基于Stacking模型融合的高性能混凝土强度预测方法

针对传统经验公式对高性能混凝土强度预测时存在偏差大、效率低等问题,本文提出一种基于Stacking模型融合的高性能混凝土强度预测方法。首先,通过数据清洗和归一化对1030组高性能混凝土抗压强度试验数据进行预处理,剔除异常数据及消除数据间量纲影响;其次,基于极端梯度提算法(XGBoost)、类别优先梯度提升算法、多层感知器和随机森林(RF)4种算法开展超参数优化、模型训练和评估,采用决定系数、均方根误差和平均绝对误差对比分析4种基学习器对强度预测的整体效果,在此基础上构建基于Stacking集成学习融合多种机器学习算法的高性能混凝土强度预测模型;最后,采用103组新的高性能数据集对模型进行验证,并开展可解释分析。结果表明:与其他基学习器的组合相比,XGBoost和RF融合模型的预测精度和性能均明显提高,泛化性能较好,且可解释分析显示最重要的输入特征变量是龄期和水泥,说明模型内在的预测逻辑与工程实践的经验较吻合,具有较高的合理性与可靠度。研究结果为进一步提高高性能混凝土强度的预测精度提供参考。

超高性能混凝土收缩性能研究综述

收缩变形特性是水泥基材料性能研究的关键技术问题之一。超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)具有优异的收缩性能,其收缩率远大于普通混凝土,研究并掌握UHPC收缩特性是降低结构开裂风险的关键。文章综述UHPC的收缩机制和收缩发展过程,总结影响UHPC收缩的关键因素和减缩措施的研究进展。研究综述表明:UHPC以自收缩为主导,在加速水化阶段增长迅速;硅灰、高活性掺合料和养护制度对收缩呈正相关影响,水泥、水胶比、低活性掺合料和惰性填料对收缩呈负相关影响;纤维的掺入能有效降低收缩,但随着掺量的增加,收缩效果明显下降;调节水化反应、提高内部相对湿度(IRH)、抑制体积变化和引入内力等措施均能缓解收缩。

钙质砂的干密度特征及其试验方法研究

最大、最小干密度是评价砂土密实度的重要计算参数。通过钙质砂的最大、最小干密度试验,揭示了钙质砂颗粒破碎对最大干密度的影响,分析了最大、最小干密度随粒径和含水率的变化规律,并总结了钙质砂的最大、最小干密度的测试方法。研究表明,最大干密度随粒径的增大呈现先减小后增加的趋势;在最大干密度的测试中存在明显的颗粒破碎现象,使测试结果偏大;颗粒破碎量随粒径的增加先增加后减小,其中粗砂的破碎量最大;最小干密度随粒径的增大而减小,单一粒组钙质砂最小干密度的最大值仍然小于级配良好钙质砂的最小干密度,同一粒组的钙质砂的最小干密度随含水率的增大呈现出略有减小的趋势。建议钙质砂的最大干密度试验宜采用电动相对密度仪法,最小干密度试验宜采用量筒法。

钙质砂的渗透特性及其影响因素探讨

钙质砂在沉积过程中大多保持着原生生物骨架中的细小孔隙,多孔隙且含内孔隙、形状不规则、强度低易破碎、颗粒棱角度高、会胶结等特殊性质。其工程力学性质较一般陆相、海相沉积物有较大的差异,尤其多孔性和形状高度不规则性致使其渗透性与其他岩土介质差异明显。针对钙质砂的渗透特性开展现场多组双环渗透试验,分析密实度和颗粒级配对钙质砂渗透性的影响。现场渗透试验显示,钙质砂中的渗流速度先缓慢增大再趋于稳定,最后稳定在小幅度波动范围内;钙质砂的渗透系数K与不均匀系数C_u呈负相关关系;由于颗粒分析曲线上小于有效粒径d_(10)的曲线拐点多出现在小于某粒径土重累计百分含量为4%对应的粒径d_4附近,以新变量d_4与限制粒径d_(60)之比d_4/d_(60)分析其与钙质砂渗透性的关系,并经指数函数拟合得一定干密度ρ_d和压实度δ下的钙质砂的渗透系数关系式K=4.75e^(2d_4/d_(60)~n/lgC_u/δ)或K=4.74e^(3.374d_4/d_(60)~n/lgC_u/ρ_d),根据C_u≤5、5<C_u≤10、10<C_u≤20和C_u≥20的取值,n分别取值2、5、4、3。

钙质土颗粒咬合作用机制

形状不规则的钙质土在剪切应力作用下土颗粒之间存在咬合作用,从而使抗剪强度显著提高。为研究钙质土颗粒的咬合作用机制,针对不同粒径的钙质土开展三轴固结不排水和固结排水试验,并对颗粒形状进行了分析,揭示了钙质土咬合力的形成机制和表现形式。研究表明:(1)不规则的颗粒形状是钙质土产生咬合力的前提条件;(2)在不同粒径的钙质土中,因不同形状颗粒的含量存在差异导致咬合力大小也不同;(3)咬合力大小受应力水平影响较为明显,在低围压下咬合作用导致剪胀而提高内摩擦角;在高围压下咬合作用克服颗粒强度做功,造成颗粒破碎,提高黏聚力值而降低有效内摩擦角。钙质土颗粒之间的咬合对强度有明显增强作用,在工程设计中应充分考虑咬合力的影响。

