數(shù)據(jù)分析在混凝土配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探究論文

　　數(shù)據(jù)分析是指用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)收集來(lái)的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取有用信息和形成結(jié)論而對(duì)數(shù)據(jù)加以詳細(xì)研究和概括總結(jié)的過(guò)程。這一過(guò)程也是質(zhì)量管理體系的支持過(guò)程。在實(shí)用中，數(shù)據(jù)分析可幫助人們作出判斷，以便采取適當(dāng)行動(dòng)。以下是學(xué)習(xí)啦小編為大家精心準(zhǔn)備的：數(shù)據(jù)分析在混凝土配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探究相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!

　　數(shù)據(jù)分析在混凝土配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探究全文如下：

　　混凝土是全世界范圍應(yīng)用最為廣泛的建筑材料。在混凝土誕生的一百多年中，無(wú)數(shù)科研工作者、工程實(shí)踐者付諸大量的心血探索混凝土的奧秘。但是由于混凝土是一種從細(xì)觀到宏觀都是高度非均質(zhì)的多項(xiàng)復(fù)雜體系，在科學(xué)實(shí)踐中存在眾多問(wèn)題。

　　混凝土配合比設(shè)計(jì)的研究對(duì)于混凝土生產(chǎn)企業(yè)優(yōu)化工藝、降低成本有著重要意義，為此全世界范圍內(nèi)的學(xué)者都給出過(guò)不同的研究方法。但是現(xiàn)行的配合比設(shè)計(jì)方法仍存在較多問(wèn)題亟待解決。究其原因主要是有關(guān)混凝土材料的基礎(chǔ)理論性研究不足，導(dǎo)致現(xiàn)行的眾多的配合比設(shè)計(jì)方法均不能以材料科學(xué): 組成、結(jié)構(gòu)與性能的科學(xué)方法來(lái)闡述混凝土的內(nèi)在問(wèn)題。

　　我們可以對(duì)國(guó)內(nèi)外幾種配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià): 美國(guó)ACI 方法: 其優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單易行，通過(guò)查表即可得出配合比，但是各個(gè)參數(shù)的選擇理論依據(jù)不強(qiáng)，對(duì)于材料性狀變化的敏感性差，是經(jīng)驗(yàn)性配合比設(shè)計(jì)方法最為典型的案例。而英國(guó)BRE 方法，相比美國(guó)ACI 方法參數(shù)選擇相似，但是其選擇依據(jù)考慮的因素更多，缺點(diǎn)也比較明顯，仍是圖表選擇的形式，可能導(dǎo)致普適性較差。法國(guó)Dreux 方法的優(yōu)點(diǎn)在于各個(gè)參數(shù)考慮細(xì)致。但是，Dreux 級(jí)配曲線可能有一定局限性。法國(guó)( de. larrad) 則在理論上更勝一籌，以物理模型和數(shù)學(xué)模型建立的設(shè)計(jì)方法。而我國(guó)現(xiàn)行的配合比設(shè)計(jì)方法更注重的是經(jīng)驗(yàn)性設(shè)計(jì)。應(yīng)該注意到，這樣的配合比設(shè)計(jì)方法理論基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，經(jīng)驗(yàn)性選擇居多，并且計(jì)算結(jié)果偏差很大。具體表現(xiàn)在，強(qiáng)度公式引起的誤差波動(dòng)，其次用水量與砂率的選擇依據(jù)也并不充分。

　　近年來(lái)，隨著“人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”等數(shù)據(jù)分析方法研究的興起，越來(lái)越多的人開(kāi)始嘗試用數(shù)據(jù)挖掘與分析的方法來(lái)進(jìn)行混凝土配合比的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。比如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法就具有非線性處理能力強(qiáng)、不需要明確的函數(shù)關(guān)系式等特點(diǎn)。一個(gè)三層BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以以任意精度近似任何連續(xù)函數(shù)。甚至有研究指出采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，具有適應(yīng)性強(qiáng)、準(zhǔn)確有效的優(yōu)點(diǎn)，是進(jìn)行多組分混凝土配合比設(shè)計(jì)的一種切實(shí)可行的方法。

