大体积混凝土配合比设计优化策略

大体积混凝土配合比设计优化策略

赵传涛       ,房恒山       ,闫士帅

（中国建筑第八工程局有限公司，上海市，200000)

摘要：我国经济发展推动了建筑行业进步，工程项目数量越来越多，如何保证建筑工程的施工质量，成为社会各界共同关注的问题。在建筑工程中强度更高、耐久性更好的大体积混凝土被广泛应用，而大体积混凝土的配合比设计直接影响工程施工质量，但当前建筑工程施工过程中，大体积混凝土配合比设计依旧存在一定的问题。为此，文章结合无锡国家软件园五期项目，深入探究了建筑工程中大体积混凝土的配合比设计，以期为实际工程的大体积混凝土施工提供参考。

关键词：大体积混凝土；配合比设计；优化策略

1混凝土配合比概述

目前，大体积混凝土配合比优化技术已广泛应用在建筑领域中，常见的大体积混凝土配合比优化方式主要包含施工结构优化、供水调整、水库防洪等。因此，混凝土材料配合比优化时的主要问题和难点在于变量方案设计、状态变量的合理选择和定量调整，需要设计人员根据离散变量、约束数据以及目标参数等复杂参数选择适合的优化技术方式。从本质来看，混凝土配合比优化是指针对大体积混凝土基础配合比产生的问题，选择合适的解决方案，从而使混凝土通过优化自身结构和物质比例实现工程建设目标。对于简单的配合比方案设计来说，实现大体积混凝土配合比优化需要通过实际操作经验、信息收集以及数据计算等相关环节，进一步判断大体积混凝土的配合比情况。但是，现有大体积混凝土材料优化模式主要依靠方案设计及施工人员的工作经验，无法构建科学、合理的信息和数据模型，更不能以此作为基础条件进行定量化的参数和数据计算。因此，如果大体积混凝土配合比过于复杂，那么将会导致外部影响因素过多，仅仅依靠传统工作经验难以解决问题。针对该情况，需要选择稳定且安全的混凝土配合比，结合数据计算手段和设备完成大体积混凝土材料配合比的合理优化。

2大体积混凝土配合比设计的优化策略

2.1模型设计分析

深度学习、遗传算法、人工神经网络等信息技术都可以应用到混凝土配合比优化设计中，明确混凝土中不同元素的具体用量，以此打造出高性能的混凝土。利用相应的算法，在给定的混凝土性能指标数据上，完成全局优化设计，优化后水泥用量明显减少，粉煤灰、矿渣的用量相应提高。在优化设计中，只需要给出相应的混凝土性能，就能够设计具体的约束条件，有效减少适配工作量，节省财力和物力。综合来看，需要设计出一个混凝土配合比优化设计模型，首先借助过往的混凝土历史生产数据作为模型；其次，设计深度学习框架模型以及专家知识库，包括专家评分表和国家设计标准，更好地抽取出混凝土配合比数据；最后设计出微调模块，以单位价格、碳排放量等方面作为优化目标，完成最终的配合比优化设计。在人工智能辅助下，在输入基本的混凝土材料情况后，会先形成一个模糊匹配后的配合比，进而根据专家评分表、国家混凝土设计标准展开调整，形成基准配合比，在此基础上，可根据条件展开微调，以提高水胶比条件、抗压强度条件、成本条件、环保条件，确保最终的效果，使混凝土最终的配合比满足实际应用要求。

2.2明确配合比强度

大体积混凝土实际建设过程中，应始终保持材料浇筑时的基础性能，因此需要保证混凝土配合比的科学性，进一步提升施工效果。混凝土材料运输时还需要综合考虑运输条件及混凝土结构材料的密实度等因素。在制订大体积混凝土室内配置方案时，首先需要设计混凝土的坍落度；其次根据建筑工程实际建设要求添加外加剂，或者直接增加水泥砂浆用量，进一步调整大体积混凝土灌注时的标准坍落度。要想保证混凝土配合比在标准范围内，现场配置方案设计标准差异程度不能低于5MPa，并且施工现场方案配置设计的强度余量需要控制在8～12MPa。

