， ， m ， 且 Q中的元素分类为 c 。 ， c 2 ， ， ， 组 成分类集 ， 并满足 U C r - F ， F 为分类空间， 满足 c f u G ； ， V c f ， i = l G 。 已知样本集 = 缸 ， ， 中各元素的分类和各指标 的测量值， 如第 i 个样本 她的分类为 c k ， c k ( 表示 辑属于 类) ， 其第 个指标的测量值为 。 则对于新的研究对象 在已 知各指标的测量值 的条件下， 预测 。 所属类。 根据事物的特性将事物分为 类 ： C 。 ， c 2 ， ， c k 相应的将 m个因素也分为 J 类， 确定各类的样本平均值为分类中心， 并确 定 个分类模式 c ， ， ， 未确知测度( 未确知测度的性质见 文献 4 ) 分别为 。 = 1 ， 0 ， ， 0 ) ， 0 ， 1 ， ， O ) ， 0 ， 0 ， l ， ， 0 ， ， O ， 0 ， ， 1 问 。 1 2 建立待预测事物与参照系统的未确知测度向量 记待预测事物第 t 个( = 1 ， 2 ， ， m) 因素与参照因素的未确 知测度为 ( 1 ， 2 ， ， m) ， 记为： ( ， ， ) ， 1 ， I0 ( 1 ) =l 权系数记为 = ( 。 ， ， ， ) ， 其中： a k = l ， O ， 1 ， 2 ， ， m ( 2 ) 3 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 则由 m个未确知测度 。 ， ， 以 的加权得到综合未确知 测度 为： m 丘 肛l+ O r 2 帆 ( 3 ) l =1 1 3 计算未确知测度距离 设 d k ( k = l ， 2 ， ， ) 为未确知测度向量应 与re( k = 1 ， 2 ， ， ) 的距离 ， 称为未确知测度距离 ： 、 广 ( 0 ) _ 1 。 。 + ( ( 4 ) 1 4 判别预测事物所属的类别 比较各个未确知测度距离 ( = 1 ， 2 ， ， K) 的大小， 若 ： d k o - r n i n ( d l ， d 2 ， ， d k ) ( 5 ) 则认为待预测事物与分类模式系统最接近， 因而可以把待 测事物归入 C 。 1 5 预测值的计算I6 若记玩为各个分类系统的平均值 ， 则待测事物的预测值可 由式( 6 ) 计算 ： ( t 斗 ) i - 。 孟 n + 书 ( 6 ) 配置的基准强度， 将砂率维持在 3 6 0 ，o 左右， 保持外加剂的用量在胶 凝材料的 1 ， 而将水灰比、 粉煤灰掺量、 矿粉掺量、 水泥用量作 为研究腐蚀 生 的影响因素， 借用四因素、 五水平正交试验表 L ( 4 5 ) ， 配置 1 6种混凝土( 见表 1 ) ， 其中水灰比为 0 4 0 、 0 4 5 、 0 5 0 、 0 5 5 ； 粉煤灰和矿粉掺量分别为 0 、 1 0 、 2 0 , 0 、 3 O ； 用水量为 1 7 0 、 1 8 0 、 1 9 0 、 2 0 0 k g m o 为预测模型的验证， 同时制作了 3组验证配合比 混凝土， 如表 1 所示， 表中数据位规格化数据， R表示测试样本， T表示测试样本。 综合分析已有研究成果 ， 从影响混凝土抗渗 性的若干因素中， 选取水 、 水泥、 砂、 碎石、 矿粉、 粉煤灰， 混凝土 抗压强度 7个评价指标建立未确知判别预测模型。 根据 1 6 个测试样本基于未确知判别预测模型建立混凝土 抗渗性能评估的模型， 以另外 3 个测试样本进行测试。 为检验该 模型的合理性及可靠性 ， 用建好的模型对训练样本进行回判检 验正确率 ， 可见该模型是稳定可靠的。 