复合石灰石粉-粉煤灰混凝土强度影响系数

粉煤灰与石灰石粉复掺一定程度上可以改善石灰石粉的不利影响,但当前缺少两者复掺时对混凝土强度影响的量化指标研究。通过C20~C50混凝土试验,探讨不同比例复掺及用水量对强度的影响,并基于试验结果建立复掺时的强度影响系数。研究表明:掺量在15%以内时,石灰石粉会引起混凝土强度降低,但降幅较小,而当保持混凝土工作性能不变,降低2%~4%用水量时,掺加石灰石粉对强度基本没有影响,掺量在10%以内时对强度甚至是有利的;研究建立强度影响系数能够定量描述石灰石粉与粉煤灰复掺时对混凝土强度的影响,为石灰石粉的推广应用提供了借鉴和参考。

复合石灰石粉-粉煤灰混凝土减水试验研究

当前缺少针对石灰石粉与粉煤灰复掺对混凝土工作性能及减水作用的定量研究。现开展不同石灰石粉与粉煤灰复掺比例、不同强度等级下,混凝土的初始坍落度、1 h经时坍落度、凝结时间试验,在保证混凝土初始坍落度不变的情况下,通过试验研究混凝土的用水量,给出掺加石灰石粉时的合理减水率,并分析降低用水量时混凝土强度的变化情况。研究结果表明:混凝土坍落度随石灰石粉的增加呈先增加后降低的趋势变化,整体能够改善混凝土的流动性,降低坍落度经时损失,但对凝结时间影响较小,不建议石灰石粉掺量超过15%;同时,石灰石粉具有优异的减水效果,当减水率控制在2%~4%时,既可满足混凝土工作性能的要求又能充分发挥其减水作用,缓解对混凝土强度降低的不利影响。

石粉基掺合料在公路工程中的应用与实践

针对公路工程建设中优质矿物掺合料日益紧缺的问题,首先阐述了石粉基掺合料的技术来源与定义,进一步说明了机制砂及石粉基掺合料一体化生产线技术原理与特点,形成石粉基掺合料的生产工艺及其在工程混凝土中的应用,分析其应用关键点,即施工性能、力学性能和外观质量等,最后结合工程实例对应用经济性进行分析。分析结果表明:石粉基掺合料混凝土施工性能良好、力学性能满足设计要求,外观质量良好,工程中应用可行;同时,其应用产生了资源再利用及节约混凝土应用成本的综合效益,经济与社会效益可观。

基于游牧式粉磨机的机制砂尾料研磨利用技术

受限于运输条件和石材的稳定性,公路工程机制砂尾料往往难以有效利用,造成严重的资源浪费和环境污染,为此提出基于游牧式粉磨机的机制砂尾料绿色资源化利用技术。首先,对广西6条高速公路石灰岩机制砂生产线尾料处理情况进行调研,并对其理化性能进行测试,评估尾料性能是否能够满足规范要求直接应用;其次,针对公路工程常地处偏远地区的特点,采用游牧式尾料研磨加工处理设备,提出将尾料加工为合格的石灰石粉的资源化利用技术;最后,对成品的理化性能及制备成混凝土的工作性能和力学性能进行试验检测,同时围绕具体落地项目对该技术的经济前景进行探讨。研究结果表明:未经处理的机制砂尾料细度与活性指数不满足规范要求,经处理后形成的石灰石粉各项指标满足规范要求,制备的混凝土性能满足设计要求,且该技术具有良好的经济性,为公路工程机制砂尾料处理提供了思路,具有广阔的应用前景。

三轴试验条件下钙质砂颗粒破碎影响因素研究

针对钙质砂颗粒易破碎的特点,对取自南海某礁的钙质砂进行大量三轴试验,研究钙质砂在不同围压、粒径、级配、密实度、排水条件和含水率条件下的颗粒破碎情况,分析以上因素对钙质砂颗粒破碎的影响。试验结果表明:钙质砂颗粒破碎受围压影响显著,与粒径并没有明显相关性;级配越好的钙质砂破碎越小;密实度增大会导致颗粒破碎加剧;不同排水条件下钙质砂颗粒破碎受有效围压影响;颗粒破碎随含水率增加而变大。

超高性能混凝土(UHPC)箱形拱桥关键技术

箱形截面是大跨度混凝土拱桥的主要截面形式,当前围绕超高性能混凝土(UHPC)箱形拱桥开展了部分设计研究,但此前国内尚未有实际工程案例的报道,为此从设计、施工、监测等方面,系统介绍国内首座UHPC箱形拱桥——八丘田车行天桥的建设情况。该桥建造过程克服了:主拱为全预制装配式UHPC拱桥设计难题、UHPC原材料本土化难题、UHPC现场制备与质量控制难题、拱肋内外模板的拆装难题、拱肋节段接头匹配难题、拱肋吊装精确合龙难题、拱桥受力特性评估难题。研究结果表明:采用UHPC建造拱桥可减小截面厚度,大幅减轻拱肋自重;采用机制砂制备UHPC不仅可满足桥梁应用需求,还可降低材料成本;桥梁各项试验结果显示,UHPC拱桥受力性能良好。该桥的成功建造,充分显示了UHPC在拱桥中的应用潜力,为以后大跨径拱桥建造提供技术积累。