論混凝土配合比設(shè)計(jì)發(fā)展思路

摘 要：現(xiàn)代的混凝土工程已經(jīng)不能完全適應(yīng)傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗(yàn)的配合比設(shè)計(jì)方法，以致于在配置的時(shí)候遇到不少問(wèn)題。相關(guān)人員和機(jī)構(gòu)在混凝土配合比設(shè)計(jì)發(fā)展中研究新的設(shè)計(jì)方法，包括全計(jì)算機(jī)化的設(shè)計(jì)方法、計(jì)算法、基于專(zhuān)家系統(tǒng)、配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)等。這些研究探索促進(jìn)了混凝土配合比技術(shù)的快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：混凝土；技術(shù)途徑；優(yōu)化設(shè)計(jì)

引言

確定原材料的用量和品種就是混凝土的配合比設(shè)計(jì)。在早期混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)材料的性能要求不是太高，其配制原材料的種類(lèi)也沒(méi)有很多，所以傳統(tǒng)的配合比設(shè)計(jì)方法就可以滿足當(dāng)時(shí)混凝土工程的需要。這一百多年，伴隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)建筑工程質(zhì)量的要求越來(lái)越高，混凝土科學(xué)技術(shù)正在經(jīng)歷巨大的突破和變革。

1 傳統(tǒng)與現(xiàn)代配合比設(shè)計(jì)方法的比較

現(xiàn)代配合比技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的進(jìn)步，主要體現(xiàn)在七個(gè)方面：一是混凝土的種類(lèi)變得越來(lái)越多，出現(xiàn)了輕骨料等高性能的混凝土；二是大型、高層和長(zhǎng)跨結(jié)構(gòu)物的出現(xiàn)；三是混凝土要滿足的工程性能指標(biāo)逐漸提高；四是混凝土的成份越來(lái)越豐富，各種外加劑、纖維和礦物粉料被使用；五是對(duì)結(jié)構(gòu)物壽命要求的延長(zhǎng)；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(tǒng)設(shè)計(jì)方法是基于經(jīng)驗(yàn)的，所以在實(shí)施過(guò)程中有很多的方面不能夠達(dá)到現(xiàn)代混凝土的需要：一是其設(shè)計(jì)變量太少，主要是粗細(xì)骨料的用量、水和水泥。二是設(shè)計(jì)周期比較長(zhǎng)。三是缺乏對(duì)耐久性等要求的設(shè)計(jì)手段，性能也沒(méi)有多樣化，所以它滿足的只是工作性和強(qiáng)度。最終導(dǎo)致采用傳統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的耐久性很低。四是優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)非常困難。五是對(duì)混凝土生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)控制非常不利。（圖1）

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)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?jié)B性、堿-集料反應(yīng)、體積穩(wěn)定性和抗碳化性以及抗化學(xué)侵蝕性等。有害介質(zhì)通過(guò)水的侵入是大多數(shù)造成混凝土劣化發(fā)生的主要原因，所以混凝土抗?jié)B性會(huì)影響到混凝土的耐久性。

2.2 強(qiáng)度

在混凝土配合比設(shè)計(jì)中，最基本的特征就是其強(qiáng)度?？缍群艽蟮臉蛄哼€有高層建筑等都對(duì)混凝土強(qiáng)度有著很高的要求。礦物細(xì)摻料的用量和水膠比是影響強(qiáng)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(guò)了混凝土的強(qiáng)度，工作性也是混凝土澆筑的關(guān)鍵部分?；炷涟韬衔飸?yīng)具有不泌水、不離析、體積穩(wěn)定等特性。加劑品種及用量、集料級(jí)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(shè)計(jì)發(fā)展思路

3.1 從經(jīng)驗(yàn)向解析的計(jì)算方法發(fā)展

根據(jù)前文的描述，查表選值確定參數(shù)來(lái)進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)測(cè)定的半定量設(shè)計(jì)方法。隨著先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)在混凝土工程中應(yīng)用和電子計(jì)算機(jī)、化學(xué)物理等新方法，混凝土技術(shù)脫離了經(jīng)驗(yàn)、定性，走上了定量、理論的道路。

3.2 施工質(zhì)量控制和配合比選擇的計(jì)算機(jī)程序

計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)帶動(dòng)了全世界各個(gè)行業(yè)的發(fā)展，它的計(jì)算能力非常的強(qiáng)大，還具有管理事務(wù)、處理圖像文字和控制生產(chǎn)等功能。全世界包括我國(guó)都加強(qiáng)了對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)的研發(fā)，使科學(xué)工程與混凝土工程聯(lián)系密切起來(lái)，為處理復(fù)雜信息和工程計(jì)算提供了工具。各行各業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域都已經(jīng)被它滲透，它們促使著各行各業(yè)發(fā)生巨大的進(jìn)化和變革。計(jì)算機(jī)與行業(yè)結(jié)合，也就預(yù)示著其會(huì)更快的發(fā)展進(jìn)步。

