浅谈高性能混凝土的应用和优化设计

[摘要]：高性能混凝土自提出以后的10多年以来，世界各国都对其进行了大量的推广应用和优化设计工作。进入20世纪90年代以后，高性能混凝土的推广应用和优化设计快速发展，世界各国均对此予以高度重视。本文具体介绍了一些高性能混凝土的应用和优化设计。

[关键词]：高性能混凝土 应用 优化设计

一、高性能混凝土的应用

1.高性能混凝土质量控制的关键在于保证原材料和拌合物质量的稳定

应充分考虑施工过程中可能出现的各种情况，制定充分的预防措施，合理设置原材料和拌合物的质量是否稳定的控制点，杜绝在施工过程中间随意更改既定施工方案和施工条件已经变化而施工措施一成不变的现象发生。耐久性混凝土尽可能的采用大型搅拌站集中拌制，由于采用电子计量系统对各种原材料进行计量，整套设备自动化程度较高，受操纵人员人为影响较小，对混凝土配合比的要求执行的比较好，这样搅拌出的混凝土质量比较均匀，质量也相对稳定，混凝土的耐久性相对较好。原材料每盘称量偏差如下：水泥、矿物掺和料±1%，粗细骨料±2%，外加剂、拌和用水±1%。

2.加强对混凝土拌和物的检测控制

以往对混凝土拌和物出机及现场的指标一般只测混凝土坍落度，看混凝土的和易性和泌水情况。而现在却要还要加测出机温度、含气量、入模温度、压力泌水率等指标而且频率比较大，这就要求试验人员要配备的比普通混凝土施工的要多。细骨料应选用洁净的砂子，最好是圆形颗粒的天然河砂。任何新选料源或连续使用同料源、同品种、同规格的粗细骨料达一年时，要进行全面检测。控制混凝土的各种温度主要是为了防止温差过大引起混凝土混凝土产生裂缝。在高温下拌合、浇筑和养护会损害混凝土的质量和耐久性，过热会使坍落度损失过快，拌合物用水量增大。因此，炎热天气施工对混凝土施工最高温度和浇筑作业应有限制。

3.其他问题的应用

当施工现场存在机械运输困难，运距较长等问题时，应适当提高混凝土的出机温度，以保证混凝土在运输过程中不致被冻坏。为使混凝土达到必要的出机温度，通常需要对拌和水或骨料进行预热，或两者都加热。加热拌和水是最有效的办法，不但容易做到，而且加热水所消耗的能量仅是同质量骨料的1/4。但拌和水的加热程度要适当，且应保证每盘混凝土之间温度相差不太悬殊。为避免发生速凝或假凝现象，太热的水不要直接与水泥或外加剂接触。为此，可采用加热水与骨料先拌和的搅拌工艺。 新浇混凝土与邻接的已硬化的混凝土或岩土介质间的温差不得大于15℃。这是因为新浇混凝土浇筑于已硬化混凝土表面时，由于两种混凝土的收缩不能同步，新浇混凝土往往由于收缩受到硬化混凝土的的限制而产生开裂，这种现象在两种混凝土温差过大时更为明显。

混凝土拆模时，芯部混凝土与表层混凝土之间的温差、表层混凝土与环境之间的温差均不得大于20℃（梁体芯部混凝土与表层混凝土之间的温差、表层混凝土与环境之间的温差以及箱梁腹板内外侧混凝土之间的温差均不得大于15℃）。在炎热和大风干燥季节，应采取有效措施防止混凝土在拆模过程中开裂。混凝土养护要注意湿度和温度两个方面。养护不不仅是浇水保湿，还要注意控制混凝土的温度变化。在湿养护的同时，应该保证混凝土表面温度与内部温度和所接触的大气温度之间不出现过大的差异。采取保温和散热的综合措施，可以防止温降和温差过大。 混凝土的潮湿养护通常采用喷水或保水方法，或用湿砂土，湿麻袋覆盖。预制混凝土或寒冷天气中浇筑的混凝土通常用密封罩内送蒸汽的方法保持潮湿。在遮阳防晒条件下进行混凝土潮湿养护，往往比向混凝土外露面洒水养护还有效。由于高性能混凝土在我国的大规模应用才刚刚开始，其施工控制技术的研究总结还有待大家共同努力总结。

二、高性能混凝土配合比优化设计

高性能混凝土作为一种新型的优质建筑材料，因其具有强度高、耐久、变形小等优点，已被广泛应用于现代工程结构中。因为高强高性能混凝土是一种多相复合材料，其性能在很大程度上是由原材料的性质及其相对含量决定的，所以对混凝土的配合比进行设计是获得其优良性能的关键，高强高性能混凝土对性能的要求相对复杂，经典的设计方法已很难达到要求，如何对高强高性能混凝土配合比进行优化设计是现今社会亟待解决的问题。应该研究适用于强度等级从C60～C100的高强高性能混凝土配合比的优化设计。利用正交实验法对高强高性能混凝土试验方案进行了设计。结合当前国内外混凝土配合比设计的现状，对高强高性能混凝土原材料组分及其性能进行研究分析，为配合比优化设计提供理论基础；总结高强高性能混凝土配合比试验数据，利用统计软件对试验数据进行偏相关分析，得到各组分与28天抗压强度、坍落度之间的相关程度，在此基础上，结合试验数据分析结果和考虑耐久性的要求，可以得出水胶比、砂率、聚羧酸系高效减水剂、粉煤灰、硅灰用量的最佳取值范围，并将此作为优化问题的约束条件；由于原材料用量与混凝土性能之间存在复杂的非线性关系，所以在高强高性能混凝土性能和原材料用量之间建立多元非线性模型，根据泰勒（Taylor）级数公式，利用多项式予以逼近：采用的配合比试验数据有限，为了提高拟合精度，所以将模型中的变量由原先的七个（水泥、砂子、石子、水、聚羧酸系高效减水剂、硅灰和粉煤灰）减少为五个（水胶比、砂率、聚羧酸系高效减水剂、硅灰和粉煤灰）；利用数据统计软件对47组试验数据进行回归拟合分析，得到高强高性能混凝土28天抗压强度以及坍落度预测方程，并将预测结果与试验结果进行对比，发现预测方程的拟合精度满足要求。基于强度、和易性及经济性对高强高性能混凝土配合比进行优化设计。以强度、坍落度预测方程以及造价方程为目标函数，利用序列二次规划法，基于MATLAB优化工具箱，对配合比优化问题进行编程求解；优化结果与试验结果对比发现，优化思路不仅能够实现高强高性能混凝土性能的优化，还能够实现混凝土造价的最低化；考虑高强高性能混凝土的耐久性，分析引起混凝土耐久性问题的根源，从高强高性能混凝土的材料组分上进行进行优选，利用高强高性能混凝土的抗渗性能来体现耐久性，通过五组高强高性能混凝土的抗渗等级试验，分析水灰比、硅灰和粉煤灰三种因素对高强高性能混凝土抗渗性能的影响。研究成果将为混凝土结构构件、混凝土结构、甚至是整片混凝土建筑的优化提供高强高性能混凝土材料方面的优化依据；同时直接为广大工程技术人员提供了混凝土的最优配合比，使技术人员在混凝土的材料选择上更具有借鉴性。

参考文献：

[1] 胡雅群. 浅谈粉煤灰对混凝土耐久性的影响[J]. 科技创新导报. 2010（32）

[2] 赵绪礼. 水泥性能与混凝土耐久性的关系分析[J]. 价值工程. 2010（23）