随着科学技术的进步和建筑业的发展,土木工程对混凝土材料的性能,提出了越来越高的要求。虽然混凝土科学技术已有漫长的发展历史,但仍然是一门基于实验的科学,传统的配合比设计方法在很大程度上依赖于设计者的经验。我们总希望可以搞出一个图表或者一个万能公式,能表达出或准确计算出混凝土的各种配合比,这样就方便实践和质量控制了。但由于混凝土原材料品种、质量、形态甚至产地的差异,对混凝土各项性能产生的影响各异。混凝土工程环境的差异以及气温高低、空气湿度,风速大小及养护的好坏都会对混凝土产生不容忽视的影响。再加上混凝土是非匀质、不连续结构
(1)混凝土配合比的辩证关系
配合比设计是混凝土生产中的重要环节,配合比设计过程充满着辩证法,混凝土的材料、工程结构、环境、施工工艺等差异,使用的混凝土配合比也有差异。如何辩证地看待混凝土配合比问题,关系到混凝土的材料用量与设计要求及工程质量的关系。一个合适的混凝土配合比从本质上讲是处理好配合比各参数间的对立统一的关系,明确量变与质变的规律。如,处理好浆体用量与坍落度的关系,处理好粗骨料用量与坍落度的关系,协调好用水量与外加剂用量的关系。此外,还要考虑水泥用量与掺合料的关系,砂细度模数与砂率的关系,胶凝材料用量与骨料用量的关系,掺合料与强度和耐久性的关系,混凝土强度与抗裂的关系……,这些关系中处处都存在着矛盾的对立统一、量变和质变的辩证关系。
设计配合比时应把握好不同工程结构、不同环境、不同设计要求下各材料的“适度”原则,防止量变引起质变。不同材料的性能不同,用量也有差异,即使同一材料在不同季节、不同结构,其用量也有差别,做配合比设计时应在主、客观统一中求适度,避免绝对化。要做好配合比就要求混凝土技术人员不断试验、总结逐步加深认识事物的客观规律,力求把感性认识上升到理性认识,避免以偏概全。在混凝土实践中既要注重观察、归纳、比较、推理、概况等一般方法,又要采用类比法、模型化法、数学化方法等具体专业方法排除次要因素的干扰,达到理想化的程度。
(2)确定性与随机性的辩证关系。
混凝土体系是客观事物确定性和随机性的对立统一,具有稳定性的因素也有变化的不确定性,是简单和复杂的共同体,有序和无序并存。例如,混凝土强度的大小主要受到水胶比的影响,一般来说水胶比越小,混凝土强度越高。但在水胶比确定的情况下,水泥强度的高低,矿物掺合料的品种、掺量,骨料的品种、品质都间接对混凝土强度产生影响,在看似确定性的规律中,具有很大的随机性。随着对混凝土体系的深入认识,这种随机性又可以被预测。
在混凝土体系中,一些从表面上看起来是随机的,杂乱无章的,其实在表面现象背后却具有混凝土体系自身固有的规律,体现着确定性和随机性的对立统一。混凝土原材料和配合比确定后,各组分之间的比例也相对确定,气候、温度、施工工艺条件下,混凝土的性能也会表现出很大的差异性、随机性和无序性。例如,同一天、同一个配比,不同的工程结构,不同的环境条件,有的工程结构开裂,有的不开裂,就是混凝土随机性的体现。但在相同原材料、配合比条件下,混凝土的随机性和无序性也是有一定限度的,在认识和把握混凝土体系内部规律的基础上可以将随机性控制到一定范围内。正是对混凝土内在确定性和随机性规律的把握,才使很多生产一线的工程技术人员,看到原材料、工程特点,结合气候环境、施工工艺,可以 迅速根据混凝土内部的规律,迅速确定符合实际施工要求的配合比。
(3)简单与复杂的辩证关系
混凝土是由水泥、水、砂、石、矿物掺合料和外加剂等多种组分构成的混合体系,该体系各组分之间相互影响,相互制约,“牵一发而动全身”。水胶比、用水量和砂率是构成混凝土配合比的三个重要参数,其中任何一个参数发生变化,必然引起其他参数相应改变。混凝土体系不是简单的各组分性能相加,不是简单的线性系统,常常是简单表面现象背后孕育着复杂,复杂的中有具有某种固有的规律。混凝土泌水、离析这一简单的表观现象,孕育着原材料之间的相容性,骨料级配是否合理,配合比设计是否得当,既有单一因素的影响,又有多种因素相互叠加的复合效应。混凝土科学的发展就是从复杂中发现简单的规律,用简单的规律去反作用复杂的混凝土工程实践,处处体现着简单性与复杂性的辩证统一。
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