混凝土优化配比设计研究

【摘要】伴随着我国的建筑行业的发展，在建筑过程中对混凝土的需求以及品质的要求也在逐年攀升，混凝土的优化配比对其性能的有着很重要的作用。就如高性能的混凝土配合比在设计的过程中，最注重的问题就是处理好在低水灰比的条件下如何能使新拌的混凝土具有较高的流动性和抗离析性强的特点。很多混凝土的配比标准需要看建筑物的具体要求，所以就需要工程师加深地去探索混凝土各性能的发挥，并且完善和优化好混凝土的不同的配置方法以及规定的标准，确保混凝土的性能能够得到科学的配制及使用，推动我国建筑事业往更高层次发展。

【关键词】混凝土 优化配比 设计 研究

一、 前言

优化常用混凝土的配合比，研究设计的对象往往是针对塑性的混凝土。因为塑性的混凝土虽然流动性不是很高，流动性也不是很好，然而混凝土本身的稳定性及其硬化性两者之间的矛盾早已有反映。上述的情况表明了现行的很多设计方法中对混凝土配合比的设计还需要进一步加深研究。针对混凝土的稳定性和高质量进行合理的控制。进而补足和优化好现行的混凝土配合比，这对我国的建筑业及其相关工业都有一定的推动作用。

二、混凝土的优化配比设计应留意什么因素

（一）混凝土配制强度的确定

混凝土的配制强度可以依照下式来进行计算：

其中公式中的 代表的是混凝土的配制强度； 则表示混凝土的立方体抗压强度的标准差；σ是混凝土的强度标准差。以上的单位都是 MPa。如果碰到情况（1）现场的条件和试验室里的条件之间具有显著的差异时；（2）碰到C30 级或者以上的强度等级混凝土就采用方法评定时，需要合理的提高混凝土的配制强度[1]。

混凝土的强度标准差应该依照相似的混凝土的统计资料作为参考进行计算，并且应该和以下列的规定符合：（1）进行计算时，利用的强度试件的组数应该大于25 组；（2）若当混凝土的强度等级分别是 C20及 C25级别的时侯，他的强度标准差的计算值不大于2.5MPa，计算其配制强度就应取标准差大于 2.5MPa；当混凝土的强度等级在C30 级之上时，它的强度标准差的计算值如果是不大于 3.0MPa 的情况，此时计算的配制强度标准差大于3.0MPa[2]。

（二）确定单位用水量

单位用水量这个参数是混凝土在进行配比设计很重要数据。因为用水量可以直接影响到混凝土本身的流动性和黏聚性及其保水性。所以在选择合适的单位用水量的，必须的基础条件是不能有离析或者泌水的现象，因为出现离析和泌水得到的混凝土当浇筑成型后，往往得到的结构不均匀，而且易形成一定的缺陷，这就势必给混凝土的结构带来或多或少的隐患。因而就必须根据规定的要求进行准确的计算。

（三）混凝土配合比的计算

当对混凝土进行配合比的计算时，其中的计算公式及其相关的参数数值都是以干燥状态的骨料作为基准。如若以饱和的面干骨料作为基准来计算时，就必须进行相应的修改。在计算混凝土的配合比一般按照以下的步骤进行：

（1）计算出配制强度值 ，并且根据公式求出相应的水灰比；

（2）设定好每立方米混凝土应该的用水量，并且计算好此时的混凝土中水泥的用量；

（3）选取好砂率，根据要求算出粗骨料及细骨料应用量的多少并且同时拟定好配计算的配合比。

当混凝土的强度等级不大于C60 级时，此时的水灰比可按照此公式进行计算：

公式其中的中 都为回归系数； 表示的是实测水泥28d 的抗压轻度值单位为（MPa）。如果没有28 天的实测值时，可以依照按此式子进行计算：

其中的 表示水泥的轻度等级值的富余系数，这个值可以按照实际给出的统计资料来确定；水泥的轻度等级值则表示为 。

利用以下的公式对骨料及细骨料的用量进行计算确定：

（1）若利用重量法计算时，可以按此公式进行计算：

其中的每 用到的水泥用量用 表示； 表示每 用到的粗骨料量； 表示每 用到的细骨料量； 则表示每 的用水量； 为砂率的值（%）； 表示每 假定拌合物的重量，它的取值一般在2350到2450kg。

