试谈成本控制高性能混凝土配合比设计与施工成本制约技术要点

当前位置: 大雅查重 - 范文 更新时间:2023-12-24 版权:用户投稿原创标记本站原创
摘要:本文主要论述高性能混凝土配合比设计要点及思路,并在满足施工条件下对如何优化配比从而达到施工成本控制提出几种配比优化方法。会计学论文提纲
关键词:高性能混凝土 配合比设计 成本控制
混凝土配合比设计是指根据工程结构形式、环境条件和施工要求确定出单位体积混凝土中水泥、矿物掺合料、粗细骨料、化学外加剂和拌和水等各组成材料的质量比例。确定这种数量比例关系的工作,称为混凝土配合比设计。虽然普通混凝土的应用已经有比较长的历史,但到目前为止,世界上各个国家还没有一种公认最好的普通混凝土配合比设计方法。而高性能混凝土提出了不同于普通混凝土的要求,如新拌混凝土的流变性(高流动性、可泵性、保塑性及低放热性等),硬化混凝土的高强度、高耐久性、高体积稳定性及高韧性等,更需要结合具体工程不断摸索、不断优化,找到高性能混凝土应用的技术路线,形成适用于本工程的最佳配合比。
高性能混凝土由六组分组成,每一组分的变化都要求配合比作相应调整。而高速铁路原材料来源复杂,影响因素多,特别是骨料品质受原料和生产工艺影响较大,比如粗骨料,随着破碎机和筛分设备的磨损,其颗粒级配变化较大,从而都需要对高性能混凝土配合比进行调整。特别需要指出的是,现代铁路建设机械化程度高、进度快、原材料变化带来的配合比调整将对工程进展影响较大,设计好配合比具有重要的意义。配合比的形成和优化是配合比设计的主要内容。

1.混凝土配合比设计的一般原则

1.1 进行混凝土配合比设计时,首先需要考虑的是满足工程结构功能的要求,混凝土要有合适的强度与耐久性。
从工程结构受力特点,可以确定混凝土的强度等级。强度是混凝土所有性能中最重要的性能之一,通常反映混凝土的整体质量,其影响因素比较多,除组成的原材料外,水胶比、养护条件、龄期、搅拌工艺、捣固方法、捣实程度、施工工艺等都有一定的影响,其中水胶比是主要影响因素。一般认为,混凝土的配制强度与水胶比成反比关系。
工程结构的重要性决定其设计时考虑的使用寿命及其所处环境。将环境作用等级与结构使用寿命相结合,确定混凝土耐久性设计指标,包括抗渗性、抗碳化性、抗侵蚀性、抗冻性、抗压疲劳强度和抗碱—骨料反应等特性。影响混凝土抗渗性的因素主要有水胶比、骨料的最大粒径、水泥品种、外加剂、矿物掺合料等,其中水胶比是决定性因素。水胶比越大,混凝土的抗渗性越差。当水胶比大于0.6时混凝土抗渗性急剧下降。影响混凝土抗碳化性能的因素有水泥品种、水泥用量、水胶比、矿物掺合料等,其中水泥用量越大,混凝土抗碳化性能越好;水泥用量一定时,水胶比越大,混凝土抗碳化性能越差;矿物掺合料的掺入有时对混凝土的抗碳化性能有负面影响。混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥的抗侵蚀性。影响混凝土抗冻性的主要因素有骨料、水胶比、水泥用量、外加剂等,其中水泥用量少和水胶比大的混凝土抗冻性差,引气剂能显著改善混凝土的抗渗性。对于大体积混凝土由于水化热对混凝土强度与变形(裂缝)影响较大,要控制水泥最大用量并掺用粉煤灰和矿粉,以防止温度升高引起的热应力和开裂。

