论混凝土配合比设计发展思路

论混凝土配合比设计发展思路

现代的混凝土工程已经不能完全适应传统的基于经验的配合比设计方法，以致于在配置的时候遇到不少问题。相关人员和机构在混凝土配合比设计发展中研究新的设计方法，包括全计算机化的设计方法、计算法、基于专家系统、配合比优化设计等。这些研究探索促进了混凝土配合比技术的快速发展。

标签：混凝土；技术途径；优化设计

引言

確定原材料的用量和品种就是混凝土的配合比设计。在早期混凝土结构对材料的性能要求不是太高，其配制原材料的种类也没有很多，所以传统的配合比设计方法就可以满足当时混凝土工程的需要。这一百多年，伴随着社会的发展，对建筑工程质量的要求越来越高，混凝土科学技术正在经历巨大的突破和变革。

1 传统与现代配合比设计方法的比较

现代配合比技术相对于传统的进步，主要体现在七个方面：一是混凝土的种类变得越来越多，出现了轻骨料等高性能的混凝土；二是大型、高层和长跨结构物的出现；三是混凝土要满足的工程性能指标逐渐提高；四是混凝土的成份越来越丰富，各种外加剂、纤维和矿物粉料被使用；五是对结构物寿命要求的延长；六是条件和施工工艺的多样化；七是混凝土施工速度的加快。

传统设计方法是基于经验的，所以在实施过程中有很多的方面不能够达到现代混凝土的需要：一是其设计变量太少，主要是粗细骨料的用量、水和水泥。二是设计周期比较长。三是缺乏对耐久性等要求的设计手段，性能也没有多样化，所以它满足的只是工作性和强度。最终导致采用传统的方法设计结构的耐久性很低。四是优化配合比设计非常困难。五是对混凝土生产的计算机控制非常不利。（图1）

2 混凝土配合比设计的影响因素

2.1 耐久性

首先满足的就是耐久性的要求。其要求包括抗冻性、抗渗性、碱-集料反应、体积稳定性和抗碳化性以及抗化学侵蚀性等。有害介质通过水的侵入是大多数造成混凝土劣化发生的主要原因，所以混凝土抗渗性会影响到混凝土的耐久性。

2.2 强度

在混凝土配合比设计中，最基本的特征就是其强度。跨度很大的桥梁还有高层建筑等都对混凝土强度有着很高的要求。矿物细掺料的用量和水胶比是影响强

度的主要因素。

2.3 工作性

混凝土拌合物的工作性非常重要，在某些地方甚至超过了混凝土的强度，工作性也是混凝土浇筑的关键部分。混凝土拌合物应具有不泌水、不离析、体积稳定等特性。加剂品种及用量、集料级配、水泥砂浆用量等是影响混凝土拌合物的主要因素。

3 混凝土配合比设计发展思路

3.1 从经验向解析的计算方法发展

根据前文的描述，查表选值确定参数来进行混凝土配合比设计，就是根据经验测定的半定量设计方法。随着先进的测试技术在混凝土工程中应用和电子计算机、化学物理等新方法，混凝土技术脱离了经验、定性，走上了定量、理论的道路。

3.2 施工质量控制和配合比选择的计算机程序

计算机的出现带动了全世界各个行业的发展，它的计算能力非常的强大，还具有管理事务、处理图像文字和控制生产等功能。全世界包括我国都加强了对超级计算机的研发，使科学工程与混凝土工程联系密切起来，为处理复杂信息和工程计算提供了工具。各行各业的各个领域都已经被它渗透，它们促使着各行各业发生巨大的进化和变革。计算机与行业结合，也就预示着其会更快的发展进步。

3.3 混凝土配合比设计关于最优化方法的应用

基础设施建设和建筑工程在当今社会中迅猛的发展，如果对配合比设计进行优化的话，不仅可以提高经济效益、降低成本，还可减少环境的污染，节约混凝土生产中所消耗的大量能源和资源。所以，国内外研究者早已经把配合比优化设计列入了课题。为了设计更加经济和可靠的配合比，我们的专家学者和工程师们不停的探索，深入的研究，提出了均匀、正交设计和混料设计等。当代学者认为，现在使用的设计方法没有把混凝土稳定性和组成成分的关系考虑其中，新拌混凝土粘聚性和体积稳定的要求也更加的满足不了。此外，水泥浆数量、塌落度、骨料级配和用水量等与混凝土密实度有关的因素，影响着混凝土的性能，也未能加以考虑现行的设计方法。于是他提出单一目标非线性规划模型，以各种原材料的用量为设计变量、混凝土价格为目标函数，在混凝土的性能满足用户需求的前提下，通过对数学模型的优化计算，使成本达到最低。还有学者根据工程中的数据建立了数据库，写出了各个变量之间的关系式，使其建立了联系。此关系式不光能方便工程操作，还能预测变量指标之间的关系，隐含了施工水平。最后，将表达值和各项数据表达为目标函数，并求出相应的技术指标和各种材料的最优用量，来对混凝土配合比进行实时的控制。抗渗标号、抗冻标号、抗压强度，混凝土总费用和抗拉强度等是主要性能指标的目标值。通过这些，混凝土配合比设计

更加的简便快捷，减少了人力、物力以及财力的消耗，还节省了时间，加快了工程完成时间也保证了工程质量。

3.4 专家系统的实践应用

人工智能方法自从出现就一直被当做新兴学科被广大学者们探索研究。专家系统是人工智能系统中的一项分枝，是在固定的工程中，遇到困难，发现分析问题，并计算解决问题的计算机程序系统。它的主要用途是处理工程中数据和样本所表示的符号信息，是一种能够模拟人类思维最做出复杂的逻辑处理的信息处理系统。在20世纪60年代后期，科研人员在许多专门的领域建立咨询系统，把人工智能的理论付诸于实践，最终取得许多的成果。“数据+算法=传统”是传统的计算机程序的基本程式，它不拥有直觉性的推理功能只能按算法步骤运行，是一种过程化程序。但专家系统属于没有过程化的程序，它的系统里面没有相对合适的算法，只能依靠所有的数据按照逻辑来得到答案。它拥有分设的推理机和知识库，能够形式化地表达专家解决问题的经验方法以及其领域的知识，被人们描述为“知识+推理=专家系统”，它也可以自行去解决用户遇到的问题。

4 结束语

随着社会经济的迅猛提升，各个行业随之蓬勃发展，水泥混凝土等相关行业也逐渐成熟，在当今社会的发展中混凝土工程能够起到非常重要的作用。好多年前人们还不了解甚至没有听说过这个行业，人们通常认为混凝土是由水泥、砂子、拌合水、石子为基本成分构成的混合物，但是在实际生产中，相关人员和专家要经过复杂的计算和实践才能做好混凝土配合比设计的每一道工序。混凝土施工技术在最近的几年发展非常快，我们要利用现有技术，不断的去优化混凝土配合比设计方法，在原来的基础上不断的创新，使技术不断成熟，为行业的发展做出应有的贡献。

参考文献

[1]文恒武.Q系列回弹仪检测混凝土抗压强度试验研究[A].第十一届全国建设工程无损检测技术学术会议论文集[C].2012：206-210.

[2]马保国，何永佳，吕林女.高性能混凝土配合比设计[J].武汉理工大学学报，2002，24（7）：14-17.