　　本文針對(duì)混凝土配合比設(shè)計(jì)的研究工作已經(jīng)取得的進(jìn)展，闡明混凝土配合比設(shè)計(jì)所存在的問(wèn)題，分析并討論數(shù)據(jù)分析在混凝土配合比設(shè)計(jì)中的地位與意義，為混凝土配合比設(shè)計(jì)的進(jìn)一步研究與工程實(shí)踐提供一定的參考價(jià)值。

　　1 數(shù)據(jù)分析與混凝土配合比設(shè)計(jì)

　　1. 1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

　　1. 1. 1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡(jiǎn)介通常意義上的BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是以輸入單元為自變量、輸出單元為因變量、網(wǎng)絡(luò)單元間的連接權(quán)值為調(diào)整參量，按最小誤差原則逐步反饋修正而使網(wǎng)絡(luò)達(dá)到最佳模擬狀態(tài)的一種數(shù)學(xué)算法，即誤差反傳誤差反向傳播算法的學(xué)習(xí)過(guò)程，由信息的正向傳播和誤差的反向傳播兩個(gè)過(guò)程組成。輸入層各神經(jīng)元負(fù)責(zé)接收來(lái)自外界的輸入信息，并傳遞給中間層各神經(jīng)元; 中間層是內(nèi)部信息處理層，負(fù)責(zé)信息變換，根據(jù)信息變化能力的需求，中間層可以設(shè)計(jì)為單隱層或者多隱層結(jié)構(gòu); 最后一個(gè)隱層傳遞到輸出層各神經(jīng)元的信息，經(jīng)進(jìn)一步處理后，完成一次學(xué)習(xí)的正向傳播處理過(guò)程，由輸出層向外界輸出信息處理結(jié)果。

　　當(dāng)實(shí)際輸出與期望輸出不符時(shí)，進(jìn)入誤差的反向傳播階段。誤差通過(guò)輸出層，按誤差梯度下降的方式修正各層權(quán)值，向隱層、輸入層逐層反傳。周而復(fù)始的信息正向傳播和誤差反向傳播過(guò)程，是各層權(quán)值不斷調(diào)整的過(guò)程，也是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)訓(xùn)練的過(guò)程，此過(guò)程一直進(jìn)行到網(wǎng)絡(luò)輸出的誤差減少到可以接受的程度，或者預(yù)先設(shè)定的學(xué)習(xí)次數(shù)為止。

　　1. 1. 2 在混凝土配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是非線性處理能力強(qiáng)、不需要明確的函數(shù)關(guān)系式等，正是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)慢慢滲透到了各行各業(yè)當(dāng)中且有著非常廣泛的應(yīng)用。理論上講，一般的三層BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以以任意精度近似任何連續(xù)函數(shù)。有科學(xué)研究指出，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，具有適應(yīng)性強(qiáng)、準(zhǔn)確有效的優(yōu)點(diǎn)，是進(jìn)行多組分混凝土配合比設(shè)計(jì)的一種切實(shí)可行的方法。劉國(guó)華等人曾以BP 網(wǎng)絡(luò)表達(dá)的混凝土性能——配合比關(guān)系作為約束條件，以成本函數(shù)作為目標(biāo)條件，采用Monte - Carlo 隨機(jī)試驗(yàn)法建立直接優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)輸入輸出單元的選擇和預(yù)測(cè)結(jié)果穩(wěn)定性進(jìn)行較深入的探討，最終開(kāi)發(fā)出了實(shí)用軟件。

　　1. 1. 3 應(yīng)用實(shí)例

　　用BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立一個(gè)混凝土配合比設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)模型，首先必須能夠讓輸入單元反映出影響混凝土最終性能的各個(gè)因素，且輸出單元要包括所設(shè)計(jì)混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)。因此輸入單元主要包括各種原材料的用量和混凝土制作工藝，主要有以下幾種: 膠凝材料水泥的品種、強(qiáng)度、初終凝時(shí)間; 砂的用量與細(xì)度模數(shù); 石子的用量、顆粒級(jí)配和最大、最小粒徑;礦物摻合料如膨潤(rùn)土、粘土、粉煤灰、礦渣、礦粉等的用量; 用水量; 外加劑( 主要指減水劑用量及其減水率) 。對(duì)于混凝土的制作工藝，主要是指其拌合方式，因?yàn)椴煌陌韬戏绞匠杀静煌玫降幕炷列阅芤灿胁町?。而輸出單元主要包括混凝土?qiáng)度、流動(dòng)度與和易性，其他各項(xiàng)性能因一般情況暫不要求顧不做考慮。