1.2 需要考虑施工的需要,混凝土要有良好的工作性(和易性)。

和易性是指混凝土拌和物易于施工操作(搅拌、运输、浇筑、捣实)并能获得成型密实、质量均匀、不离析、不泌水的性能。一般来说,混凝土和易性主要包括流动性、黏聚性和保水性三方面的内容。
混凝土的和易性是一个综合的性质,至今尚未有全面反映混凝土和易性的测试方法。通常是以测定混凝土坍落度或维勃稠度确定其流动性,观察混凝土的形态并根据经验判定其黏聚性与保水性,对混凝土的和易性优劣作出评价。财务方面毕业论文
影响混凝土和易性的因素主要有单位用水量、砂率、水胶比、水泥浆数量、时间和温度以及水泥、骨料、外加剂、矿物掺合料等。其中,混凝土坍落度与单位用水量成正比关系,即单位用水量增大,其坍落度也增大。适当增加单位用水量,可改善混凝土的流动性,利于施工;但单位用水量过大时,会导致混凝土黏聚性变差,并导致严重的分层、离析,严重降低混凝土强度和耐久性。
砂率是混凝土中细骨料含量与粗细骨料总量的百分比。一般认为,细骨料对混凝土流动性的影响主要有两个方面的原因:一方面,水泥砂浆在混凝土拌和物中起润滑的作用,可减少粗骨料之间的摩擦力,所以,在一定的砂率范围内,随着砂率的增加,润滑作用越发明显,可有效地改善混凝土流动性;另一方面,细骨料比表面积较大,相应的需水量也较大,随着砂率的增加,总比表面积增大,需要的水分越来越多。在用水量一定的情况下,拌和物流动性变差。所以,当砂率增加到一定程度时,混凝土拌和物流动性随着砂率的增加而变差。此外,过低的砂率还会使混凝土拌和物黏聚性与保水性变差,容易发生离析、流浆等现象。
在水泥、骨料用量均不变的情况下,水胶比增大,拌和物流动性增加,反之则减少。水灰比过小,水泥浆体粘稠,拌和物流动性偏低。水灰比过大,会造成混凝土拌和物黏聚性和保水性不良。
水泥浆体数量在水灰比不变的情况下,是影响混凝土和易性的重要因素。单位体积拌和物内,如果水泥浆多,则拌和物流动性大。当水泥浆过少时,将无法填充骨料之间的空隙与包裹骨料颗粒表面,无法保证必要的流动性,使混凝土拌和物黏聚性变差。
混凝土拌和物的流动性随着时间的延长而变差,主要是由于拌和物中的一些水分被骨料所吸收,一些水分被蒸发,水泥的水化反应也使一些水分变作水化产物结合水。混凝土拌和物的流动性还会随温度的升高而降低,这是由于温度升高可加速水泥的水化、增加水分的蒸发。
需要考虑投资控制的需要,混凝土要有良好的经济性。关于财务会计论文
配合比的经济性表现在两个方面:一方面,通过控制原材料用量,降低混凝土成本。混凝土生产的成本费用包括材料、设备和人力。在材料成本中,外加剂最高,水泥的远高源于:党校毕业论文http://www.328tibet.cn
于骨料,控制外加剂掺量、节省水泥是控制材料成本的最有效措施,基本手段是提高外加剂与水泥的适应性,减少外加剂掺量;采用双掺技术(掺粉煤灰与矿粉)、采用良好颗粒级配的粗骨料等以减少水泥用量。另外,混凝土生产的成本费用又与强度要求有直接的关系,为保证混凝土有很高的均
匀性,强度的变化值应控制在很小的范围内,这就需要在配合比设计时,确定混凝土最高和最低强度。混凝土浇筑施工的人力投入及费用还受到混凝土工作度的影响。为此,在可能施工浇筑的范围内,混凝土配合比应具有最小的单位用水量,选用最小的坍落度,寻找较高的强度效率(指混凝土中每公斤水泥能产生的强度)。
另一方面,是长远的经济效益和整体的经济效益,如耐久性好,维护费用少,导热性小,使用中能耗低等,其中,耐久性是最重要的指标,因为较长的使用寿命是节约成本最有效的手段。

2.高性能混凝土配合比设计思路

高性能混凝土配合比的设计思路可概括如下图所示。高性能混凝土配合比设计与普通混凝土的差异除了原材料有四组分增加为六组分外,混凝土性能的提高更为突出,强度、耐久性、工作度和经济性是高性能混凝土配合比设计的最主要指标。
采用较低的水胶比对提高混凝土强度和耐久性非常重要。但水泥要达到完全水化所需的用水量约为水泥用量的25%,此外由于物理吸附作用还要有约15%的水被限制在胶体孔隙中而不能参与化学作用,所以至少要有0.40倍水泥质量的水就能达到完全的水化作用。实践表明,当水胶比降到0.40以下时,随水胶比的降低强度却能继续提高。其原因是,尽管水泥水化不完全,但较低的水胶比能够降低混凝土的孔隙率并减小了孔隙尺寸,而未水化的水泥颗粒则作为一种坚强的细微骨料发挥其作用。随着高效减水剂的应用,采用0.25~0.40的水胶比已成为可能。实践表明,用水量与强度通常成反比,采用低用水量对强度提高是有利的。同时,在满足高性能混凝土工作性的条件下,尽量减少用水量,可以抑制混凝土的干缩,增加骨料与水泥石界面粘结力及钢筋与混凝土之间的握裹力。因此,低水胶比和低用水量是高性能混凝土配制的基本原则。会计专业毕业设计范文

