水泥混凝土壽命與材料的關(guān)系

宋明明

中鐵二十五局集團(tuán)第五工程有限公司 山東青島 266100

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，建筑工程的數(shù)量正日益增加。水泥混凝土自問(wèn)世以來(lái)一直是建筑工程最重要的結(jié)構(gòu)材料，所以水泥混凝土壽命直接影響著建筑的壽命。隨著人們對(duì)建筑質(zhì)量要求的不斷提升，相應(yīng)的也要求水泥混凝土的質(zhì)量也不斷提升，水泥混凝土材料的選擇與各種材料之間的配比直接影響著水凝混凝土的壽命與質(zhì)量。所以研究如何優(yōu)化水泥混凝土各種材料之間選材與配比是很具有現(xiàn)實(shí)意義的。

關(guān)鍵詞：水泥混凝土；材料；優(yōu)化；配比

由水泥、砂、碎石等材料按照一定比例用水混合而成的整體工程復(fù)合材料稱(chēng)為水泥混凝土。由于水泥混凝土具有可塑性、整體性、耐久性、耐火性好以及易于就地取材等優(yōu)點(diǎn)，所以它從問(wèn)世以來(lái)就一直是建筑工程的重要結(jié)構(gòu)材料。由于現(xiàn)代社會(huì)的飛速發(fā)展，建筑不斷增加，因此對(duì)水泥混凝土的要求也不斷增加。這就要求對(duì)水泥混凝土的選材以及配合比的優(yōu)化提出了要求。

1.水泥混凝土的發(fā)展歷程

公元前6000至公元前12000年石灰與石膏首次被用作膠結(jié)材料，這也踏出了使用水泥混凝土的第一步。之后古希臘人和古羅馬人發(fā)明使用含有泥土雜物的水硬性石灰。近代由于英格蘭人John Smeaton 發(fā)現(xiàn)純石灰砂漿不能抵抗水的作用，而改良出含有土石灰?guī)r石的水硬性灰石。到了18世紀(jì)中葉人們?yōu)榱藰?gòu)件更加強(qiáng)勁的混凝土做出了各種嘗試，在1850年法國(guó)朗波（Lambot J L）發(fā)明鋼筋加強(qiáng)混凝土，提高了混凝土的抗拉強(qiáng)度。到了20世紀(jì)，混凝土得到了更加迅速的發(fā)展與更加廣泛的應(yīng)用，如聚合物水泥混凝土、樹(shù)脂混凝土、聚合物浸漬混凝土等都是在20世紀(jì)以后發(fā)展而來(lái)的。但一直到20世紀(jì)90年代初期，高性能混凝土材料的熱潮才真正的在世界范圍內(nèi)掀起，各種高性能的混凝土不斷的創(chuàng)造出來(lái)，而在日后的不斷發(fā)展中，相信混凝土的發(fā)展會(huì)越來(lái)越強(qiáng)，其涉及的領(lǐng)域也會(huì)越來(lái)越廣。

2.適當(dāng)?shù)倪x擇配比材料可以提高水泥混凝土的壽命

如果想提高水泥混凝土的壽命，提高混凝土的性能是必不可少的。想要提高混凝土的性能，材料必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇與約束。在水泥的選擇方面我們要視具體情況而定，一般配制C30-C50混凝土我們選擇42.5等級(jí)的水泥，C50以上的混凝土我們選擇強(qiáng)度等級(jí)為52.2的水泥。在摻和料、外加劑選擇方面我們一般選擇優(yōu)質(zhì)粉煤灰、硅粉和聚羧酸系高效減水劑。優(yōu)質(zhì)粉煤灰可以提高混凝土的黏聚性、改善混凝土的綜合性能。硅粉可以有效的使水泥間的空隙進(jìn)行填充，從而提高混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度。而聚羧酸系高效減水劑可以提高混凝土的耐熱性、耐候性、耐久性等優(yōu)點(diǎn)。在外加劑方面一般要求高效的減水劑，其含量為膠結(jié)材料總量的 0.4%～1.5%最適宜。在選擇砂石料時(shí)，要選擇中砂細(xì)度模數(shù)宜大于2.6，含泥量不應(yīng)大于 1.5%，石料要選擇碎石，最大骨料粒徑一般不宜大于 25 mm，強(qiáng)度宜大于混凝土強(qiáng)度的1.20倍。最后要注意的是水膠比，想提高水泥混凝土的性能所用的水膠比宜采用0.25 ～0.42。

3.水泥混凝土配合比的影響因素

3.1砂率對(duì)水泥混凝土配合比的影響

砂率就是指水泥混凝土中砂的重量占砂石總質(zhì)量的百分比?；炷林屑尤肷翱梢栽诨炷翑嚢栉镏衅鸬綕?rùn)滑作用，它可以降低粗集料顆粒之間的摩擦阻力，有助于混凝土拌合物的流動(dòng)性，由此可見(jiàn)砂率在拌制混凝土中有著重要的作用。砂率的高低會(huì)影響集料的空間比率和總體表面積的改變，因此也會(huì)影響混凝土攪拌物的工作性質(zhì)。砂率是混凝土的設(shè)計(jì)里面很關(guān)鍵的標(biāo)準(zhǔn)，由于砂率比較高，集料的空間和總表面積會(huì)隨著變大，可膠結(jié)的水泥漿就會(huì)增加，混凝土的攪拌物就會(huì)比較干、比較稠、流動(dòng)性較小進(jìn)而使水泥被浪費(fèi)；如果砂率比較低，盡管集料的總表面積變小了，因?yàn)樯皾{的量較少不可能在集料的四周構(gòu)成大量的砂漿層從而起不到潤(rùn)滑的功效所以會(huì)造成混凝土的攪拌物的流動(dòng)性較小，綜上所述，如果想提高混凝土的性能合理的控制砂率的高低是必不可少的。

