多元復(fù)合水泥的優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能分析

郭晨昊　王田松　焦旭鵬

摘 要：本文研究了多元復(fù)合水泥的單純形—格子設(shè)計(jì)法，并且用回歸方程分析了最優(yōu)的材料配比，最后得出結(jié)論，單純形—格子設(shè)計(jì)法能較好地分析水泥性能。

關(guān)鍵詞：多元復(fù)合水泥；單純形—格子；優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前對(duì)于水泥基復(fù)合材料的性能分析還沒(méi)有完善的理論模型，只能借助行業(yè)內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)與驗(yàn)證過(guò)的方法，例如正交設(shè)計(jì)法、公式回歸法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。正交設(shè)計(jì)法就是利用數(shù)個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)得到最優(yōu)的原材料配比，而缺點(diǎn)就是得出的結(jié)果只限于考慮因素之內(nèi)的，因此得到的配比可能不是最優(yōu)的[1]。公式回歸法是利用已知的數(shù)據(jù)對(duì)原材料進(jìn)行分析，使用這種方法前提是必須掌握大量的數(shù)據(jù)信息，否則得到的結(jié)果同樣不準(zhǔn)確。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是一種新發(fā)明的方法，優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中包含所有的影響因素，在進(jìn)行性能分析時(shí)不用考慮這些因素是怎么樣對(duì)材料造成影響的[2]。缺點(diǎn)就是要有很多實(shí)驗(yàn)值，用于訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)。單純形中心設(shè)計(jì)法是單純形—格子的一種演變，通過(guò)分析某項(xiàng)性能得出達(dá)到這一指標(biāo)的最優(yōu)材料配比關(guān)系式，然后進(jìn)行進(jìn)一步的性能分析。

1 單純形—格子設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介

單純形—格子法廣泛應(yīng)用于混料實(shí)驗(yàn)中，并由此衍生出了多種方法，例如單純形中心與極端頂點(diǎn)等。在這個(gè)混料組成的空間內(nèi)取高為1的正規(guī)單純形（次單純性內(nèi)部的任意一點(diǎn)到邊界的距離之和都是1）而這一點(diǎn)到邊界的各個(gè)距離就是這個(gè)點(diǎn)的單純形坐標(biāo)，可由此建立起（q-1）維正規(guī)單純形坐標(biāo)系。為了研究水泥性能對(duì)混料比例的影響，就要尋找指標(biāo)與混料比例之間的函數(shù)關(guān)系，也就是回歸模型。對(duì)于上述情況來(lái)說(shuō)，其m階回歸模型是有公式（1）中的項(xiàng)組成的m階完全多項(xiàng)式轉(zhuǎn)化成的m階混料規(guī)范多項(xiàng)式[3]。

2 單純形—格子設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用

本文所研究的多元復(fù)合水泥必須保證輔助性凝膠量不大于50%，對(duì)低鈣灰—礦渣、高鈣灰—礦渣與煤矸石—礦渣的裴亮進(jìn)行研究。下面以x1（水泥）—x2（低鈣灰）—x3（礦渣）三原系統(tǒng)為例，用上述計(jì)算方法，對(duì)水膠比為0.50，輔助性膠凝量不超過(guò)50%的膠砂系統(tǒng)的抗壓強(qiáng)度隨輔助性凝膠材料規(guī)格以及使用量變化規(guī)律。

在這個(gè)約束條件下形成的單純形不算是正規(guī)的單純形，不能直接使用單純形—格子法。任意分量（xi）的上界（bi）與其余分量（xj，j≠i）的下界（ai）的和等于1，滿足（bi+）（i=1，2，3）。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

4 建立實(shí)驗(yàn)結(jié)果回歸方程

根據(jù)表2的配合比制作成了試塊，在對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天后，對(duì)試塊進(jìn)行了力學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3表5所示：

5 結(jié)語(yǔ)

本文以強(qiáng)度為指標(biāo)，由于篇幅有限，本文未給出回歸方程的可靠性分析，這種方法也能夠用于研究水泥材料的其他性能，單純形的方法提供了一種采用不多試驗(yàn)就能預(yù)測(cè)性能的方法，再輔以優(yōu)化設(shè)計(jì)方法就能得到最有的比例點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳玲俐，夏賢清.摻石灰石、粉煤灰復(fù)合水泥的研究[J].國(guó)外建材科技.2011（03）.

[2]李北星，何真，梁文泉，劉洪超，汪斌.中低熱高摻量混合材復(fù)合水泥的性能研究[J].水泥.2012（01） .

[3]向新，段瓊，廖斌，郭俊才.活化復(fù)合水泥的研制及性能研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2015（10）.

[4]周惠群，吳紅.分磨混合生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)復(fù)合水泥特性研究[J]. 中2010（02） .

[5] 陳玲俐，夏賢清. 摻石灰石、粉煤灰復(fù)合水泥的研究[J]. 國(guó)外建材科技. 2001（03）.

[6]龍先球. 新型紙維布復(fù)合水泥袋投產(chǎn)[J]. 建材工業(yè)信息. 1987（21）.

[7]李東旭.利用工業(yè)廢渣研制少熟料高標(biāo)號(hào)復(fù)合水泥[J]. 新型建筑材料. 2000（11） .

[8]黃新，龍世宗，袁潤(rùn)章.復(fù)合水泥粒徑分布對(duì)強(qiáng)度影響的初步探討[J].中國(guó)建材科技. 2000（05）.

[9]李相國(guó)，梁文泉，李北星，王信剛.粉煤灰礦渣復(fù)合水泥試驗(yàn)研究及其應(yīng)用[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）. 2002（03）.

[10]李北星，胡曉曼，陳娟，何真.高摻量混合材復(fù)合水泥的水化性能[J]. 硅酸鹽學(xué)報(bào). 2004（10）.

[11]吳紅，陳袁魁.利用工業(yè)廢渣制備復(fù)合水泥的研究[J].水泥. 2006（05）.

[12]孫長(zhǎng)江，滕群柱，向新，郭俊才.活化復(fù)合水泥的研制與早期微觀結(jié)構(gòu)研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2006（10）.

[13]楊瑞海，余淑華.三乙醇胺系礦渣復(fù)合助磨劑的研究[J].水泥. 2006（12）.

[14] 朱洪波，王培銘，馬保國(guó).礦渣高鈣灰復(fù)合水泥的水化程度研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2006（12）.

[15] 梁文泉，李北星，何真.多粉煤灰復(fù)合水泥的水化性能研究[J]. 中國(guó)建材科技.2001（01） .