3.高性能混凝土配合比的优化

高性能混凝土配合比设计的基本原则:满足工程对混凝土的性能要求、满足施工对混凝土工作性能的要求、满足现行规范要求、便于生产控制、尽可能降低成本等。混凝土配合比优化指在满足工作性能、力学性能、耐久性能以及施工工艺的前提下,实现混凝土成本最优化以及环境低负荷化。原材料资源短缺以及混凝土材料性能的多元化,混凝土配合比优化已成为混凝土配合比设计方法的一种趋势。

3.1 比较优化方法

比较优化方法是一种常用的优化方法。所谓比较优化法,就是选取一些强度和工作性满足要求的混凝土配合比,进行多种性能试验。根据性能试验结果和成本核算进行比较,选择性能较好、成本较低的配合比。该方法是一种相对优化方法。混凝土性能随组分的变化通常是一种连续的变化,比较优化法可以得出一个相对较好的结果,但很难看出各种参数对其性能的影响规律,把握不了变化的趋势。

3.2 等值图优化方法

等值图优化法的基本思路是根据试验结果绘制各种性能与成本的等值曲线,如等强曲线、等耐久性指标曲线、等放热量曲线、等体积稳定性曲线以及等成本曲线等。与比较优化方法相比,这种方法能够清楚地表明各种性能之间的关系,因此,该方法能够综合平衡各种性能,得出最优配合比。
3.2.1确定优化主要目标。混凝土最优化目标的确定是基于环境作用。不同混凝土结构以及混凝土结构在高速铁路体系中所起到的作用不同,性能要求也不相同。如氯盐环境下,就要考虑混凝土抗氯离子性能高,选择大掺量矿物掺合料的混凝土;如果是严寒地区,就要以抗冻性为最主要的指标。在混凝土中适当引气,对混凝土抗冻性而言,含气量在一定程度上比水胶比更为重要,这也决定了混凝土强度在混凝土抗冻性方面并不是最为重要的因素。
3.2.2兼顾混凝土综合性能。选择主要优化目标并不等于不考虑其他目标。在不显著影响最主要目标的前提下,应兼顾其他目标尽可能合理。结构设计中通常以混凝土强度以及弹性模量为设计依据,然而混凝土结构耐久性设计中也提出了基于混凝土耐久性的最低强度保证值,在基于结构的强度与基于耐久性的强度发生矛盾时,选择两者之间较大者。在实际混凝土配合比优化时,从原材料的选择、到配合比参数设计,都要考虑对其他性能可能产生的影响,以免顾此失彼。
3.2.3实现功能、经济与环境的统一。在混凝土功能性满足设计要求的同时,要实现经济效益与环境效益的统一。如两个配合比中,有一个胶凝组分中有矿物掺合料,另一个胶凝组分中没有矿物掺合料,这种情况下要选择有矿物掺合料的配合比,其一是矿物掺合料在一定程度上降低成本,另一个原因是减少水泥用量,增加固体废弃物的利用率,实现了功能、经济与环境的协调统一。而如果一味追求提高掺合料的掺量,所带来的是外加剂用量提高,其综合经济成本要高于低掺量的混凝土配合比,这种配合比也是不可取的。不同矿物掺合料的掺量应根据混凝土的施工环境条件特点、拌和物性能、力学性能以及耐久性要求通过试验确定,并统筹考虑其经济成本,在满足功能的前提下,实现经济成本最低化,环境影响低负荷化。

3.3 回归分析方法

回归分析方法的步骤是:

3.1进行大量的混凝土试验及性能测试;

3.2对所获数据进行回归分析,在混凝土的组成和性能之间建立起预测方程;

3.3将其转化成优化模型的约束方程,并用矩阵表达,这些约束条件方程总共含有

混凝土容重、坍落度、抗压强度、骨料级配、压力泌水、屈服应力和抗冻性等7个控制变量;本科会计论文

3.4建立以混凝土成本为目标函数的优化设计模型;

3.5按非线性规划的单纯形解法进行优化计算,得到各种组成材料的用量;

3.5最后对混凝土密实度进行补偿,根据骨料含水量及吸水率调整各原材料用量。

参考文献:
《高速铁路高性能混凝土应用管理技术》
《高性能混凝土》
[3] 《铁路混凝土结构耐久性设计规范》大学生会计毕业论文
作者介绍:
杨利军,女,1984年2月生,大学本科,助理工程师。