　　為了提高模型在實(shí)際運(yùn)算中的效率，可根據(jù)不同要求對(duì)輸入輸出單元做適當(dāng)取舍。將輸入單元中原材料的影響分為用量與質(zhì)量指標(biāo)兩類。對(duì)于原材料的用量，由于在具體工程中某些材料如礦物摻合料等不會(huì)被采用，因此可以忽略; 質(zhì)量指標(biāo)往往對(duì)于同一工程而言，同產(chǎn)地原材料性能變化不大，在計(jì)算中可視為常值不予考慮。如果樣本中原材料種類過(guò)多，包含了預(yù)設(shè)輸入單元以外的原材料，則視作無(wú)效樣本，不予采用; 但當(dāng)樣本中原材料種類少于網(wǎng)絡(luò)單元中原材料的種類時(shí)，此類樣本中未使用的原材料用量可以以0 代替。當(dāng)然，如果試驗(yàn)得到的混凝土性能種類少于網(wǎng)絡(luò)輸出單元的性能種類，則視為無(wú)效樣本。

　　1. 2 模糊聚類分析

　　1. 2. 1 模糊聚類分析簡(jiǎn)介模糊聚類分析是用數(shù)學(xué)方法研究和處理所要研究對(duì)象的分類問(wèn)題，即用數(shù)學(xué)定量地確定分析對(duì)象之間在性質(zhì)、特征等方面的親疏關(guān)系和相似性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)事物客觀地分型劃類的數(shù)學(xué)方法。它是一種非常有效的分類手段，廣泛地應(yīng)用于天氣預(yù)報(bào)、地震預(yù)測(cè)、地質(zhì)勘探、環(huán)境保護(hù)以及圖像語(yǔ)言識(shí)別等領(lǐng)域之中; 但是模糊集合論不同于普通的集合論，它是一種全新的理論，因而理解起來(lái)需要作一下思維的變換。而聚類分析是數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的一種多元分析方法，它是用數(shù)學(xué)方法定量地確定樣本的親疏關(guān)系，從而客觀地進(jìn)行類型的劃分。在客觀世界中，事物之間的界限有確切的亦有模糊的。

　　當(dāng)分類要求涉及事物之間的模糊界限時(shí)，需運(yùn)用模糊聚類分析方法。通常把被聚類的事物稱為樣本，將被聚類的一組事物稱為樣本集。模糊聚類分析有兩種基本方法: 系統(tǒng)聚類法和逐步聚類法。聚類分析是用數(shù)學(xué)方法研究和處理所要研究對(duì)象的分類問(wèn)題，即用數(shù)學(xué)定量地確定分析對(duì)象之間在性質(zhì)、特征等方面的親疏關(guān)系和相似性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)事物客觀地分型劃類的數(shù)學(xué)方法。用模糊聚類分析事物更加的靈活，客觀和計(jì)算簡(jiǎn)便。

　　1. 2. 2 在混凝土配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用模糊聚類分析在混凝土配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要是采用基于模糊等價(jià)關(guān)系的動(dòng)態(tài)聚類法，其計(jì)算過(guò)程主要是樣本與聚類指標(biāo)的選擇、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、計(jì)算模糊相似關(guān)系、確定模糊等價(jià)關(guān)系和聚類，模糊聚類分析的結(jié)論并不表征對(duì)象絕對(duì)屬于某一類，而是以清晰的閾值表征對(duì)象在一定程度上相對(duì)屬于某一類。模糊聚類分析與BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合進(jìn)行預(yù)測(cè)比單純的模糊預(yù)測(cè)精度要高，所需的訓(xùn)練次數(shù)要少，而且預(yù)測(cè)效果要好。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)模糊聚類分析可以預(yù)先將各個(gè)模式分成若干類別，而如果單純地通過(guò)隸屬度進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算則無(wú)法充分利用各個(gè)模式間存在的相容相斥關(guān)系，這樣將會(huì)導(dǎo)致可利用的信息不完整。

