基于现场统计的混凝土胶凝材料用量域值探究

基于现场统计的混凝土胶凝材料用量域值探究

李文纲

中铁一局集团第四工程有限公司 陕西 咸阳 712000

摘要：我国正处于大规模基础设施建设和房屋建设阶段，混凝土需求量巨大。混凝土是目前工程建设的不可或缺的一部分，同时还是主要的建筑材料。而胶凝材料作为混凝土的核心成分之一，既是影响混凝土质量的关键因素之一，又对工程施工成本产生极大的影响。另一方面，胶凝材料的生产需要消耗大量的自然资源与能源，并排放大量的温室气体。通过对工程施工过程中采用的混凝土配合比统计和分析，在确保工程质量的前提下，以达到节能环保、降低成本的目标，确定不同强度等级混凝土胶凝材料用量的合理阈值尤为必要。

关键词：混凝土；胶凝材料；节能环保；降低成本；阈值

一、现场调研分析

某公司2020年度共浇筑混凝土达924.43万m³，包含商品混凝土149.66万m³，自拌混凝土774.77万m³（其中桩基混凝土22.72万m³，模筑混凝土584.64万m³，喷射混凝土167.42万m³）。涉及混凝土标号有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45等13个标号。对该公司在建36个项目部的326个混凝土配合比报告进行收集统计，配合比收集情况见图1，对其中有代表性的普通C30（非水下泵送混凝土）、C35（非水下泵送混凝土）、C40（非水下泵送混凝土）、C50（非水下泵送混凝土）、C30（水下泵送混凝土）单方胶凝材料用量进行了统计分析，用以发现混凝土配合比的科学性，以达到在保证质量的前提下节约成本的目的。

图1 在建项目各标号混凝土配合比统计情况

1、C30非水下泵送混凝土分析

共收集28个项目的C30非水下泵送混凝土配合比，其中商混7个，自拌21个，详见下图2所示。

图2 C30标号的混凝土单方胶凝材料用量柱状图

综合分析：单方胶凝材料用量最大值为418kg/m³，最小值为350kg/m³，平均值为382.4kg/m³，最大值是最小值的1.19倍，最大值是平均值的1.09倍。

对自拌混凝土进行分析：单方胶凝材料用量最大值为418kg/m³，最小值为355kg/m³，平均值为384kg/m³，最大值是最小值的1.18倍，最大值是平均值的1.09倍。

对商品混凝土进行分析：单方胶凝材料用量最大值为399kg/m³，最小值为350kg/m³，平均值为377.6kg/m³，最大值是最小值的1.14倍，最大值是平均值的1.05倍。

对比：C30混凝土单方胶凝材料平均用量自拌混凝土比商品混凝土高6.4kg。

2、C35非水下泵送混凝土分析

共收集20个项目的C35非水下泵送混凝土配合比，其中商混5个，自拌15个，详见下图3所示。

图3 C35标号的混凝土单方胶凝材料用量柱状图

综合分析：单方胶凝材料用量最大值为458kg/m³，最小值为385kg/m³，平均值为411kg/m³，最大值是最小值的1.19倍，最大值是平均值的1.11倍。

对自拌混凝土进行分析：单方胶凝材料用量最大值为434kg/m³，最小值为385kg/m³，平均值为409.9kg/m³，最大值是最小值的1.13倍，最大值是平均值的1.06倍。

对商品混凝土进行分析：单方胶凝材料用量最大值为458kg/m³，最小值为397kg/m³，平均值为413.6kg/m³，最大值是最小值的1.15倍，最大值是平均值的1.11倍。

对比：C35混凝土单方胶凝材料平均用量自拌混凝土比商品混凝土少3.7kg。

3、C40非水下泵送混凝土分析

共收集26个项目的C40非水下泵送混凝土配合比，其中商混5个，自拌21个，详见下图4所示。

图4 C40标号的混凝土单方胶凝材料用量柱状图

综合分析：单方胶凝材料用量最大值为471kg/m³，最小值为350kg/m³，平均值为435kg/m³，最大值是最小值的1.35倍，最大值是平均值的1.08倍。

对自拌混凝土进行分析：单方胶凝材料用量最大值为471kg/m³，最小值为417kg/m³，平均值为439.6kg/m³，最大值是最小值的1.13倍，最大值是平均值的1.07倍。

对商品混凝土进行分析：单方胶凝材料用量最大值为458kg/m³，最小值为350kg/m³，平均值为417.4kg/m³，最大值是最小值的1.31倍，最大值是平均值的1.10倍。