3.2水灰比對(duì)水泥混凝土配合比的影響

水灰比是指單位體積混凝土中，水和水泥兩者混合比例的大小，水與水泥在混合后是水泥漿，運(yùn)用于混凝土里具有膠結(jié)性能。在水和水泥發(fā)生反應(yīng)以后，就會(huì)產(chǎn)生較硬的水泥石，讓砂和石混在一起就會(huì)有很高的強(qiáng)度。[1] 所以，它也是制約混凝土性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。若水灰比小水泥漿就會(huì)比較粘稠，若水灰比大水泥漿又會(huì)比較稀，如果水灰比達(dá)到某一限度時(shí)，就會(huì)造成較重的離析狀況水分蒸發(fā)完以后在構(gòu)件的內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)空的地方致使混凝土的抗?jié)B的能力比較差，也會(huì)改變混凝土的強(qiáng)度，在使用的時(shí)候也要盡量把水灰比減到最低或適當(dāng)?shù)脑黾訙p水劑。水灰比過(guò)大或是過(guò)小都不利于混凝土的性能，所以，在制造水泥混凝土?xí)r，必須要優(yōu)化水泥混凝土的性能，必須要適當(dāng)調(diào)整水泥混凝土中的水灰比。[2]

3.3集灰比對(duì)水泥混凝土配合比的影響

集灰比也是影響水泥混凝土性能的一個(gè)重要因素，尤其是在混凝土強(qiáng)度很高時(shí)有著突出的表現(xiàn)。水灰比一樣時(shí)混凝土?xí)S著集灰比的變化而改變，這就會(huì)使集料的數(shù)目增加，集料所吸收的水分增多，現(xiàn)實(shí)的水灰比減小和混凝土的內(nèi)部的間隙的體積變小有關(guān)聯(lián)。當(dāng)適當(dāng)?shù)脑龃蠹冶群笏嗟哪z結(jié)作用與集料的連鎖作用都得到了充分的發(fā)揮。由于集灰比對(duì)于水泥混凝土有著重要的作用，因此，想要提高水泥混凝土的性能就必須適當(dāng)?shù)恼{(diào)整集灰比。

4.優(yōu)化混凝土配合比的適當(dāng)方法

4.1配合比優(yōu)化模型的使用

在保證水泥混凝土的耐久性、強(qiáng)度、以及經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的前提下，使用適當(dāng)?shù)姆椒ń⒛Ｐ停O(shè)計(jì)出高性能的混凝土配合比。而高性能的混凝土配合比的設(shè)計(jì)又是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，我們不但要選擇適當(dāng)?shù)脑?，還要選擇合適的優(yōu)化配比參數(shù)，或是根據(jù)合適的性能--配比參數(shù)建立參數(shù)關(guān)系模型，最后進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠?jì)算，使關(guān)系模型中的參數(shù)具體化，從而找到提高混凝土配比設(shè)計(jì)的合理途徑。具體方法如下：首先我們先建立適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)模型，然后用不同的變量分別代表函數(shù)模型中的各種材料，并且確定其單位，最后確定目標(biāo)函數(shù)的公式。接下來(lái)我們就要限定約束條件了，就是將每一個(gè)自變量給定一個(gè)范圍。最后一步就是通過(guò)公式算出最終優(yōu)化的結(jié)果。

4.2 Matlab函數(shù)的選擇

美國(guó)的Math works公司生產(chǎn)了一個(gè)可以面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高效率的高級(jí)計(jì)算語(yǔ)言和系統(tǒng)平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)就是Matlab。這個(gè)平臺(tái)是集中了很多的優(yōu)秀算法，具有強(qiáng)大的計(jì)算功能以及擁有很友好的視窗環(huán)境，并且具有很高的編程效率。所以在這個(gè)平臺(tái)在使用過(guò)程中擁有很廣泛的范圍。在設(shè)計(jì)混凝土的優(yōu)化配比中，Matlab工具箱可以解決一些傳統(tǒng)問(wèn)題，例如在傳統(tǒng)計(jì)算中混凝土優(yōu)化配比的計(jì)算一般采用Fortran、C/C++等編程語(yǔ)言，這些語(yǔ)言不但要求專(zhuān)業(yè)性高，而且還浪費(fèi)時(shí)間。但Matlab優(yōu)化工具箱由于具有強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)，使得各種數(shù)值的計(jì)算問(wèn)題更加簡(jiǎn)便有效。

結(jié)語(yǔ)

伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的建筑業(yè)也以迅猛的形式不斷的前進(jìn)，建筑業(yè)中最主要也是應(yīng)用范圍最廣的一項(xiàng)材料就是水泥混凝土，但由于水泥混凝土的使用壽命都是有限的，這就為建筑的存在壽命造成了很大影響。為了提高水凝混凝土的使用壽命，本文就水泥混凝土的材料選擇與配比進(jìn)行了研究，還就影響水泥混凝土的配比因素進(jìn)行了分析，然后找到合適的方法優(yōu)化水泥混凝土的配比，提高其性能。希望在日后的生活中，經(jīng)過(guò)人們不斷的研究可以找到更好的方法以提高水泥混凝土的性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]李敏強(qiáng)，寇紀(jì)凇，等.遺傳算法的基本理論與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2012.

[2]吳正直.粉煤灰房建材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2013.