混凝土架構(gòu)模型理論概述

采用結(jié)構(gòu)參數(shù)架漿比,即用粗集料與水泥和細集料質(zhì)量分數(shù)的比值取代水灰比、灰砂比取代砂率,建立了以架漿比N、灰砂比S/C偏離、單位用水量W為基本參數(shù)的混凝土架構(gòu)設(shè)計理論的數(shù)學(xué)模型。該模型是在揭示混凝土宏觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)的物理模型基礎(chǔ)上建立的數(shù)學(xué)模型,能更充分地體現(xiàn)混凝土中各材料組分對混凝土整體性能的真正意義上的貢獻,這為混凝土研究又開辟了嶄新的領(lǐng)域,也為混凝土數(shù)字化設(shè)計奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。

基于混凝土架構(gòu)模型的混凝土破壞過程和徐變仿真、硅酸鹽水泥水化過程計算機模擬、集料表面帶分子動力學(xué)模擬等研究，探索和解釋水泥水化微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能內(nèi)在聯(lián)系。2100433B

大連理工大學(xué)建筑材料研究所王立久教授于2003年最早提出“混凝土架構(gòu)模型理論”模型，為混凝土配合比設(shè)計研究提供了新的平臺。

21世紀(jì)，水泥混凝土仍然是建筑材料主體。自1824年以來的發(fā)展，混凝土的一些理論與學(xué)說推動了混凝土學(xué)科的發(fā)展，如：結(jié)構(gòu)模型理論、強度或力學(xué)本構(gòu)理論、徐變理論、斷裂力學(xué)理論、細觀力學(xué)理論、復(fù)合材料理論以及涉及耐久性的一些學(xué)說等。我國混凝土學(xué)奠基人吳中偉院士的《大中心質(zhì)學(xué)說》，以其深邃的見地將是這一新理論的基礎(chǔ)?；凇八嗍备拍疃蒲莸幕炷晾碚搶⒊蔀檫^去。“水灰比”和“砂率”作混凝土的基本參數(shù)也將完成它的歷史使命，取而代之將是由王立久提出的架漿比（即粗集料與水泥和細集料之比）和膠砂的砂灰比的偏離?；炷恋难芯繉拇旨霞軜?gòu)模型、膠砂偏離和界面三方面展現(xiàn)出一個全新的領(lǐng)域?；炷列碌募軜?gòu)模型將奠定混凝土新理論的誕生，并將由此演化出一系列新成果。

王立久教授提出混凝土組分‘三園模型’，即混凝土是由粗集料架構(gòu)、砂漿和界面過渡區(qū)組合而成，混凝土的強度來自于三者的貢獻。由水泥石和細集料組成的砂漿我們稱其為‘混凝土砂漿’。其中粗集料架構(gòu)就是指粗集料的構(gòu)架，是指粗集料的空間排布，起“增強效應(yīng)”，相當(dāng)于人體的“骨架”，而混凝土中的砂漿則相當(dāng)于連接骨骼的“肌肉”，其中細集料就相當(dāng)于‘肌肉纖維’，在架構(gòu)模型中起增強水泥石作用，混凝土砂漿起固膠結(jié)粗集料架構(gòu)作用。粗集料與混凝土砂漿存在界面過渡區(qū)。

這就像一個人由骨架、肌肉和關(guān)節(jié)，三者缺一不可。只有肌肉而沒有骨架，就是一灘廢肉。如果只有骨架沒有肌肉那更是可怕。關(guān)節(jié)是完成人體功能的關(guān)鍵，沒有關(guān)節(jié)將一事無成，混凝土也是一樣界面過渡區(qū)至關(guān)重要。

混凝土架構(gòu)模型所確定混凝土稱其為架構(gòu)混凝土。架構(gòu)混凝土一個極為重要參數(shù)是‘砂漿比’，及細集料體積與水泥漿的比值，它決定著混凝土一切性態(tài)，包括強度和耐久性?！皾{比的偏離’更是重要的概念，所謂偏離是指混凝土砂漿與所用水泥膠砂組分的差值。我們可以把用標(biāo)準(zhǔn)砂澆制的混凝土成為‘標(biāo)準(zhǔn)混凝土’。這樣就建立起一個可比較的混凝土，使得以往研究成果就具有很好的可比性。

根據(jù)混凝土架構(gòu)模型理論，其實混凝土研究沒有必要全方位的進行或者是重復(fù)的進行，浪費大量人力和物力，甚至財力。有了混凝土架構(gòu)模型理論，只要研究砂漿就夠了，特別是砂漿比的偏離。

混凝土架構(gòu)模型理路論開拓一個嶄新研究和應(yīng)用領(lǐng)域，當(dāng)然這還需要更多同行共同努力。2100433B

傳統(tǒng)混凝土理論主要是水泥石理論，已經(jīng)存在近二百年，即認為混凝土是由水泥石；集料構(gòu)成，這必然提出一個極為重要參數(shù)---水灰比，使得一些科學(xué)現(xiàn)象都用水泥石理論進行解釋。這實質(zhì)上誤導(dǎo)了混凝土的各個組分對混凝土性能的貢獻，也夸大了水灰比的作用。從數(shù)學(xué)角度，混凝土中三個基本參數(shù)除單位用水量外其它兩個必須做出一種規(guī)定，否則出自一個方程無法確定三個參數(shù)，不得不增加砂率和水灰比參數(shù)，說明三參數(shù)實質(zhì)上也是為了數(shù)學(xué)而提出的。基于水泥石強度作為混凝土強度主要貢獻者，因此水灰比可直接由混凝土設(shè)計強度獲得，但關(guān)鍵參數(shù)‘水灰比’也并非像保羅米公式描述的那樣與混凝土強度呈線性關(guān)系，特別是高強混凝土更是如此。砂率基于兩個原因求得，一是集料密實填充；二是混凝土強度要求。這是因為砂率分為質(zhì)量砂率（我國采用）和體積砂率（歐美采用），且有最佳砂率之說。體積砂率是根據(jù)水灰比由單位用水量先期獲得的水泥用量一定條件下依據(jù)最佳細度模數(shù)得到的最佳砂石比確定的。本質(zhì)上，優(yōu)先利用混凝土強度確定水泥用量，再確定砂石比也是密實填充的過程，滿足保羅米級配。體積砂率和質(zhì)量砂率理念一致，只差集料密度比而已。

水泥石強度并不直接反應(yīng)水泥的膠凝性，只有與細集料才會體現(xiàn)，就像水泥膠砂強度一定使用標(biāo)準(zhǔn)砂一樣。單純一個水灰比并不能充分體現(xiàn)混凝土的強度，因此就有混凝土強度與水灰比的非線性問題，只有同時考慮水灰比和細集料，才能較完善地反映對混凝土的強度貢獻，這就是后面提到的砂漿比參數(shù)。

當(dāng)前用來描述混凝土受力的各種應(yīng)力和變形關(guān)系的七種本構(gòu)模型之一。

線彈性理論模型特點：是一種最基本和最簡單的力學(xué)模型，線彈性材料本構(gòu)關(guān)系服從廣義胡克定律，即應(yīng)力應(yīng)變在加卸載時呈線性關(guān)系，卸載后材料無殘余應(yīng)變。當(dāng)混凝土材料的應(yīng)力水平較低時，按該模型計算應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系基本符合實際情況。2100433B