3.3 混凝土配合比設(shè)計(jì)關(guān)于最優(yōu)化方法的應(yīng)用

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和建筑工程在當(dāng)今社會(huì)中迅猛的發(fā)展，如果對(duì)配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的話，不僅可以提高經(jīng)濟(jì)效益、降低成本，還可減少環(huán)境的污染，節(jié)約混凝土生產(chǎn)中所消耗的大量能源和資源。所以，國(guó)內(nèi)外研究者早已經(jīng)把配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)列入了課題。為了設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)和可靠的配合比，我們的專(zhuān)家學(xué)者和工程師們不停的探索，深入的研究，提出了均勻、正交設(shè)計(jì)和混料設(shè)計(jì)等。當(dāng)代學(xué)者認(rèn)為，現(xiàn)在使用的設(shè)計(jì)方法沒(méi)有把混凝土穩(wěn)定性和組成成分的關(guān)系考慮其中，新拌混凝土粘聚性和體積穩(wěn)定的要求也更加的滿足不了。此外，水泥漿數(shù)量、塌落度、骨料級(jí)配和用水量等與混凝土密實(shí)度有關(guān)的因素，影響著混凝土的性能，也未能加以考慮現(xiàn)行的設(shè)計(jì)方法。于是他提出單一目標(biāo)非線性規(guī)劃模型，以各種原材料的用量為設(shè)計(jì)變量、混凝土價(jià)格為目標(biāo)函數(shù)，在混凝土的性能滿足用戶需求的前提下，通過(guò)對(duì)數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化計(jì)算，使成本達(dá)到最低。還有學(xué)者根據(jù)工程中的數(shù)據(jù)建立了數(shù)據(jù)庫(kù)，寫(xiě)出了各個(gè)變量之間的關(guān)系式，使其建立了聯(lián)系。此關(guān)系式不光能方便工程操作，還能預(yù)測(cè)變量指標(biāo)之間的關(guān)系，隱含了施工水平。最后，將表達(dá)值和各項(xiàng)數(shù)據(jù)表達(dá)為目標(biāo)函數(shù)，并求出相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)和各種材料的最優(yōu)用量，來(lái)對(duì)混凝土配合比進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制?？?jié)B標(biāo)號(hào)、抗凍標(biāo)號(hào)、抗壓強(qiáng)度，混凝土總費(fèi)用和抗拉強(qiáng)度等是主要性能指標(biāo)的目標(biāo)值。通過(guò)這些，混凝土配合比設(shè)計(jì)更加的簡(jiǎn)便快捷，減少了人力、物力以及財(cái)力的消耗，還節(jié)省了時(shí)間，加快了工程完成時(shí)間也保證了工程質(zhì)量。

3.4 專(zhuān)家系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用

人工智能方法自從出現(xiàn)就一直被當(dāng)做新興學(xué)科被廣大學(xué)者們探索研究。專(zhuān)家系統(tǒng)是人工智能系統(tǒng)中的一項(xiàng)分枝，是在固定的工程中，遇到困難，發(fā)現(xiàn)分析問(wèn)題，并計(jì)算解決問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。它的主要用途是處理工程中數(shù)據(jù)和樣本所表示的符號(hào)信息，是一種能夠模擬人類(lèi)思維最做出復(fù)雜的邏輯處理的信息處理系統(tǒng)。在20世紀(jì)60年代后期，科研人員在許多專(zhuān)門(mén)的領(lǐng)域建立咨詢(xún)系統(tǒng)，把人工智能的理論付諸于實(shí)踐，最終取得許多的成果?！皵?shù)據(jù)+算法=傳統(tǒng)”是傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序的基本程式，它不擁有直覺(jué)性的推理功能只能按算法步驟運(yùn)行，是一種過(guò)程化程序。但專(zhuān)家系統(tǒng)屬于沒(méi)有過(guò)程化的程序，它的系統(tǒng)里面沒(méi)有相對(duì)合適的算法，只能依靠所有的數(shù)據(jù)按照邏輯來(lái)得到答案。它擁有分設(shè)的推理機(jī)和知識(shí)庫(kù)，能夠形式化地表達(dá)專(zhuān)家解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)方法以及其領(lǐng)域的知識(shí)，被人們描述為“知識(shí)+推理=專(zhuān)家系統(tǒng)”，它也可以自行去解決用戶遇到的問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛提升，各個(gè)行業(yè)隨之蓬勃發(fā)展，水泥混凝土等相關(guān)行業(yè)也逐漸成熟，在當(dāng)今社會(huì)的發(fā)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(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)這個(gè)行業(yè)，人們通常認(rèn)為混凝土是由水泥、砂子、拌合水、石子為基本成分構(gòu)成的混合物，但是在實(shí)際生產(chǎn)中，相關(guān)人員和專(zhuān)家要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的計(jì)算和實(shí)踐才能做好混凝土配合比設(shè)計(jì)的每一道工序?；炷潦┕ぜ夹g(shù)在最近的幾年發(fā)展非?？?，我們要利用現(xiàn)有技術(shù)，不斷的去優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，在原來(lái)的基礎(chǔ)上不斷的創(chuàng)新，使技術(shù)不斷成熟，為行業(yè)的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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