水泥混凝土壽命與材料的關系

宋明明

中鐵二十五局集團第五工程有限公司 山東青島 266100

摘要：隨著經濟的發展，社會的進步，建筑工程的數量正日益增加。水泥混凝土自問世以來一直是建筑工程最重要的結構材料，所以水泥混凝土壽命直接影響著建筑的壽命。隨著人們對建筑質量要求的不斷提升，相應的也要求水泥混凝土的質量也不斷提升，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量。所以研究如何優化水泥混凝土各種材料之間選材與配比是很具有現實意義的。

關鍵詞：水泥混凝土；材料；優化；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合材料稱為水泥混凝土。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點，所以它從問世以來就一直是建筑工程的重要結構材料。由于現代社會的飛速發展，建筑不斷增加，因此對水泥混凝土的要求也不斷增加。這就要求對水泥混凝土的選材以及配合比的優化提出了要求。

1.水泥混凝土的發展歷程

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 發現純石灰砂漿不能抵抗水的作用，而改良出含有土石灰巖石的水硬性灰石。到了18世紀中葉人們為了構件更加強勁的混凝土做出了各種嘗試，在1850年法國朗波（Lambot J L）發明鋼筋加強混凝土，提高了混凝土的抗拉強度。到了20世紀，混凝土得到了更加迅速的發展與更加廣泛的應用，如聚合物水泥混凝土、樹脂混凝土、聚合物浸漬混凝土等都是在20世紀以后發展而來的。但一直到20世紀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掀起，各種高性能的混凝土不斷的創造出來，而在日后的不斷發展中，相信混凝土的發展會越來越強，其涉及的領域也會越來越廣。

2.適當的選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，材料必須進行適當的選擇與約束。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等級的水泥，C50以上的混凝土我們選擇強度等級為52.2的水泥。在摻和料、外加劑選擇方面我們一般選擇優質粉煤灰、硅粉和聚羧酸系高效減水劑。優質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行填充，從而提高混凝土的密實度和強度。而聚羧酸系高效減水劑可以提高混凝土的耐熱性、耐候性、耐久性等優點。在外加劑方面一般要求高效的減水劑，其含量為膠結材料總量的 0.4%～1.5%最適宜。在選擇砂石料時，要選擇中砂細度模數宜大于2.6，含泥量不應大于 1.5%，石料要選擇碎石，最大骨料粒徑一般不宜大于 25 mm，強度宜大于混凝土強度的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量的百分比。混凝土中加入砂可以在混凝土攪拌物中起到潤滑作用，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性，由此可見砂率在拌制混凝土中有著重要的作用。砂率的高低會影響集料的空間比率和總體表面積的改變，因此也會影響混凝土攪拌物的工作性質。砂率是混凝土的設計里面很關鍵的標準，由于砂率比較高，集料的空間和總表面積會隨著變大，可膠結的水泥漿就會增加，混凝土的攪拌物就會比較干、比較稠、流動性較小進而使水泥被浪費；如果砂率比較低，盡管集料的總表面積變小了，因為砂漿的量較少不可能在集料的四周構成大量的砂漿層從而起不到潤滑的功效所以會造成混凝土的攪拌物的流動性較小，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，運用于混凝土里具有膠結性能。在水和水泥發生反應以后，就會產生較硬的水泥石，讓砂和石混在一起就會有很高的強度。[1] 所以，它也是制約混凝土性能的一個關鍵因素。若水灰比小水泥漿就會比較粘稠，若水灰比大水泥漿又會比較稀，如果水灰比達到某一限度時，就會造成較重的離析狀況水分蒸發完以后在構件的內部會出現空的地方致使混凝土的抗滲的能力比較差，也會改變混凝土的強度，在使用的時候也要盡量把水灰比減到最低或適當的增加減水劑。水灰比過大或是過小都不利于混凝土的性能，所以，在制造水泥混凝土時，必須要優化水泥混凝土的性能，必須要適當調整水泥混凝土中的水灰比。[2]

3.3集灰比對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重要因素，尤其是在混凝土強度很高時有著突出的表現。水灰比一樣時混凝土會跟隨著集灰比的變化而改變，這就會使集料的數目增加，集料所吸收的水分增多，現實的水灰比減小和混凝土的內部的間隙的體積變小有關聯。當適當的增大集灰比后水泥的膠結作用與集料的連鎖作用都得到了充分的發揮。由于集灰比對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的調整集灰比。

4.優化混凝土配合比的適當方法

4.1配合比優化模型的使用

在保證水泥混凝土的耐久性、強度、以及經濟實用性的前提下，使用適當的方法建立模型，設計出高性能的混凝土配合比。而高性能的混凝土配合比的設計又是一個復雜的過程，我們不但要選擇適當的原料，還要選擇合適的優化配比參數，或是根據合適的性能--配比參數建立參數關系模型，最后進行適當的計算，使關系模型中的參數具體化，從而找到提高混凝土配比設計的合理途徑。具體方法如下：首先我們先建立適當的函數模型，然后用不同的變量分別代表函數模型中的各種材料，并且確定其單位，最后確定目標函數的公式。接下來我們就要限定約束條件了，就是將每一個自變量給定一個范圍。最后一步就是通過公式算出最終優化的結果。

4.2 Matlab函數的選擇

美國的Math works公司生產了一個可以面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高效率的高級計算語言和系統平臺，這個平臺就是Matlab。這個平臺是集中了很多的優秀算法，具有強大的計算功能以及擁有很友好的視窗環境，并且具有很高的編程效率。所以在這個平臺在使用過程中擁有很廣泛的范圍。在設計混凝土的優化配比中，Matlab工具箱可以解決一些傳統問題，例如在傳統計算中混凝土優化配比的計算一般采用Fortran、C/C++等編程語言，這些語言不但要求專業性高，而且還浪費時間。但Matlab優化工具箱由于具有強大的函數庫，使得各種數值的計算問題更加簡便有效。

結語

伴隨著經濟的快速發展，我國的建筑業也以迅猛的形式不斷的前進，建筑業中最主要也是應用范圍最廣的一項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行了研究，還就影響水泥混凝土的配比因素進行了分析，然后找到合適的方法優化水泥混凝土的配比，提高其性能。希望在日后的生活中，經過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：

[1]李敏強，寇紀凇，等.遺傳算法的基本理論與應用[M].北京：科學出版社，2012.

[2]吳正直.粉煤灰房建材料的開發與應用[M].北京：中國建材工業出版社，2013.