1、1论混凝土配合比的合理设计方法【摘要】本文通过分析传统配合比设计方法存在的问题，阐述了当前对混凝土配合比合理设计方法的研究现状进行分析，结合混凝土配合比设计的基本原则，提出了新的合理设计方法，具有理论参考意义。 【关键词】混凝土；配合比；设计方法；分析 中图分类号：TU37 文献标识码： A 文章编号： 一、前言 随着建筑工程和基础设施的快速发展，亟需对混凝土配合比设计进行不断优化，把节约资源、减少环境的污染、降低成本、提高经济效益作为首要目标，根据这个目标来进行混凝土配合比的合理设计方法，是现阶段的重要研究方向。 二、传统配合比设计方法存在的问题和目前的研究现状 早期混凝土结构对材料性能提出
2、的要求比较简单.配制混凝土的原材料种类也比较少。伴随着生产和社会的不断发展和对建筑工程质量要求日益提高，因此传统的配合比设计方法就不能满足现在的混凝土工程的需要。传统设计方法是一种基于经验的方法，存在以下问题：一是设计周期较长。二是用料单一，主要是水泥、水和粗细骨料，难以配制出组分复杂、具有特殊性能的混凝土。三是考虑的性能较单一，主要满足强度及工作性的要求，缺乏对耐久性等特殊性能要求的设计手段。 2近年来，混凝土新技术在建筑领域获得了重大突破。如：混凝土的品种不断增多，出现了高性能混凝土、纤维混凝土、轻骨料混凝土、加气混凝土、防水混凝土和喷射混凝土等各种类型，丰富了混凝土的成分。同时对性能指标
3、有了新要求，在建筑中对抗腐蚀性、防辐射材料、耐高温高压的特种混凝土要求的施工速度加快;混凝土结构物寿命的要求延长。三、混凝土配合比的设计原则 混凝土是以水泥为主，掺用粉状物掺合料加水和外加剂配制成的胶结材浆体，将散落的砂、石拌和均匀，浇注在梁、柱、板等各种模型中，牢固地粘结成一个整体的工程材料。现代混凝土的配合比设计必须遵守以下原则： 1.进行混凝土配合比设计必须对胶结材浆体(胶结材+水+减水剂)体积、空气体积、砂体积、石体积这四部分进行混凝土配合比来设计。 2.尽可能科学合理的进行水泥品种、单方水量和高效减水剂品种的选择，配出最需要的胶结材浆体。 3.所有新拌混凝土必须具备施工时所需的工艺要
4、求，满足其性能要求。 4.混凝土浇注后的工艺在抗压强度、抗渗、抗冻融、弹性模量等性能上要争取符合结构设计要求。 四、混凝土配合比的合理设计方法分析 1.高性能混凝土配合比程序化的设计方法 （一）强度与浆骨比、试配强度与砂率的定量关系 3由于混凝土设计中强度等级的不断提高，会增加胶凝材料和浆骨的用量，通过许多试验研究，获得了混凝土强度与浆骨比之间的关系数据，根据试配关系的数据，更好的来确定它们的定量关系，公式如下： 为了加大混凝土的空隙和改善混凝土流动性，需要在砂中填充粗骨料和胶凝桨料。理论上，砂率的大小与砂石级配有关。但随着混凝土配制强度的提高，在保持流动性不变的情况下，合理的砂率与试配强度存
5、在相关性。通过许多实验研究，得到了不同水胶比情况下的合理砂率，在此基础上进一步建立了试配强度与砂率的之间的线性关系，见公式如下： （二）高性能混凝土配合比程序化的设计步骤 (1)首先进行表观密度的确定。 (2)选定混凝土配置强度。 (3)计算水灰比。 (4)确定单方用水量。 (5)根据水胶比计算胶凝材料的用量。 (6)计算砂石用量。 根据以上程序化高性能混凝土配合比设计防弊所配制的不同强度等级的混凝土，均具有良好的工作性能，能够满足现代混凝土的不同的施工工艺要求。相比普通混凝土的常规配合比设计方法，在保证强度的要求下，这种设计方法更具有工作性能和经济性，有明显的优势。 2.最优化方法在混凝土配