　　相反。如果能夠很好地配合BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信息處理機(jī)制，則可以充分增強(qiáng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類能力。除此之外，還可以使各個(gè)模式間的相容相斥信息得以利用，預(yù)測(cè)精度會(huì)相應(yīng)提高。模糊聚類由于可以從量上把握研究體系中的復(fù)雜和模糊不確定的關(guān)系，因此在混凝土配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)用模糊聚類方法可以解決那些往往無(wú)法定量討論的問(wèn)題。模糊聚類還可以通過(guò)對(duì)混凝土配合比基礎(chǔ)理論的修正，來(lái)側(cè)面優(yōu)化通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的混凝土配合比設(shè)計(jì)系統(tǒng)。周雙喜曾以鋼渣粉、粉煤灰、礦渣粉、燒黏土等作為試驗(yàn)對(duì)象，把摻加不同摻合料膠砂的3d與28d 抗壓、抗折強(qiáng)度作為樣品的指標(biāo)，通過(guò)模糊聚類分析了摻合料的活性，并由此避免了憑經(jīng)驗(yàn)選擇所帶來(lái)的主觀片面性。

　　李敏等人采用抗壓強(qiáng)度損傷系數(shù)、外觀損傷系數(shù)和耐久度損傷系數(shù)為一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，以爆裂度、裂縫寬度為二級(jí)指標(biāo)，確定了評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，建立了評(píng)價(jià)計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)了無(wú)損傷快速的對(duì)高強(qiáng)混凝土受火后的綜合評(píng)價(jià)。田華等人指出通過(guò)選取兩類指標(biāo): 最簡(jiǎn)單直觀的水灰比、礦物摻合料用量、砂率、水泥強(qiáng)度、混凝土外加劑用量和骨料最大粒徑或者體現(xiàn)混凝土強(qiáng)度、工作性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性的抗壓強(qiáng)度、坍落度、抗?jié)B性和原材料，將模糊聚類分析法用于混凝土質(zhì)量控制中可改進(jìn)傳統(tǒng)混凝土質(zhì)量評(píng)定結(jié)果的不客觀性。趙運(yùn)德等人以人力、機(jī)械、材料、方法和環(huán)境為指標(biāo)采用模糊聚類分析法，建立了一種快捷方便的混凝土質(zhì)量評(píng)估模型，可預(yù)測(cè)混凝土質(zhì)量評(píng)價(jià)中的影響因素，以確保工程質(zhì)量的合格。

　　1. 3 灰色關(guān)聯(lián)分析

　　1. 3. 1 灰色關(guān)聯(lián)分析簡(jiǎn)介灰色關(guān)聯(lián)分析方法是根據(jù)各個(gè)因素之間發(fā)展趨勢(shì)的相似相異程度( 灰色關(guān)聯(lián)度) 作為衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的一種方法?；疑P(guān)聯(lián)分析的基本原理是考察各行因素之間微觀或宏觀的幾何接近，以分析和確定各因素之間的影響程度或若干個(gè)子因素對(duì)主因素的貢獻(xiàn)程度?；疑到y(tǒng)理論實(shí)際上提出了對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析的概念，該理論企圖通過(guò)一定的方法來(lái)尋求系統(tǒng)中各子系統(tǒng)( 或因素) 之間的數(shù)值關(guān)系。也正因?yàn)榇?，灰色關(guān)聯(lián)度分析對(duì)于任意一個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展變化態(tài)勢(shì)都提供了數(shù)量化的度量。關(guān)聯(lián)度是針對(duì)于兩個(gè)系統(tǒng)之間的因素中隨時(shí)間或不同對(duì)象而變化的關(guān)聯(lián)性大小的量度。在系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，若兩個(gè)因素變化的趨勢(shì)具有一致性( 同步變化程度高) ，則可以說(shuō)二者關(guān)聯(lián)程度大，因此可以得出在某個(gè)包含多種因素的系統(tǒng)中具體的某個(gè)因素是屬于主要的、次要的還是影響比較小的。

