高強高性能混凝土配合比優化設計分析

李健

摘 要：高強高性能混凝土是近年發展起來的一種新型混凝土。具有高強、高流動性、高耐久性、高體積穩定性和良好的經濟性等技術性能，一直被廣大科研和工程技術人員重視，普遍認為是21世紀混凝土技術發展的趨勢。本文通過理論分析和經驗，提出了高強高性能混凝土組成的配合比優化設計方法，為其在土木工程中的應用提供了有利的依據和有力的保證。

關鍵詞：高強高性能；混凝土；配合比

一、高強高性能混凝土的基本組成

（一）水泥

高強高性能混凝土采用的水泥應滿足以下要求：1、滿足高強高性能混凝土的強度要求；2、滿足高強高性能混凝土工作性的要求，主要表現為高流動性、保水性、保塑性和抗離析性；3、滿足高強高性能混凝土耐久性的要求，主要表現為高抗滲性、抗堿集料反應性、體積穩定性和抗蝕性；4、能夠用最少的水泥配制出性能最好的混凝土。

（二）集料

1、粗集料。選用碎石，采用連續級配，最大粒徑控制在20mm～ 25mm范圍，含泥量控制在0.5%以下，泥塊含量控制在0.2%以下，其它質量應符合現行國家標準的規定。2、細集料。選用潔凈的中砂，細度模數控制在2.6～ 3.1，顆粒級配符合11區，含泥量控制在2.0%以下，泥塊含量控制在0.5%以下，其它質量應付合現行國家保證的規定。

（三）聚羧酸系高效減水劑

摻加聚羧酸系高效減水劑的混凝土具有強度高和耐熱性、耐久性、耐候性好等優異性能。其特點是在高溫下坍落度損失小，具有良好的流動性，在較低的溫度下不需要大幅度增加減水劑的加入量。

（四）粒化高爐礦渣粉

礦粉，是用水淬高爐礦渣，經干燥，粉磨等工藝處理后得到的高細度，高活性粉料，是優質的混凝土摻合料和水泥混合材，是當今世界公認的配制高性能混凝土的重要材料。通過使用粒化高爐礦渣粉，可有效提高混凝土的抗壓強度，降低混凝土的成本。同時對抑制堿骨料反應，降低水化熱，減少混凝土結構早期溫度裂縫，提高混凝土密實度，提高抗滲和抗侵蝕能力有明顯效果。

（五）優質粉煤灰

一般選用Ⅰ級灰，利用其內含的玻璃微珠潤滑作用，降低水灰比，以及細粉末填充效應和火山灰活性效應，提高混凝土強度和改善綜合性能。

二、高強高性能混凝土配合比優化設計數學模型

高強高性能混凝土首要保證的重點性能為：強度、 耐久性、 工作性、適用性及體積穩定性，其次才考慮經濟性。因此，本文將以上性能指標作為高強高性能混凝土配合比的數學模型約束條件并以工程造價為目標函數來建立優化模型。

三、Matlab函數的選擇

Matlab是由美國Mathworks公司生產的面對科學計算、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。它集矩陣 計算、數值分析、信號處理以及非線性動態系統的建模和仿真等強大功能于一體，擁有非常友好的視窗環境，并且有很高的編程效率。對于眾多科學領域內的科研和工程實踐中的有效數值計算的題，Matlab都能提供一種快捷高效的解決方案。

在混凝土配合比設計的優化過程中存在大量的數值計算問題，如果采用Fortran、C/C++等傳統的編程語言，不僅要對語言的語法和編程技巧十分熟練，而且程序的修改、調試也耗時耗力。而 Matlab工具箱很好地解決了這個問題，其中強大的函數庫使得各種數值計算問題的解決更加簡便、 高效。

Matlab優化工具箱中，可用來求解規劃問題的主要有linprog和fmincon兩種函數。linprog函數主要用于求解多元線性問題，它使用的是一種投影的活動集算法， 是線性規劃中單純形法的變種，通過求解另一個現行規劃解來尋找初始可行解；linprog函數主要用于求解有約束非線性函數最小化問題，常用來解決具有具體約束條件的最小化問題。顯然本文的例子有明顯的約束條件，使用linprog函數更加合適，故本文采用后者.

四、結論

高強高性能混凝土因其優良的性能已被廣泛應用于特殊環境下的建筑結構當中。而原材料的種類、性質以及用量等因素直接影響到高強高性能混凝土的質量性能以及成本，進而關系到建筑結構的質量、壽命以及造價。所以確定高強高性能混凝土原材料的種類和用量，要求在滿足其強度、和易性、耐久性等性能的基礎上達到成本最低的配合比設計已經成為高強高性能混凝土材料研究的關鍵部分。

參考文獻：

[1]王帆.基于比強度的高強高性能混凝土配合比優化設計[D].西安建筑科技大學，2014.

[2]黃蔚琳.淺談C60高強高性能混凝土的配合比設計及應用[J].中華民居旬刊，2011（7）.