各类混凝土配合比设计理论分析与思考.pdfVIP

各类混凝土配音比设计理论的分析与思考 ，张雄赵明 (同济大学建筑材料研究所) 摘要：通过对国内外混凝土配合比设计方法进行对比，分析了各类混凝土配合比设计方法中主要参 数的选择依据，解析了其配合比设计理论与思路。借鉴近年国际混凝土配合比优化设计成果和国内 混凝土业内的实践经验，分析了现行混凝土配合比设计方法的局限性。基于上述分析和思考，提出 了混凝土配合比模型化设计理念。 关键词：混凝土配合比优化设计模型化 1引言 混凝土是全世界范围应用最为广泛的建筑材料。在混凝土诞生的一百多年中，无数 科研工作者、工程实践者付诸大量的心血探索混凝土的奥秘。但是由于混凝土是一种 从细观到粗观都是高度非均质的多项复杂体系，在科学实践中存在众多问题。而作为 混凝土最终应用的前提步骤一配合比设计，全世界范围内的学者都给出了不同的研究方 法。然而由于混凝土材料的基础理论性研究不足，导致现行的配合比设计方法仍存在 较多问题亟待解决。通过对比分析国内外的不同配合比设计方法，将混凝土配合比设 计中的主要问题加以提炼，并统计分析近年来配合比研究的着重点，提出了几点关于 混凝土配合比设计的问题。 值得注意的是，由于原材料的变化和对混凝土性能要求的提高，现今的混凝土越来 越复杂，现行简单化的方法已不再适用，需要进一步科学化。而通过混凝土基础性的 研究突破，才能够促进混凝土体系中“组成、结构与性能’’的材料科学研究方法的实 现，为混凝土材料的更加广泛应用与发展奠定坚实的基础。 2国内外配合比设计方法综合评述 现代混凝土具有六大组分，但是进行配合比设计中，一般仅考虑最为简单的情况， 即水、水泥、细骨料和粗骨料的组成形式。因此配合比设计的实质可以概括为：“水+ 水泥+细骨料+粗骨料=混凝土’’，即求解四个组成未知数。一般的，通过体积法或者质 量法可以建立一个整体恒定方程，那么混凝土配合比可以转化成：求水灰比、用水量 (或水泥用量)、砂率(或骨料用量)三个参数。 表1中简单介绍了几种常用的配合比设计方法中关键参数的选择依据，通过对比， 我们可以对几种配合比设计方法进行简单的评价：美国ACI方法：其优点在于简单易 行，通过查表即可得出配合比，但是各个参数的选择理论依据不强，对于材料性状变 化的敏感性差，是经验性配合比设计方法最为典型的案例。而英国BRE方法，相比美 国ACI，参数选择相似，但是其选择依据考虑的因素更多，如：水灰比选择考虑短期． 长期力学性能，砂率选择考虑了小于0．6衄细骨料量；缺点也比较明显，仍是图表选 择的形式，可能导致普适性较差。可以认为其作为图表选择的配合比方法很优秀，如 果能够用数学的方法表示则会有更加出色的表现。 表1几种典型配合比方法对比 法国DreuX方法的优点在于各个参数考虑细致，如：选择用水量时考虑到耐久性， 计算砂率时，综合考虑最大粒径、水泥用量、颗粒形状、级配。但是，D他u)【级配曲线 可能有一定局限性。级配曲线的制作是艰难的，而且效果可能不如人意，因此不建议 以制作级配曲线的方法改进配合比设计。法国(de．1蹦砸)则在理论上更胜一筹，以物 理模型和数学模型建立的设计方法。但是同时，由于其过于复杂而难以推广。不过， 这一设计理论为我们提供了进行配合比理论设计的思路，通过物理模型和数学方法的 结合进行理论设计，再通过计算机求解，最终得到理想的配合比设计方法。 而我国现行的配合比设计方法更注重的是经验性设计。在规范中，试图展示一个简 单易行的设计方法。对于幅员辽阔的中国，这样一个普适的方法已经十分优秀。但是， 应该注意到，这样的配合比设计方法理论基础相对薄弱，经验性选择居多，并且计算 结果偏差很大。具体表现在，强度公式引起的误差波动，其次用水量与、砂率的选择 依据也并不充分。除此之外，日本阿部道彦提倡的配合比方法、中国吴中伟院士提出 的高性能混凝土配合比设计方法、中国陈建奎教授提出的全计算法、台湾的逆填配比 法、Menla教授提出的设计方法都是值得借鉴学习的。但是现行的众多的配合比设计方 法均不能以材料科学：组成、结构与性能的科学方法来阐述混凝土的内在问题。 根据对于不同国家地区的配合忧设计方法进行分析，从这三个参数的角度解析混凝 土配合比设计中