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高性能混凝土配合比优化设计系统

浏览 391 次 来源:混凝土杂志 发布日期:2018-08-08 11:38:04

        李华生,叶潇潇

        不同物质、不同颗粒大小组成的结构体,密实度是影响结构体强度的根本因素。对混凝土而言大颗粒粗骨料作为强度的支撑体,组成混凝土的各组分材料按各自体积和粒径大小达到最高密实度是这个设计方法和系统建立的核心基础。

        组成混凝土的各原材料中,由砂子填满石子间的空隙,来达到一级密实,而砂子间的空隙由胶凝材料来填充,在胶凝材料中,水泥颗粒间的空隙由颗粒更小的粉煤灰来填充(同时起到润滑作用和火山灰效应),粉煤灰颗粒间的空隙由更小颗粒的矿渣粉来填充,一级填一级,达到混凝土结构体更好的密实度,如果配制高强度混凝土,则由更细的微珠或硅灰来填充矿渣粉颗粒间的空隙,最终向理想的零空隙率方向迈进,最后,由水来填充所有材料间的空隙,同时水与水泥发生水化作用,搅拌让混凝土各组分材料均匀有机地结合在一起,形成混凝土结构的原形。

        【题外话补充1】

        低水胶比可显著提高混凝土强度,其实这只是提高混凝土密实度的一个因素,因为过多的水在混凝土中占据了空间,混凝土硬化后,这些自由水最终蒸发到空气中,混凝土中就留下了原来水占有的空间,形成孔隙,密实度降低,因而混凝土的强度和耐久性也相应降低,这就是设计强度等级越高的混凝土,设计的水胶比越小的原因。当然,前提是要足够水泥水化所需的用水量及其它胶凝材料在整个化学反应过程中所需的用水量。

        【题外话补充2

        增加水泥用量能提高混凝土强度,原因是什么呢?很多专业技术人员难以解释其科学原理,其实这句话只在中低强度混凝土C50以下)中正确,但为什么增加水泥用量到一定量后再增加也提高不了或很少提高混凝土强度了?而且还会带来因水化热高,大体积混凝土易出现裂缝,混凝土脆性增加等诸多问题,因为水泥在混凝土中除了胶结作用外,其颗粒还有填充混凝土孔隙的作用,但水泥颗粒间如果没有更细的矿渣粉、粉煤灰、微珠或硅灰来填充,所以强度到一定值后就不再增加或增加不显著,若想提高强度,必须掺入一定量的SCM,即掺合料,即降低成本又改善混凝土的和易性。

        《高性能混凝土配合比优化设计系统》是为了解决传统混凝土配合比设计方法中以经验为主,结果宽泛、差异大的问题。通常的方法是技术人员会进行多组试配(以重量法为主),选取强度和经济性较好的一组作为生产配合比,试配中不一定能找到最优的配合比,并且往往忽视了细骨料砂的组合,目前混凝土行业普遍使用两种或两种以上砂,细骨料砂之间也有一个最佳比例组合,配合比设计时应把粗细骨料砂石作为一个整体放在一起考虑,找出一个最佳曲线,也就是最小空隙率,从而所消耗的水泥浆体也最少。在目前砂石紧缺、来源繁杂的大环境下,本系统采用富勒氏连续级配曲线和Dinger-Funk方程调整多种粗细骨料之间的比例来达到堆积最小空隙率,把最小空隙率直观、高效、快速地找出来,避免使用传统的正交方法去试验,省去了大量的人力物力。本系统另一个特点是就是根据当地地材情况优化组合,选用成本较低的材料,同样的材料可以精确组合出成本较低、工作性好、强度高和耐久性好的配合比。可以说高性能混凝土配合比优化设计系统颠覆了传统配合比设计模式,与国外先进的设计理念和方法拉近了距离,是一个质的飞跃。

        据我们走访的全国各地的混凝土生产企业和公路、铁路、海工等国家大型建设项目的混凝土现场拌合站,其配合比中水泥用量都不少,能设计出符合混凝土工程性能要求的工程师、技术人员相当缺乏,加上我国传统的“三分理论,七分经验”的混凝土设计方法在一些老工程师、老技术员心里根深蒂固,不愿接受新技术新事物,导致国内配合比设计技术水平参差不齐,相应的国标行标严重滞后于混凝土技术的发展,这也从另一个方面阻碍了高性能混凝土在全国范围的快速普及和发展。计算机软件《高性能混凝土配合比优化设计系统》的开发成功,让高性能混凝土在全国普及成为可能,大大减少工作量,提高了工作效率、可靠性和准确性,让普通技术人员也能轻松配制高性能混凝土。