　　1. 3. 2 在混凝土配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

　　混凝土是一種可用于多種環(huán)境下的非均質(zhì)材料，其性能受多種因素的影響，而應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)理論可以將混凝土多個(gè)影響因素的“影響力”進(jìn)行量化、排序，不僅使人們?cè)诶碚撋细玫恼J(rèn)識(shí)混凝土，而且有助于混凝土配合比設(shè)計(jì)方法在理論層面上的完善。馮慶革等人曾借助灰色關(guān)聯(lián)理論計(jì)算出養(yǎng)護(hù)齡期為7、28d 的混凝土抗壓和抗拉強(qiáng)度與10nm ～ 20nm 范圍的孔關(guān)聯(lián)度最大， 91d 時(shí)與大于400nm 的孔關(guān)聯(lián)度最大。梁本亮的結(jié)論與按照單因素敏感性分析方法得出的結(jié)果一致，即應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)建立了氯離子濃度、水灰比、環(huán)境濕度和構(gòu)件表面氯離子濃度與氯離子侵蝕壽命之間的關(guān)聯(lián)度，得出混凝土結(jié)構(gòu)氯離子侵蝕壽命影響因子敏感度中，以構(gòu)件表面氯離子濃度為最高，其次是氯離子濃度和環(huán)境濕度，水灰比敏感度最低。

　　張永娟等人通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)理論分別分析了鋼渣粉和礦粉顆粒與混凝土強(qiáng)度之間的關(guān)系，指出要想提高鋼渣粉顆粒群的反應(yīng)活性，應(yīng)增加粒徑為5μm ～ 30μm，尤其是粒徑為5μm ～ 10μm 的顆粒含量，而礦渣粉則是0 ～20 μm范圍內(nèi)的顆粒對(duì)混凝土強(qiáng)度有積極作用。席峰等人通過(guò)分析聚苯乙烯泡沫混凝土的原材料用量與混凝土強(qiáng)度和密度的關(guān)聯(lián)度，指出在密度不變的情況下，水灰比的改變和減水劑的使用對(duì)混凝土強(qiáng)度影響最大; 而在強(qiáng)度不變的情況下，砂石和EPS 的含量是影響密度的主要因素。

　　C. Y. Chang和他的團(tuán)隊(duì)曾將灰色關(guān)聯(lián)和賦權(quán)技術(shù)結(jié)合起來(lái)確定了應(yīng)用再生骨料生產(chǎn)混凝土的最佳參數(shù)。馮慶革等人通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析法計(jì)算出養(yǎng)護(hù)齡期為7、28d 的混凝土抗拉、抗壓強(qiáng)度與10nm ～ 20nm 范圍的孔關(guān)聯(lián)度最大，91d時(shí)與大于400nm 的孔關(guān)聯(lián)度最大。羅洵利用灰色關(guān)聯(lián)法，分析了膠凝材料用量、水膠比、磨細(xì)礦渣摻量、硅灰摻量與混凝土坍落度和28d 強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)度，得出膠凝材料的用量對(duì)混凝土強(qiáng)度和流動(dòng)性的影響最大的結(jié)論。袁曉露的團(tuán)隊(duì)還通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)法分析了水泥礦物組成與韌性間的主次相關(guān)性。陳志江等人利用灰色關(guān)聯(lián)分析法得到了各個(gè)因素對(duì)混凝土碳化深度的影響，按照大小依次排序?yàn)? 水灰比、相對(duì)濕度、水泥用量、碳化時(shí)間。

　　2 總結(jié)

　　( 1) 采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，具有適應(yīng)性強(qiáng)、準(zhǔn)確有效的優(yōu)點(diǎn)，是進(jìn)行多組分混凝土配合比設(shè)計(jì)的一種切實(shí)可行的方法。

　　( 2) 模糊聚類分析與BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合進(jìn)行預(yù)測(cè)比單純的模糊預(yù)測(cè)精度要高，所需的訓(xùn)練次數(shù)要少，而且預(yù)測(cè)效果要好。

　　( 3) 灰色關(guān)聯(lián)理論可以將混凝土多個(gè)影響因素的“影響力”進(jìn)行量化、排序，不僅使人們?cè)诶碚撋细玫恼J(rèn)識(shí)混凝土，而且有助于混凝土配合比設(shè)計(jì)方法在理論層面上的完善。