信息模型在建筑膠凝材料配比優化與用量統計中的應用

摘 要：為提高建筑工程用材料性能，通過分析不同膠凝材料和骨料級配的最佳配合比，制備了一種超高強混凝土，并基于信息模型進行了工程量統計和三維施工布置。結果表明，當膠凝材料和骨料級配為水泥360 kg/m 3 、礦粉30 kg/m 3 、粉煤灰90 kg/m 3 、硅灰120 kg/m 3 、砂率為40%時，28 d養護齡期的抗壓強度為107.9 MPa。32～40 ℃自然覆膜養護條件下，有利于混凝土抗壓強度穩定；靜停3 h后，在195 ℃、1.2 MPa蒸壓條件下養護8 h，再進行標準養護14 d，制備得到混凝土具有較高干燥收縮性能、徐變性能。

關鍵詞：混凝土；建筑工程；信息模型；膠凝材料；骨料級配

中圖分類號：TQ178；TU528 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）11-0099-04

Application of information model in the optimizationof building cementitious material ratio andapplication statistics

FENG Bo，AN Xu，WU Yangyang，LUO Xianyong，FU Qiang

（China State Construction No.7 Engineering Bureau Co.，Ltd.，Chongqing 401120，China）

Abstract：In order to improve the performance of materials used in construction projects，an ultra-high strengthconcrete was prepared by analyzing the optimal mix ratio of different cementitious materials and aggregate grada?tion. Based on the information model，engineering quantity statistics and three-dimensional construction layout wereconducted. The results showed that when cement was 360 kg/m 3 ，mineral powder was 30 kg/m 3 ，fly ash was 90 kg/m 3 ，silica fume was 120 kg/m 3 ，and sand content was 40%，the prepared concrete had a compressive strength of 107.9 MPaduring the 28 day curing period. Under the natural film covering curing conditions of 32～40 ℃，it was beneficialfor the stability of concrete compressive strength. After standing still for 3 hours，the concrete was cured for 8 hoursunder 195 ℃ and 1.2 MPa autoclave conditions，followed by 14 days of standard curing， the prepared concrete ex?hibited high dry shrinkage and creep properties.

Key words：concrete；construction engineering；information model；cementitious materials；aggregate grading

目前，針對混凝土制備方法較多，如向水泥中摻加再生集料的水泥，對提高水泥和混凝土的力學性能具有幫助，可以達到路基施工強度指標[1] ；將超細礦渣粉摻入水泥，用于制備混凝土，可提高混凝土的抗壓強度等力學性能，并能增加其耐久性 [2] ；通過向水泥中摻入超細玄武巖粗骨料，并將石英砂替換為石灰巖，制備了一種具有超高性能的環保型混凝土，實現了混凝土抗壓強度等力學性能的改善 [3] 。通過上述研究可以發現，不同材料摻入水泥可不同程度提高混凝土的性能，并減少水泥的使用量，對環境保護具有重要意義。但現有方法制備的混凝土性能還有待進一步提升 [4] 。為此，本研究在上述文獻的基礎上，通過分析不同膠凝材料和骨料級配的最佳配合比，制備了一種超高強混凝土，并基于信息模型進行了工程量統計和三維施工布置，實現了所制備的混凝土的應用。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

本次試驗材料主要包括：水泥，山西卓越水泥有限公司；粉煤灰，神木市旭瑞潔凈能源；礦粉，桂林市萬恒滑石制品；I型硅灰，埃文德新材料；II型硅灰，埃文德新材料；破碎卵石，凱斯博建材；聚羧酸減水劑，順美國際貿易；自來水 [5-6] ；試驗設備主要有：JW750 攪拌機，雷博機械；SF-X IV 徐變測試分析儀，賽儀歐電子；PT1005溫度探針，森垚工貿。

1. 2 試驗方法

稱取適量顆粒原材料倒入攪拌機中攪拌30 s，然后加入適量水和外加劑繼續攪拌 5 min，最后將攪拌完成的混凝土倒入模具中振動 1 min，并置于自然環境下靜停 3 h 后，根據不同養護齡期進行養護 [7] 。