2.3水泥

水泥会影响大体积混凝土的强度，且直接影响混凝土的耐久性和质量，决定整个工程的经济性。所以，在配置混凝土时，一定要结合现场环境与施工条件选择最为合适的水泥，以保证工程的施工质量。通过试验和观察水泥混凝土的破坏过程能够得知，混凝土破坏往往出现在水泥石和集料的界面位置，强度由水泥石和集料的黏结力决定。所以，水泥的品种十分关键，既要充分黏结集料，还要在硬化后符合强度要求，从而承受荷载、发挥集料作用。水泥材料的自身强度和黏结力密切关联，在配置大体积混凝土的过程中，水泥强度等级需要超过对应混凝土的强度等级，或是略低于混凝土强度等级，尽可能控制在水泥混凝土对应强度等级的0.9～1.5倍。为了方便分析试验数据，可根据实际工程的相关数据，通过鲍罗米混凝土强度公式分别计算水胶比，基准水泥用量等相关参数可见表1和表2。

对比分析以上数据得知，在用水量和高性能减水剂掺配比例一致的情况下，为保证混合料有同样的工作度，通过南方P·O42.5级水泥配置C50强度等级混凝土，按照鲍罗米混凝土强度公式计算得出的水泥用量显著超过相关技术规范要求的范围，结合工程经验可掺入一定的外掺料，在混凝土内发挥活性粘结料和填料的作用，从而减少水泥用量，提高混凝土的强度。而通过南方P·052.5级水泥配置C50强度等级混凝土，在不掺入外掺料的情况下，水泥用量即可符合相关规范要求。从经济角度考虑，需降低水泥用量，尽量掺加一定量的高质量粉煤灰或其他粉状硅质材料，提高混凝土强度，将水化热和干缩副作用降到最低。

2.4集料

在混凝土组织结构中，集料主要具有骨架作用，集料的性能会直接影响混凝土的抗压强度和弹性模量，集料强度的高低直接影响混凝土的强度。要想保证集料合格，就需要有一定的抗压强度，通常抗压强度应为混凝土设计强度的1.5～2.0倍，从而保证混凝土强度符合要求。对于大体积混凝土来说，由于集料具有混凝土骨架和抗变形的作用，且强度较低，不管是改变水泥用量还是水胶比，都难以有效提高混凝土强度，无法满足相关要求。相关实验表明，在混凝土水胶比较小的条件下，碎石最大粒径会影响混凝土的强度。对多数岩土来说，只要将最大粒径控制在9.5～16mm的范围，即可有效控制集料缺陷。为了增加表面积，加强总的黏结作用，集料最大粒径应不超过19mm，一般粒径在4.75～16mm的集料能够实现最大强度，使用粒径4.75～9.5mm或4.75～16mm的集料最为合适。

2.5外掺料

水泥混凝土的矿物掺和料主要有粉煤灰、硅粉等。当前，大体积混凝土施工中，粉煤灰是应用非常多的材料，加入粉煤灰后，可以改善混凝土的和易性和耐久性。不同生产厂家的粉煤灰生产工艺有很大不同，所以，粉煤灰对水的需求量也存在差异，控制粉煤灰就是控制其需水量。在实际施工的过程中，要严格检测粉煤灰，加强质量控制，并控制好粉煤灰的细度变化，分析混凝土强度影响，避免发生土坍情况。硅粉在混凝土内具有活性黏结和填料的作用，能够减少水泥用量，有效提高混凝土强度。在大体积混凝土配合比设计中采用矿渣或粉煤灰，同时加入一定的硅粉十分常见，在混凝土强度超过C80的情况下，掺加硅粉是实现高强的有效方式。

3结语

综上所述，混凝土材料价格较低，基础抗压强度高，且能够浇筑成各种样式，被广泛应用于建筑工程。由于混凝土施工质量的好坏直接关系到建筑结构的安全与稳定，因此施工时应合理优化混凝土配合比，确保大体积混凝土在后续施工过程环节不会产生质量问题和安全风险。

参考文献

[1]高峰.大体积混凝土配合比设计及裂缝防控技术研究[J].福建建筑，2021，（09）：151-155.

[2]任文辉.大体积混凝土配合比设计及工程应用[J].四川水泥，2021，（05）：35-36.