离岸混凝土氯离子扩散系数的人工神经网络模型

混 凝 土 因其 高性 价 比及 耐久 性 而 被 广泛 应 用 于基 础设施 中。然 而对 于 处 于离 岸 环 境 中的混 凝
近年 来 ， 人 工 神 经 网络 在 预 测 混 凝 土性 质 的应 用 上 已经取 得一 定成 果 ， 然 而， 目前 对 于 混 凝 土 耐久 性 ， 尤 其 是氯离 子 渗 透 的预 测研 究 ， 仍 有 很 大
ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ．Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈａ ｔ ＡＮＮ ｉ ｓ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｉ ｎ ｐｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ｌ ｏ ｉｄｅ ｒ ｄｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｏ ｆ ｆ ｓ ｈ ｏ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｐｕ ｔ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂｌ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ａ ｌ ｌ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｏ ｆ ｆ ｓ ｈｏ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ；ｃ ｈ ｌ ｏ ｒ ｉ ｄ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ；ａ ｔｉ ｒ ｉｃ ｆ ｉ ａ ｌ ｎ ｅ ｕ ｒ ａ ｌ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｓ
成 。合 理的 网络 结 构 对 于建 立 有效 的 网络 模 型 至
１ ． ３与试验过程相关的参数（ ４个变量）
（ １ ） 养 护机 制 合理 的养 护对 于水 泥浆 体 充分 水 化 是 至关 重
要的， 而 水泥 的水 化 程 度 又 关 系 到 混 凝 土 的孔 隙 率， 得 到充分 水 化 的水 泥 ， 其孔 隙率较低 ， 因此 渗 透性 较 差 。金伟 良、 Ａ ｌ ｉ ｚ ｄ ｅ ｈ 等 人 均发 现 经 过 较 长 时 间水养 护 （ 例如 ２ ８ ｄ ） 的水 泥 浆 体 ， 其 氯 离 子
卢显扬 ， 杨 健， 刘清风， 胡宇
（ 上海交通 大学 船 舶海洋与建筑工程学 院 ， 上海 ２ ０ ０ ２ ４ ０ ）
摘要 ： 为研 究人 工神经 网络在 离岸混凝土氯离子渗透中的应用 ， 从已有文献中选用 ６ ５ ３组数据 ， 建 立 网络 结构 为 １ ３— ２ ７—１的模 型进 行训 练 、 预 测 。研 究 结果 表 明 ： 人 工神 经 网络 能有 效 预 测 离岸 混凝 土 中的 氯 离子 扩散 系数 ； 水灰比， 水泥、 减水剂、 外加剂 （ 粉煤灰、 矿渣、 硅灰 ） 、 骨 料 的 含量 以及混凝土的抗压强度、 养护机制、 试验方法、 暴露时间和暴露环境均会对氯 离子扩散 系数
（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｎ ａ ｖ ａ ｌ Ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ，Ｏ ｃ ｅ ａ ｎ＆ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｊ ｉ ａ ｏ Ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ２ ４ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
产生影 响 。
关键 词 ： 离岸 混凝 土 ； 氯 离子 ； 扩散 系数 ； 人 工神 经 网络
中图分 类号 ： Ｔ Ｕ ５ ２ ８ 文 献标 识码 ： Ａ
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人 工神 经 网络 具 有 自学 习 、 自调 整 且 能 容 忍 一定
作为输入变量 ， 并不足 以得 到一个全 面综合 的结 论 。为此 ， 本 文选 取 １ ３个 参 数 （ 水灰 比， 水泥 、 减