用训练好的模型对另外 3个测试样本进行预测， 预测结果见表 2及图 1 ( 系列 l 为实测 值， 系列 2为预测值) 。 可见， 本研究建立的模型预测精度高 ， 为 混凝土渗透性研究提供了一条有效的途径。 4 结论 2 工程 实例 应用 从影响混凝土 抗渗性的 若干因 素中 ，选取选取水、 水泥、 砂、 采用文献 1 】 的试验数据， 结合某桥梁工程， 以C 3 0 为混凝土 碎石 、 矿粉、 粉煤灰 、 混凝土抗压强度 7 个评价指标建立未确知 表 1 混凝土配合 比 4 0 下转第 5 2页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 3抗 冻性 混凝土试件经过 2 5 次冻融循环试验后的自 振频率 、 质量及 抗压强度实测值见表 5 。 从表 5 可以看出， 当粉煤灰掺量恒定为 3 0 、 石灰粉掺量由 0 增加到 l 5 时， 混凝土试件的相对动弹性 模量先是先减小后增大， 石灰粉掺量为 1 5 时， 混凝土试件的相 对动弹性模量达到最大值， 为 8 3 - 3 ； 混凝土试件的强度损失率 则是先增大后减小， 石灰粉掺量为 0时， 混凝土试件的强度损失 率最小， 为 3 9 4 。 将混凝土孔隙率试验结果( 图2 ) 与混凝土冻 融循环试验结果( 表 5 ) 对比可以发现 ， 混凝土试件的相对动弹性 模量损失率和强度损失率的变化规律与其孔隙率的变化规律相 似，产生这种现象可能是石灰粉等量取代水泥后改变了混凝土 孔隙率和内部孔隙结构的缘故。 另外， 试验结果还显示， 石灰粉 等量取代水泥对混凝土的强度损失率影响不大， 但双掺粉煤灰和 石灰粉混凝土的抗冻性能较差， 不宜用于冰冻严重的地区。 表 5混凝 土冻融试 验结果 表 5 显示 ，经过 2 5次冻融循环试验后混凝土试件的质量 损失率为负值 ， 但都小于 1 ， 表明石灰粉等量取代水泥对混凝 土的质量影响不大。 冻融循环后混凝土试件质量增加是因为冻 融循环使混凝土产生内部损伤， 形成内部通道 ， 水分经过通道 进入混凝土内部 ， 使得其质量增加。 3结 论 ( 1 ) 石灰粉等量取代水泥， 对混凝土孔隙率有一定影响。 当 粉煤灰掺量恒定为 3 0 时， 混凝土孔隙率随着石灰粉掺量的增 加是先增大后减小。 ( 2 ) 当粉煤灰掺量恒定为 3 0 时， 混凝土抗氯离子渗透能 力随着石灰粉掺量的增加逐渐减弱， 但影响并不显著 ； 双掺粉 煤灰和石灰粉混凝土仍然具有较强的抗氯离子渗透能力。 ( 3 ) 当粉煤灰掺量恒定为 3 0 时， 石灰粉等量取代水泥对 混凝土抗冻性能没有多大影响； 双掺粉煤灰和石灰粉混凝土的 抗冻能力较弱 ， 不宜用于有抗冻要求的地区。 上接第4 O页 样 本编 号 图 1 混凝土渗透 系数实测与评估结果 比较 判别预测模型， 很好地预测了混凝土性能指标随各种 因素的变 化。 通过实例分析表明， 本研究所建立的未确知判别预测模型， 判别和预测精度高， 具有重要的推广应用价值。 随着实测数据的 不断积累， 可以不断加强模型的预测能力 ， 形成更完善 、 更完整 的评估预测系统 ， 使模型的输出值更加接近实测值， 从而进一 步提高预测的精度和模型的应用范围， 并应用于混凝土配合 比 虚拟设计， 节约大量的时间和财力。 