6、合比设计上的应用 4为了设计性能可靠、经济合理的配合比，工程师和专家们进行着不懈的研究和探索.提出过正交设计.混料设计和均匀设计等，并在混凝土设计中引入最优化数学方法。 张继先提出一种单目标的非线性规划模型.以混凝土价格为目标函数、各种原材料的用量为设计变量.通过对数学模型的优化在混凝土的一些性能符合用户需要的前提下，使成本最低。该方法的主要步骤如下: 大量的进行混凝土性能测试和实验研究； 对获得的数据进行回归分析，在混凝土的性能和组成之间的预测方程进行合理设想和建立; 矩阵表达其优化模型的约束方程，其中共含混凝土容重、杭压强度、塌落度、压力泌水、骨料级配、抗冻性、屈服应力等 7 个控制变量;
7、 建立优化设计模型，以混凝土成本价格为目标函数; 按照非线性规划的单纯形解法的方法，进行优化计算; 通过混凝土密实度来进行补偿，根据骨料含水量及吸水率来进一步调整各材料的用量。 李容湘等进行了混凝土配台比多目标优化和实时控制的研究，依据施工中实测的数据,建立了混凝土各项性能指标与各种材料用量之间的关系数据库,该模型隐含了施工水平，可以及时预测混凝土各项技术指标与各种材料用量之间的关系。应用多目标规划方法,求出各种材料的最优用量和相应的技术指标，作为对混凝土配合比的实时控制。运用多目标规划方法使 5 项指标都在一定程度上达到优化，这 5 项指标包括抗渗、强度、混凝土总费用、抗冻。 53.配合比选
8、择和施工质量控制的计算机程序 特别是随着混凝土集中搅拌和企业化生产的趋势，配合比设计采用计算机程序在混凝土厂和搅拌站产生了很大的作用。可以全部实现全程的计算机化的管理，以此达到节约材料、提高效率和稳定质量的目的。 采用精确的解析算式有利于程序的实现。通过研究配合比设计和质量控制的计算机系统，有利于实施高性能混凝土配合比设计的方法。同时运用配合比设计方法计算机系统具有良好的图形用户界面，便于用户和计算机的交互作用。 五、采用新的配合比设计方法的优势 1.采用程序化配合比设计方法、明确了混凝土强度与砂率、每立方米用水量之间的定量关系克服了以往配合比设计方法中，通过给出的用水量范围和砂率范围，仅凭经
9、验进行选择的缺点。 2.计算的程序化已经成为一个不可阻挡的趋势，这种一种定量的、系统化的配合比设计方法，程序化性很强。这种方法方便应用于在实际工程中，使原先粗略的配合比计算变得更加精确化、便捷化。 3.在保证混凝土工作性能和强度的前提下。上述配合比设计方法充分体现了经济性，充分利用了各材料的性生能.符合经济性混凝土的设计理念。同时合理掺入粉煤灰与矿粉，降低了生产成本。 六、结束语 综上所述，混凝土配合比设计作为现阶段的混凝土材料和工程技术研究中的重点内容，我们应该在配合比设计方法上不断推陈出新，本着科学的、合理的、经济的、高效的设计思路，进一步的完善混凝土配合6比设计方法。 参考文献： 1韩键.系统化的高性能混凝土配合比设计方法J.硅酸盐学报，2006,34（08）. 2赵俊鹏.回归分析应用于混凝土配合比和强度预测J.山西建筑，2009,35. 3王媛丽.混凝土耐久性的研究和工程应用J.北京：中国建材工业出版社，2001. 4李湘溶.混凝土配合比多目标优化实时控制J.水利学报，1996， （04）.