（2）若利用体积法时，可以按此公式进行计算：

其中 表示水泥的密度，其值在2900到3100kg/ ； 表示粗骨料表观的密度； 则表示细骨料表观的密度； 表示水的密度，大小为 1000kg/m3；α表示混凝土含气量的百分数，此表达式可以取1。

（四） 选择外加剂和掺和料的类型与掺量

贯彻好性价比是确定好外加剂的最优原则，应进行大于三种外加剂的混凝土进行性能特性进行优化对比，合理的根据外加剂的规定标准及工程对混凝土特殊的要求，从而选取具有指标性能最好的外加剂。至于具体的掺量多少就需要经过试配及检验并且综合好各种性能指标对比优化确定。因为理论上的计算中一般往往引入了过多的假设以及经验方面的参数，所以就很有必要针对试拌的结果采取相应的调整，使其符合实际的工作性和相关的指标，最终在依据混凝土的工作性及其强度值来确定参数的最优值。

三、 混凝土配比设计优化

社会在发展，混凝土的质量要求也在不断的提高，所以一直以来配比设计和优化都没有脱离研究人员的视线。刚开始混凝土的设计目标一般是以事先拟定好的抗压强度，设计的方法大多是根据试验得到的数据作为依据。然而现今的方法多以半试验和半分析的形式，计算出骨料合适的空隙率，从而保证最大的密实度。在20 世纪中期，专家们就提出了对某些参数类似水泥用量或者水灰比采取系统修正及优化的方法，目标是在于得到相对好的初始配比。就如价格的最低配比。此种方法的实施的环境一般都是处于一种由经验和规范都有限定的范围。WilSno就以泵送混凝土作为所要研究的对象，将混凝土最佳的可泵性作为研究的目标。混凝土成分中除了水泥之外，骨料数量及其品质和混凝土其他的成分都是使用预制表格来最终决定。随着计算机普遍应用之后，类似此种表格的方法的应用程度就明显的降低了。混凝土的配比中存在很多的规律都可以被编写为计算机程序，在市场上工程师找到此类型的程序很简单。然而在早期这种类型的程序中，对其优化的规则一般没有很严格且系统的阐述，优化的过程往往都是通过不断对方案进行改进来得到的。另一种优化的方法就是通过正交的设计试验得到大量的试验数据，此方法可以根据较少的试验得到混凝土的配比中每个因素的变化是否会对混凝土的性能产生一定的影响，所以不太需要非常精确地优化准则就能找到解决实际的问题中较优的方案[3]。

现今很多成熟的数学应用软件已被广泛应用到优化混凝土的设计中去，它本质上就将数学求解的步骤交由此类专业的软件处理了。此时优化的设计重点慢慢的转到了建立其有效的数学模型。混凝土质量及需求不断的发展，致使以前仅仅是对强度以及易性为配比目标的方法适用范围萎缩，往着多目标的联合控制来进行配比设计。利用了很多先进思想类似模糊的数学和神经的网络引入到优化混凝土配比设计中。

四、 结语

利用现成研究的成果对混凝土的组分进行优化设计时，这就需要对研究的成果及其使用的设计条件都有一定的了解。规范化的表格是我国在进行合理的优化混凝土配比设计常用的方法，很多的环节明显存在缺陷。但是我们相信计算机的广泛应用和很多先进思想的融合必能使混凝土配合比设计得到跟进一步的优化。

参考文献

[1]康忠寿.混凝土的配合比设计[J].山西建筑，2008，（2） ：25-28.

[2]张凯，张海民.高强混凝土的配制[J].山西建筑，2010，（1）：123-127.

[3]张伟民，康琼.高性能混凝土配合比优化设计[J].浙江建筑，2009，（ 5）：67- 68.