水剂 、 粉煤 灰 、 矿渣 、 硅灰、 粗 细 骨料 的含量 以及水 泥 的抗压 强 度 、 养护机制 、 试验方法、 暴 露 时 间 和 试 验环境 ） 作 为输 入变 量 ， 氯离 子 扩散 系数 作 为 输 出变量 ， 建立 人工 神经 网络 。来 自 １ ３篇 文 献 ８ － ２ ０ ］ 的６ ５ ３组 数 据 被分 为 训练 组 、 验证 组 和测 试 组 ， 对
误差 的特 点 ， 非 常适合 用于 多参数 问题 的求解 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５—１ １ —１ Ｏ
基金项 目： 国家 自然科 学基金 资助项 目（ ５ １ ３ ７ ８ ３ ０ ３ ， ５ １ ５ ０ ８ ３ ２ ４ ） ； 上海市 “ 浦江人才计划” （ １ ３ Ｐ Ｊ １ ４ ０ ５ ２ ０ ０ ， １ ５ Ｐ Ｊ １ ４ ０ ３ ８ ０ ０ ） ； 教育部博 士点新教师 基金资助项 目（ ２ ０ １ ３ ０ ０ ７ ３ １ ２ ０ ０ ７ ４ ）； 上海市教 委创新 重点项 目（ １ ４ Ｚ Ｚ ０ ２ ７ ） 作者简介 ： 卢显扬（ １ ９ ９ ０一） ， 男， 广东佛山人 ， 硕士 ， 主要从 事离岸 混凝 土耐久性研究 。
ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｉ ｍｅ ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ｔ ｏ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｏ ｎ ｅ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ，ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｒ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｓ ｃ ｈ ｌ ｏ ｉｄ ｒ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ —
第３ ３卷
第１ 期
河
北
工
程
大
学
学
报
（自 然
科
学
版）
Ｖｏ １ ． ３ ３ Ｎｏ ． １
Ｍａ ｒ ． ２ ０１ ６
２ ０ １ ６年 ｏ ３月
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
６
河
北
工
程
大
学
学
报
（ 自
然
科
学
版）
模 型 进行训 练 和调 整 。通 过 比较 预 测 结 果 和试 验 数 据 来验证 模 型 的有效 性 。
透 陛随着抗 压 强 度 的增 加 而 降 低 ， 因 此 抗 压 强 度
应作 为输 入 的变量 。
１人工神经 网络建模
典型 的人 工神 经 网络包 含 一 个输 入 层 ， ／ ３ ， 个 隐 藏层 和一个 输 出层 ， 每层 均 由一定 数量 的神经 元组
的提 升空 间 ， 因为现 有研 究 仅 仅选 取 ５— ６个 参 数
土结 构 ， 由于 介 质 的侵 蚀 ， 主要是氯离 子的腐蚀 ， 不 仅会 导致 结 构性 能 退 化 ， 还 会 产 生 高 额 维 修 费 用 。氯离 子扩 散系数 表 征 了混凝 土抵 抗 氯离 子侵 蚀 的能力 ， 研 究 人 员 对 于 定 量 计 算 氯 离 子 扩 散 系 数 Ｄ做 了大量 的研究 ¨ Ｉ ３ Ｊ 。然 而金 伟 良 等人 的 研 究结 果表 明扩散 系数 Ｄ 的取 值 受 到一 系 列 因素 的影 响 ， 而这 些 因素难 以在 一个 实 验 中全 部考 虑 。
扩 散 系数会 比较 小 。 养 护机 制 的定量 化公 式 为 ： ０＋ ０ ． ０ １× ｂ
关重 要 。Ｈ ｅ ｃ ｈ ｔ — Ｎ ｉ ｅ ｌ ｓ ｅ ｎ 已经论 证 了带 一层 隐藏 层的 Ｂ Ｐ网络 能够 以任 意精 度 模拟 所 有 线性 方 程 ，
并且 他建 议 隐 藏层 的神 经 元 数 ｎ按 ｎ＝２ Ｎ＋１选 取， 其 中 Ⅳ 为输 入 层 的神 经 元 数 ， 即输入变量数。 因此 本文所建 立 的 Ｂ Ｐ网络 为 １ ３— ２ ７—１的三 层神 经 网络 。此 外 ， 要 注 意 的是 有 的变 量是 定性 指 标 ， 在输 人 网络前 必须将其 转化为定量 指标 。 １ ． １混 凝土 组成 成分 （ ８个 变量 ） （ １ ） 水 灰 比
文章编号 ： １ ６ ７ ３—９ ４ ６ ９ （ ２ ０ １ ６ ） ０ １ — ０ ０ ０ ５— ０ ６
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３— ９ ４ ６ ９ ． ２ ０ １ ６ ． ０ １ ． ０ ０ ２
离 岸 混 凝 土 氯 离 子 扩 散 系数 的人 工 神 经 网络 模 型