混凝土宏觀性能測試共制備了3組100 mm×100 mm×100 mm的混凝土試件 [8] 。

混凝土干燥收縮測試時，制備了2組100 mm×100 mm×515 mm的混凝土試件，并在20 ℃溫度和60%相對濕度的條件下進行 [9] 。

混凝土徐變性能測試時，制備了2組100 mm×100 mm×300 mm試件，通過使用徐變測試分析儀進行分析。

本次試驗確定混凝土的最佳配合比：水、水泥、礦粉、粉煤灰、硅灰、聚羧酸減水劑分別為128、360、30、90、120和7 kg/m 3 ，砂率為40%。

2 不同材料不同養護的影響

2. 1 養護條件對抗壓強度的影響

基于制備混凝土，并在表1不同養護條件下對其進行養護。然后在養護完成的混凝土芯部插入溫度探針，分析不同養護條件下混凝土內部水化放熱情況，結果如圖1所示 [10] 。

由圖1可知，第2組養護條件下，混凝土抗壓強度穩定，未出現倒縮現象，且隨著養護齡期的延長，抗壓強度逐漸升高，最高達到106.4 MPa；第3組和第4組養護條件，相較于第1組和第2組養護條件，大幅提升了混凝土早期抗壓強度，使混凝土在養護10 h后強度就達到了48.2 MPa，但均出現了嚴重倒縮現象；對比第3組和第4組可知，混凝土養護后迅速降溫相較于緩慢降溫，抗壓強度更低。分析其原因，快速冷卻導致混凝土內部失水，進而導致水泥水化進程受到了影響 [11-12] ；第5組養護條件下，混凝土抗壓強度后期趨于平穩。綜合來看，在32～40 ℃自然覆膜養護條件下，可降低混凝土生產能耗，并有利于混凝土抗壓強度穩定。

2. 2 養護制度對干燥收縮性能的影響

根據表2制備6塊試件并分為2組。分別使用表3中第2組和第5組養護條件進行養護3 d后，將試件放置在溫度為22 ℃、相對濕度為65%干縮室。然后記錄放置0、1、7、…、180 d讀數，并根據式（1）計算混凝土干燥收縮率，得到圖2結果。

由圖2可知，混凝土干燥收縮率與養護齡期正相關，前期混凝土的干燥收縮率增長速度較快。相較于第2組養護條件，第5組養護條件下的干燥收縮率更高，但增長幅度更平緩。分析其原因是，高溫高壓養護條件使膠凝材料的水化產物分布不均，增加了混凝土微裂縫，導致干燥環境中毛細水散失更嚴重 [13-14] 。

ε st =L 0 -L tL b（1）

式中： L b 表示混凝土測量標距； L 0 表示初始試件長度讀數； L t 為 t 時刻測量的混凝土長度讀數。

2. 3 養護制度對徐變性能的影響

根據表2制備6塊試件并分為2組。分別使用表3中第2組和第5組養護條件進行養護3 d后，將試件放置在溫度為22 ℃、相對濕度為65%干縮室中，并恒定加壓340 kN。然后記錄放置0、1、7、……、180 d定位螺栓的距離讀數，并根據式（2）計算混凝土的徐變應變（ ε ct ），得到結果如圖3。

由圖3可知，混凝土的徐變度與養護齡期正相關，且前期增長速度較快，后期增加速度較平緩，說明混凝土受到加壓后期，結構形態區域穩定。分析其原因是，加壓使混凝土骨料堆積更緊密，徐變性能增大 [15] 。

ε ct =DL t -DL uL b-ε t （2）

式中： DL t 表示加荷 t（d） 后的混凝土總形變值； DL u 表示初始變形值； L b 表示測量標距； ε t 表示混凝土收縮值。

3 基于信息模型的混凝土應用

3. 1 工程量統計

工程量統計決定了施工進度和成本控制。由于信息模型中搭載了工程具體信息，可快速準確地統計工程量。因此，為制定精確混凝土材料工程量，基于信息模型進行統計，結果如表2所示。

由表2可知，基于信息模型統計的工程量材質和體積、密度、重量等信息明確，避免了材料的浪費。

3. 2 三維施工場地布置

使用Revit軟件構建信息模型庫并進行三維場地布置。首先創建信息模型，然后劃分不同堆放區并基于信息模型對機械作業過程進行仿真預演，得出施工機械的合理站位信息等，最后導出三維施工場地圖即可。基于信息模型布置的橋梁混凝土三維施工場地如圖4所示 [16] 。

