論混凝土配合比設計發展思路

摘 要：現代的混凝土工程已經不能完全適應傳統的基于經驗的配合比設計方法，以致于在配置的時候遇到不少問題。相關人員和機構在混凝土配合比設計發展中研究新的設計方法，包括全計算機化的設計方法、計算法、基于專家系統、配合比優化設計等。這些研究探索促進了混凝土配合比技術的快速發展。

關鍵詞：混凝土；技術途徑；優化設計

引言

確定原材料的用量和品種就是混凝土的配合比設計。在早期混凝土結構對材料的性能要求不是太高，其配制原材料的種類也沒有很多，所以傳統的配合比設計方法就可以滿足當時混凝土工程的需要。這一百多年，伴隨著社會的發展，對建筑工程質量的要求越來越高，混凝土科學技術正在經歷巨大的突破和變革。

1 傳統與現代配合比設計方法的比較

現代配合比技術相對于傳統的進步，主要體現在七個方面：一是混凝土的種類變得越來越多，出現了輕骨料等高性能的混凝土；二是大型、高層和長跨結構物的出現；三是混凝土要滿足的工程性能指標逐漸提高；四是混凝土的成份越來越豐富，各種外加劑、纖維和礦物粉料被使用；五是對結構物壽命要求的延長；六是條件和施工工藝的多樣化；七是混凝土施工速度的加快。

傳統設計方法是基于經驗的，所以在實施過程中有很多的方面不能夠達到現代混凝土的需要：一是其設計變量太少，主要是粗細骨料的用量、水和水泥。二是設計周期比較長。三是缺乏對耐久性等要求的設計手段，性能也沒有多樣化，所以它滿足的只是工作性和強度。最終導致采用傳統的方法設計結構的耐久性很低。四是優化配合比設計非常困難。五是對混凝土生產的計算機控制非常不利。（圖1）

2 混凝土配合比設計的影響因素

2.1 耐久性

首先滿足的就是耐久性的要求。其要求包括抗凍性、抗滲性、堿-集料反應、體積穩定性和抗碳化性以及抗化學侵蝕性等。有害介質通過水的侵入是大多數造成混凝土劣化發生的主要原因，所以混凝土抗滲性會影響到混凝土的耐久性。

2.2 強度

在混凝土配合比設計中，最基本的特征就是其強度。跨度很大的橋梁還有高層建筑等都對混凝土強度有著很高的要求。礦物細摻料的用量和水膠比是影響強度的主要因素。

2.3 工作性

混凝土拌合物的工作性非常重要，在某些地方甚至超過了混凝土的強度，工作性也是混凝土澆筑的關鍵部分。混凝土拌合物應具有不泌水、不離析、體積穩定等特性。加劑品種及用量、集料級配、水泥砂漿用量等是影響混凝土拌合物的主要因素。

3 混凝土配合比設計發展思路

3.1 從經驗向解析的計算方法發展

根據前文的描述，查表選值確定參數來進行混凝土配合比設計，就是根據經驗測定的半定量設計方法。隨著先進的測試技術在混凝土工程中應用和電子計算機、化學物理等新方法，混凝土技術脫離了經驗、定性，走上了定量、理論的道路。

3.2 施工質量控制和配合比選擇的計算機程序

計算機的出現帶動了全世界各個行業的發展，它的計算能力非常的強大，還具有管理事務、處理圖像文字和控制生產等功能。全世界包括我國都加強了對超級計算機的研發，使科學工程與混凝土工程聯系密切起來，為處理復雜信息和工程計算提供了工具。各行各業的各個領域都已經被它滲透，它們促使著各行各業發生巨大的進化和變革。計算機與行業結合，也就預示著其會更快的發展進步。

3.3 混凝土配合比設計關于最優化方法的應用

基礎設施建設和建筑工程在當今社會中迅猛的發展，如果對配合比設計進行優化的話，不僅可以提高經濟效益、降低成本，還可減少環境的污染，節約混凝土生產中所消耗的大量能源和資源。所以，國內外研究者早已經把配合比優化設計列入了課題。為了設計更加經濟和可靠的配合比，我們的專家學者和工程師們不停的探索，深入的研究，提出了均勻、正交設計和混料設計等。當代學者認為，現在使用的設計方法沒有把混凝土穩定性和組成成分的關系考慮其中，新拌混凝土粘聚性和體積穩定的要求也更加的滿足不了。此外，水泥漿數量、塌落度、骨料級配和用水量等與混凝土密實度有關的因素，影響著混凝土的性能，也未能加以考慮現行的設計方法。于是他提出單一目標非線性規劃模型，以各種原材料的用量為設計變量、混凝土價格為目標函數，在混凝土的性能滿足用戶需求的前提下，通過對數學模型的優化計算，使成本達到最低。還有學者根據工程中的數據建立了數據庫，寫出了各個變量之間的關系式，使其建立了聯系。此關系式不光能方便工程操作，還能預測變量指標之間的關系，隱含了施工水平。最后，將表達值和各項數據表達為目標函數，并求出相應的技術指標和各種材料的最優用量，來對混凝土配合比進行實時的控制。抗滲標號、抗凍標號、抗壓強度，混凝土總費用和抗拉強度等是主要性能指標的目標值。通過這些，混凝土配合比設計更加的簡便快捷，減少了人力、物力以及財力的消耗，還節省了時間，加快了工程完成時間也保證了工程質量。

3.4 專家系統的實踐應用

人工智能方法自從出現就一直被當做新興學科被廣大學者們探索研究。專家系統是人工智能系統中的一項分枝，是在固定的工程中，遇到困難，發現分析問題，并計算解決問題的計算機程序系統。它的主要用途是處理工程中數據和樣本所表示的符號信息，是一種能夠模擬人類思維最做出復雜的邏輯處理的信息處理系統。在20世紀60年代后期，科研人員在許多專門的領域建立咨詢系統，把人工智能的理論付諸于實踐，最終取得許多的成果。“數據+算法=傳統”是傳統的計算機程序的基本程式，它不擁有直覺性的推理功能只能按算法步驟運行，是一種過程化程序。但專家系統屬于沒有過程化的程序，它的系統里面沒有相對合適的算法，只能依靠所有的數據按照邏輯來得到答案。它擁有分設的推理機和知識庫，能夠形式化地表達專家解決問題的經驗方法以及其領域的知識，被人們描述為“知識+推理=專家系統”，它也可以自行去解決用戶遇到的問題。

4 結束語

隨著社會經濟的迅猛提升，各個行業隨之蓬勃發展，水泥混凝土等相關行業也逐漸成熟，在當今社會的發展中混凝土工程能夠起到非常重要的作用。好多年前人們還不了解甚至沒有聽說過這個行業，人們通常認為混凝土是由水泥、砂子、拌合水、石子為基本成分構成的混合物，但是在實際生產中，相關人員和專家要經過復雜的計算和實踐才能做好混凝土配合比設計的每一道工序。混凝土施工技術在最近的幾年發展非常快，我們要利用現有技術，不斷的去優化混凝土配合比設計方法，在原來的基礎上不斷的創新，使技術不斷成熟，為行業的發展做出應有的貢獻。

參考文獻

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