淺談水泥強度及其預測研究現狀

劉聰慧

摘 要：采用遺傳規劃理論可以對水泥強度這種非線性關系復雜、變量多、大時滯問題進行預測，并可以獲得強度和其影響因素之間的顯性的非線性表達式。

關鍵詞：水泥強度； 預測研究

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2013）06-173-001

水泥強度通常是指水泥試件在單位面積上所承受的外力，水泥強度是衡量水泥性能的重要指標之一。作為混凝土的主要膠結材料，水泥強度既是水泥膠結能力的體現，又為混凝土強度的基本來源。

水泥強度與水泥標號是密切相關的。水泥標號是依據國家規定的強度檢驗方法在28天的抗壓強度和抗折強度來確定的，水泥強度越高，其標號越高，出廠水泥的強度和標號都必須符合國家的標準。水泥強度是對水泥質量進行評價的一個重要指標，它是水泥劃分強度等級的依據。通常來說，水泥應當在養護28d后，通過抗壓試驗后方能出廠。但是，由于各種原因，在我國水泥廠生產的水泥一般在28d內即發貨。水泥廠均按照CB/T17671-1999的要求進行水泥的檢測，雖然在保證水泥質量和水泥設計與工程質量方面起到了積極作用，但需要28天以后才能確定水泥標號，不能滿足水泥生產控制和水泥使用的要求。

水泥的強度通常用抗壓強度、抗折強度和抗拉強度來表示，單位為MPa（兆帕），是水泥重要的物理力學性能之一。水泥的抗壓強度是指水泥硬化膠砂試體在承受壓縮破壞時所受到的最大應力；抗折強度是指水泥硬化膠砂試體在承受彎曲破壞時所受到的最大應力；而水泥的抗拉強度是指水泥膠砂硬化試體在承受拉伸破壞時所承受的最大應力。其中，水泥的抗壓強度往往是水泥的抗折強度的10-20倍。因而，水泥的28d抗壓強度是水泥主要的性能指標，也是水泥劃分標號的依據。

水泥抗壓強度是水泥性能最重要指標，因此，國內及國外對水泥的性能研究主要是對水泥的抗壓強度進行預測研究。在水泥強度預測中，國內外對其的快速測定進行了大量的研究，提出了干硬試件法、統計法、化學法、濕熱法、沸水法、促凝壓蒸法等多種方法。計算機技術的發展為水泥強度的預測提供了新的方法，主要有人工神經網絡技術，遺傳算法等方法。

硬試件測定法是將在常溫養護條件下，通過小水灰比、凈漿、小試件的加壓成型等手段，達到快速增強的目的。但是水泥膠砂標準強度與凈漿快速強度之間的換算關系復雜且相關性較差。統計法多采用基于數理統計的一元線性回歸方法預測，該方法操作簡便，方法靈活，多應用于大中型的水泥生產廠。化學法根據析出

Ca（OH）2量推算出水泥的強度，由于該方法的影響因素比較復雜，所以往往準確性不高。水泥強度的快速預測研究，幾十年來，均是采用提高養護溫度以提高水泥的水化速度，根據一定的換算關系預測28天強度，方法有蒸養法、溫水法、沸水法、壓蒸法等。促凝壓蒸法通過在試件中摻和促凝劑，再在蒸壓釜中養護，以快速測得水泥強度，但是該法測定精度不高。55℃濕熱法經過我國幾十家的科研單位以及水泥廠和施工單位的聯合試驗，取得了比較滿意的結果，因此一些單位采用此法來預測水泥的28天強度。濕熱法和沸水法等傳統的水泥強度預測方法，主要是通過提高水泥的水化溫度，來快速獲得水泥的強度值，進而推得水泥的28d強度值。

自1976年第六屆國際水泥化學會議上提出以數學方法預測水泥強度的論文后，就引起各國水泥科技界的高度重視。在1980年第七屆國際水泥化學會議上，又單獨列出課題討論水泥漿體性質隨時間變化的數學模型問題。1991年，美國國家研究委員會又提出加強數學科學在材料科學中應用的課題。20多年來，國內外的水泥科技工作者在數學預測水泥強度方面進行了大量的工作，取得了許多成果。傳統的線性回歸分析預測法把水泥強度與各檢測值之間的高度非線性關系簡化為線性函數關系，勢必影響預測結果的準確性[9]。聚類分析預測法把水泥強度值固定為幾個聚類中心值，對水泥強度這樣一個高度非線性問題而言，缺乏必要的泛化能力。

利用軟計算技術預測水泥強度，利用模糊神經網絡良好的非線性逼近能力建立了水泥強度的模糊神經網絡預測模型。仿真結果表明，該模型在預測水泥28d強度方面達到了很高的精度，有較好的實用價值。根據水泥強度預測具有多變量、非線性、大時滯的特點，運用遺傳算法，建立了水泥強度的非線性預測模型。通過對有關數據進行實例計算，得到了滿意的效果。Sedat Akkurt等采用模糊邏輯與人工神經網絡相結合，成功的取得了水泥28天抗壓強度與相應參數之間關系的模糊邏輯預測模型。

近年來，由于遺傳規劃通過采用計算機程序的靈活性和強大的計算搜索學習能力，可以在可能的搜索解空間中搜尋最優解，因此，引起了科學界的廣泛關注。遺傳規劃借助自然界的進化理論，在已知的數據和解空間內的數學表達式之間建立并發現內部聯系，將解空間內的數學表達式進行優勝劣汰，并對較優解進行遺傳和變異，從而在較優解中不斷的進化選擇以獲得最優數學表達式。特別適合水泥強度預測這種非線性、多變量、大時滯問題，已經廣泛應用于多變量、非線性并需要建立數學模型和已進行預測的生產工作中。采用遺傳規劃理論可以對水泥強度這種非線性關系復雜、變量多、大時滯問題進行預測，并可以獲得強度和其影響因素之間的顯性的非線性表達式。