具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

实施例：本实施例涉及一种基于工作性能和造价的混凝土配合比优化方法，其方法包括以下步骤：

1、以混凝土的各组分质量为设计变量，并且各设计变量间应尽可能相互独立。本实施例中，混凝土为自密实混凝土，其各组分分别为水、减水剂、石粉、粗骨料、砂、水泥，即设计变量分别为水的质量x₁、减水剂的质量x₂、石粉的质量x₃、粗骨料的质量x₄、砂的质量x₅、水泥的质量x₆。当然，根据混凝土组分的不同，也可选用混凝土的其它组分作为设计变量。

2、确定关于混凝土的强度和成本的目标函数。目标函数主要考虑混凝土抗压强度和成本两个因素，设计目标函数为单位体积混凝土的成本F₁(X)以及单位体积混凝土的成本F₁(X)与混凝土的抗压强度f_cp比值F₂(X)，其两者公式分别为：

F₁(X)＝c₁x₁+c₂x₂+c₃x₃+c₄x₄+c₅x₅+c₆x₆，

其中，c₁、c₂、c₃、c₄、c₅、c₆分别为水、减水剂、石粉、粗骨料、砂、水泥的单位质量成本。

3、目标函数受到约束条件的约束。约束条件的主要约束为混凝土的工作性能应满足使用要求，本实施例中，混凝土的工作性能包括抗压强度f_cp和坍落度s_p，并且抗压强度f_cp和坍落度s_p均应在规范容许范围内，约束条件的次要约束为设计变量均分别在其上、下限值范围内，约束条件的公式为：

f_cp≥f_c，

s_p≥s，

x_il≤x_i≤x_iu,i＝1,2,...,6，

其中，f_c为混凝土需满足的最小抗压强度，s为混凝土需满足的最小坍落度，V_m为混凝土的体积，其为1m³，γ₁、γ₂、γ₃、γ₄、γ₅、γ₆分别为水、减水剂、石粉、粗骨料、砂、水泥的比重，V_a为混凝土内空气体积，x_i为设计变量，x_iu和x_il分别为设计变量x_i的上、下限值。

4、抗压强度f_cp和坍落度s_p为对应配合比的估算值。基于已有文献的试验数据，通过非线性回归分析方法，拟合抗压强度f_cp、坍落度s_p与设计变量的关系，拟合模型表述为：

其中，a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆、a₇为混凝土的抗压强度f_cp的拟合参数，通过最小二乘法求得，b₁、b₂、b₃、b₄、b₅、b₆、b₇为混凝土的坍落度s_p的拟合参数，通过最小二乘法求得。当设计变量数量为i时，抗压强度f_cp和坍落度s_p均需要i+1个拟合参数。

5、采用序列二次规划法求得设计变量在目标函数中最优解。

目标函数中F₁(X)和F₂(X)最小值分别为：

min F₁(X)＝c₁x₁+c₂x₂+c₃x₃+c₄x₄+c₅x₅+c₆x₆，

约束条件为：

x_il≤x_i≤x_iu,i＝1,2,...,6。

本实施例中，根据现有文献试验中给出了27组自密实混凝土配合比以及试验测得的抗压强度、坍落度(如图1所示)，在自密实混凝土配合比设计所需最小抗压强度为20MPa，最小坍落度为500mm的约束条件下，计算出自密实混凝土抗压强度和坍落度的拟合参数(如图2所示)。按照一般市场价格，水价格为10元/t，减水剂价格10000元/t，石粉价格80元/t，粗骨料价格145元/t，砂价格80元/t，水泥价格110元/t，计算符合设计条件的最优配合比为：每立方混凝土用水188kg，减水剂7.5kg，石粉151kg，粗骨料878kg，砂758.4kg，水泥464kg，得到单位强度造价最低混凝土为每立方价格为328元。

综上所述，本实施例的方法比较现有方法，可同时考虑设计中的多个参数变量的影响，在保证混凝土性能的同时，降低单位强度成本。该方法不仅适用于自密实混凝土，对普通混凝土和其他特种混凝土的配合比优化同样适用。

虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。