对比：C40混凝土单方胶凝材料平均用量自拌混凝土比商品混凝土高22.2kg。

4、C50非水下泵送混凝土分析

共收集13个项目的C50非水下泵送混凝土配合比，其中商混6个，自拌7个，详见下图5所示。

图5 C50标号的混凝土单方胶凝材料用量柱状图

综合分析：单方胶凝材料用量最大值为528kg/m³，最小值为400kg/m³，平均值为469kg/m³，最大值是最小值的1.32倍，最大值是平均值的1.13倍。

对自拌混凝土进行分析：单方胶凝材料用量最大值为494kg/m³，最小值为409kg/m³，平均值为471kg/m³，最大值是最小值的1.21倍，最大值是平均值的1.05倍。

对商品混凝土进行分析：单方胶凝材料用量最大值为528kg/m³，最小值为400kg/m³，平均值为466.7kg/m³，最大值是最小值的1.32倍，最大值是平均值的1.13倍。

对比：C50混凝土单方胶凝材料平均用量自拌混凝土比商品混凝土高4.3kg。

5、C30水下泵送混凝土分析

共收集15个项目的C30水下泵送混凝土配合比，其中商混5个，自拌10个，详见下图6所示。

图6 C30标号的水下混凝土单方胶凝材料用量柱状图

综合分析：单方胶凝材料用量最大值为433kg/m³，最小值为370kg/m³，平均值为406kg/m³，最大值是最小值的1.17倍，最大值是平均值的1.07倍。

对自拌混凝土进行分析：单方胶凝材料用量最大值为433kg/m³，最小值为390kg/m³，平均值为409kg/m³，最大值是最小值的1.11倍，最大值是平均值的1.06倍。

对商品混凝土进行分析：单方胶凝材料用量最大值为426kg/m³，最小值为370kg/m³，平均值为400kg/m³，最大值是最小值的1.15倍，最大值是平均值的1.07倍。

对比：C30水下混凝土单方胶凝材料平均用量自拌混凝土比商品混凝土高9.0kg。

2. 数据分析拟合结果

1、不同强度标号混凝土胶凝材料用量预测模型

通过对已收集不同项目、不同标号单方混凝土配合比胶凝材料用量的分析，同时进行数据拟合，得到快速预测不同标号单方混凝土胶凝材料用量的数学模型，建下图7所示：

图7 混凝土胶凝材料用量数学模型

2、不同强度标号混凝土胶凝材料建议域值

根据现场不同标号混凝土胶凝材料使用量的对比分析，得到在保证混凝土质量的前提下，胶凝材料使用量的建议域值，见下表1所示。

表1 不同强度标号混凝土胶凝材料建议域值

三、经济效果

通过混凝土配合比优化，采用基于现场统计分析后的不同标号混凝土胶凝材料用量域值以及估算数学模型，快速确定混凝土中胶凝材料用量，节约工期，降低了施工成本，社会经济效益增加明显。

传统混凝土中胶凝材料的用量根据试验人员已有的经验和现场情况，通过计算、适配和试验最终确定；改进后建议采用基于现场统计分析后的不同标号混凝土胶凝材料用量域值以及估算数学模型，快速确定混凝土中胶凝材料用量。

说明：未考虑我方管理费或其他外界因素。

根据该公司2020年浇筑混凝土的数量计算，以使用方量最多的C30混凝土为例（约占26%），现场胶凝材料数量最大差异为68kg/m³，累计预计节约成本6537.56万元,节约混凝土配合比适配工期280天（10个标号）。

节约工期：10×28=280（天）

节约费用：924.43×26%×68×0.4=6537.56（万元）。

四、结论

以往混凝土中胶凝材料用量的确定往往受试验人员业务水平和工作经验制约，需要投入大量的人力、物力，花费大量的时间，而不同项目相同标号混凝土胶凝材料存在较大差异，施工成本差异大。

采用基于现场统计分析后的不同标号混凝土胶凝材料用量域值以及估算数学模型，可以快速确定混凝土中胶凝材料用量，减少对试验人员经验的依赖程度，降低单方混凝土的成本，减少配合比确定过程中的工作量，缩短混凝土配合比确定周期。

在未来相当长的时间内，混凝土仍是大量而广泛使用的建筑材料。在确保工程实体质量的前提下通过减少混凝土中胶凝材料的使用量，具有非常重要的经济效益和环境效益。

参考文献：

[1] Q/CR 9207-2017.铁路混凝土工程施工技术规程[S.中国铁道出版社，2017.

[2]JTG 3430——2020.公路土工试验规程[S].人民交通出版社，2020.

[3]GB 175-2020.]通用硅酸盐水泥[S].中国标准出版社，2020.

[4]GB/T 1596-2017.用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S].中国标准出版社，2017.