参考文献 ： 1 李君， 赵文忠， 王立军 ， 等 基于人工神经网络的混凝土抗渗性能研 究 J 1 浙江交通职业技术学院学报， 2 0 0 8 ， 9 ( 4 ) ： 4 - 1 0 【 2 】莫轻兵 钢筋混凝土施工质量评价的智能方法 J j 昆 凝土， 2 O L O ( 8 ) ： 3 5 3 7 【 3 】王光远 论未确知性信息及其数学处理 J _哈尔滨建筑工程学院学 5 2 参考文献 ： 1 】王稷良， 王雨利 ， 等粉煤灰和矿粉对高强混凝土耐久性的影fl l J 粉 煤灰综合利用， 2 0 0 7 ( 2 ) ： 3 1 3 3 2 】何智海， 刘运华， 钱春香， 等高桂波双掺粉煤灰和石灰石粉对混凝 土抗冻融性能的影响研究f J 】 新型建筑材料， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 1 - 4 3 3 杨钱荣， 张树青， 杨全兵 掺钢渣一 矿渣一 粉煤灰复合微粉混凝土性能 研究【 J 】 粉煤灰综合利用 ， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 3 - 5 4 】 周万良， 龙靖华 ， 詹炳根 熟料一 无水石膏系统与粉煤灰一 石灰一 无水 石膏系统的水化物l J 1 _硅酸盐通报 ， 2 0 0 9 ， 3 ( 2 8 ) ： 5 5 8 5 6 2 5 谢友均， 马昆林， 龙广成， 等矿物掺合料对混凝土中氯离子渗透性 的影a NJ 硅酸盐学报， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 1 1 ) ： 1 3 4 5 1 3 5 0 6 路新瀛， 王晓睿， 张华新A S T M C 1 2 0 2 试验方法浅析 J 工业建筑， 2 0 0 4， 3 4 ( 4 )： 8 9 9 1 【 7 冯乃谦 ， 邢锋 高性能混凝土的氯离子渗透性和导电量 J 】 混凝土， 2 0 0 1 ( 1 1 ) ： 3 7 作者简介： 赵多苍( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 硕士研究生。 联系地址： 上海海事大学浦东新区浦东大道 1 6 0 8 号高恒大厦( 2 0 0 1 3 5 ) 联 系电话 ： 1 5 2 1 6 7 7 1 7 0 7 报， 1 9 9 0 ， 2 3 ( 4 ) ： 5 2 5 8 4 刘开第， 庞彦军， 孙光勇 ， 等 城市环境质量的未确知测度评价 J 系 统工程理论与实践， 1 9 9 9 ， 1 9 ( 1 2 ) ： 5 2 5 8 【 5 】万玉成 未确知性在预测与决策问题中的应用 D 】 _南京： 东南大学 ， 20 0 4： 2 2 2 7 6 】 董陇军 ， 李夕兵 ， 宫凤强 开采地面沉陷预测的未确知聚类预测模 型l J 1 中国地质灾害与防治学报， 2 0 0 8 ， 1 9 ( 2 ) ： 9 5 9 9 7 董陇军， 李夕兵， 宫凤强 彭 胀土胀缩等级分类的未确知均值聚类方 法及应用I J J 中南大学学报： 自然科学版， 2 0 0 8 ， 3 9 ( 5 ) ： 1 0 7 5 1 0 8 0 8 】曹庆奎， 刘开展 ， 张博文 用熵计算客观型指标权重的方法【 J J 河北建 筑科技学院学报， 2 0 0 0 ， 1 7 ( 3 ) ： 4 0 4 2 9 】董陇军 ， 赵国彦 未确知均值分级方法及在回采巷道围岩分类中的 应用叨解放军理工大学学报 ， 2 0 0 9 ， 1 0 ( 6 ) ： 5 7 5 5 7 9 【 l 0 】 砂泵送混凝土的配制及其影响因素叨 武汉理工大学学报 ， 2 0 0 5 ( 8 ) ： 2 7 3 O 【 1 1 】 季韬， 林挺伟， 林旭健 基于人工神经网络的混凝土抗压强度预测方 法 J 建筑材料学报， 2 0 0 5 ， 8 ( 6 ) ： 6 7 6 6 8 1 1 2 王海超， 何世钦 人工神经网络技术在高强混凝土中的应用 建筑 材料学报， 2 0 0 4 ， 3 ( 7 ) ： 9 4 1 0 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m