4 結語

當膠凝材料配合比為水泥：礦粉：粉煤灰：硅灰=12∶4∶2∶1時，制備得到混凝土工作性能和抗壓強度最佳，坍落度和擴展度分別為225、580 mm，容重和抗壓強度分別為2 520 kg/m 3 、115.6 MPa；當骨料中水泥、礦粉、粉煤灰、硅灰分別為360、30、90、120 kg/m 3 ，砂率為40%時，制備得到混凝土工作性能最好，抗壓強度最高，坍落度為225 mm，擴展度為580 mm，容重為2 520 kg/m 3 ，抗壓強度為107.9 MPa；不同養護條件下混凝土的抗壓強度不同，在32～40 ℃自然覆膜養護條件下，可降低混凝土生產能耗，并有利于混凝土抗壓強度穩定；不同養護條件下混凝土的干燥收縮性能不同，靜停3 h后，在195 ℃、1.2 MPa蒸壓條件下養護8 h，再進行標準養護14 d，可制備得到具有較高干燥收縮性能的混凝土；不同養護條件下混凝土的徐變性能不同，靜停3 h后，在195 ℃、1.2 MPa蒸壓條件下養護8h，再進行標準養護14 d，可制備得到具有較高徐變性能的混凝土；基于信息模型可有效將所制備的混凝土用于橋梁建筑工程，并根據統計的工程量和布置的三維施工場地指導建筑工程項目，避免了材料的浪費。

【參考文獻】

[1] 王征. 再生高性能混凝土制備水泥穩定碎石路用性能研究[J]. 交通世界，2023（26）：39-41.

[2] 賀颯颯，吳迎葉，陳穎等. 超高強高性能混凝土制備與長期性能研究進展[J]. 混凝土，2023（3）：126-129.

[3] 溫聰聰. 環保型粗骨料超高性能混凝土制備與性能研究

[J]. 市政技術，2023，41（3）：35-39.

[4] 李良偉，耿旗輝，武迪等.膨脹珍珠巖基生態型超高性能混凝土制備與性能研究[J].青島理工大學學報，2022，43 （6）：78-83.

[5] 常青山，安昊文，郎慧東等.用于橋梁加固的抗擾動超高性能混凝土制備及性能研究[J].新型建筑材料，2022，49 （7）：17-21.

[6] 葛輝，張啟志. 高性能混凝土制備及其耐久性性能的試驗分析[J]. 化學與粘合，2022，44（4）：355-358.

[7] 郭雷，張雨雷，李明宇，等.適用于高速公路橋梁的高性能混凝土制備及性能評價[J].化學與粘合，2022，44 （4）：290-294.

[8]韓建軍，廖黨，席壯民，等.磁鐵礦防輻射超高性能混凝土制備及性能研究[J].硅酸鹽通報，2021，40（9）：2930-2938.

[9] 魏慧男，劉鐵軍，鄒篤建，等.含廢棄玻璃的綠色超高性能混凝土制備及性能[J].建筑材料學報，2021，24 （3）：492-498.

[10] 鄒德強，李存寶，張健飛，等. 硅灰-玄武巖纖維改性透水混凝土力學性能與耐久性研究[J]. 建材技術與應用，2023（5）：10-15.

[11] 李九陽，范辛美，羅靖煒，等. 鋼纖維種類及摻量對混凝土力學性能的影響[J].新鄉學院學報，2023，40（9）：49-52.

[12] 陳晶，亢晉軍，梁雄雄，等.陶瓷纖維和鋼纖維對輕骨料混凝土力學性能的影響[J]. 建筑科學，2023，39（9）：104-113.

[13] 徐斌. 鋼渣骨料透水混凝土力學性能與透水性能影響因素分析[J]. 福建建材，2023（9）：19-22.

[14] 楊磊，張威，何詠嘉. 膨脹劑對大體積混凝土性能的影響研究[J]. 粘接，2023，50（4）：75-78.

[15] 魏志學，楊世平. 灰巖人工砂石粉的不同摻量對提高混凝土性能的影響試驗[J]. 粘接，2023，50（9）：93-97.

[16] 張曉明. BIM技術在橋梁現澆箱梁施工中的應用研究[J]. 廣東土木與建筑，2023，30（1）：8-11.