水工混凝土與建工混凝土的對比分析

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水工混凝土與建工混凝土的對比分析

　　建工行業對在混凝土中應用摻合料研究活躍，但工程應用起步較晚，技術進步和標準化發展的空間大，以下是小編為大家整理推薦的一篇探究水工混凝土與建工混凝土對比的論文范文，供大家閱讀借鑒。

水工混凝土與建工混凝土的對比分析

　　引言

　　眾所周知，建工、水工、港工、公路等行業使用的混凝土，因其功能、施工條件、服役環境等的差異，配制混凝土使用的原材料及其用量存在差異。例如，水工混凝土(本研究指主要用于水電水利工程擋水建筑物的普通混凝土)因必需承擔水壓力，體積龐大，少則數萬立方米，多則數十萬乃至數千萬立方米(如長江三峽工程的壩體混凝土澆筑量多達約1600×104m3[1]),配制時需要努力降低水泥用量，以減少混凝土的絕熱溫升值和提高混凝土的抗裂能力;建工混凝土(本研究指主要用于工業與民用建筑工程主體結構的普通混凝土)因主要使用泵送施工，混凝土的流動度要求高(一般為100~220mm).但是，不同行業使用的混凝土，它們的主要原材料都是水泥、砂子、石子、水等，都需要混合、攪拌，所以，混凝土配合比的設計原理和方法是相通的，互相是可以借鑒的。

　　本研究對比分析了水工混凝土與建工混凝土的膠凝材料用量、摻合料和機制骨料的品質要求、骨料的基準含水狀態、強度等級的設計齡期、配合比的設計原則等，指出建工混凝土宜加大摻合料應用力度、積極使用機制砂石料、探索使用以飽和面干狀態作為混凝土配合比設計時砂石骨料的基準含水狀態、延長強度等級的設計齡期和實踐強度與耐久性并重的混凝土配合比設計原則，供工程技術人員參考。

　　1水工混凝土與建工混凝土的對比分析

　　1.1膠凝材料用量

　　水工混凝土多為C20、C25、C30的素混凝土，強度等級不高，但抗滲等級相對較高(多為W6~W10),所以水膠比多為0.45~0.55.配制水工混凝土的膠凝材料用量多為140~250kg?m3.DL?T5330-2005《水工混凝土配合比設計規程》(以下簡稱“DL?T5330-2005”)沒有膠凝材料最小用量的限制，但DL?T5144-2001《水工混凝土施工規范》(以下簡稱“DL?T5144-2001”)規定“大體積內部混凝土的膠凝材料用量不宜低于140kg?m3,水泥熟料含量不宜低于70kg?m3”.建工混凝土依據JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規程》(以下簡稱“JGJ55-2011”)進行配合比設計。根據混凝土種類和水膠比的不同，JGJ55-2011規定了不同的最小膠凝材料用量，見表1.

　　根據有關部門對2012年全國預拌混凝土產量的調查統計，我國C20、C25、C30三個強度等級的混凝土產量占總產量的63.7%.而這些等級的混凝土，與水工混凝土的常用強度等級一致，水膠比一般為0.45~0.60.從表1可知，若設計相同強度等級的素混凝土，水工混凝土的最小膠凝材料用量比建工混凝土少110~140kg?m3(約少50%).因此，建工混凝土的最小膠凝材料用量還可降低。

　　若按每立方米建工混凝土少用10kg水泥、每噸水泥售價350元、每生產1t水泥排放1tCO2估算，以我國2013年預拌混凝土產量11.696億m3計算[2],則每年可節約水泥1169.6萬t,產生經濟效益41億元，減少CO2排放1169.6萬t,經濟效益、社會效益顯而易見。

　　1.2礦物摻合料的應用和品質要求

　　水工混凝土雖然強度等級低，但體積龐大，對混凝土的絕熱溫升值要求嚴(一般控制28d的絕熱溫升值不超過30℃),并因長期承受水壓力，對抗滲、抗凍等耐久性能要求也高。所以，設計水工混凝土的配合比時，為減少水泥用量，努力增加粉煤灰、硅灰、磷渣粉、石灰石粉等礦物摻合料的用量，以改善混凝土的性能。粉煤灰、硅灰、磷渣粉分別在1959年、1986年、1994年即被率先應用于在河南三門峽水電站、湖北葛洲壩水利樞紐、云南昭通魚洞壩體混凝土中[3-5].石灰石粉也從20世紀90年代初起，就在我國普定、巖灘、江埡、汾河二庫、白石、黃丹、龍灘、漫灣、大朝山、小灣等大中型水電工程中應用[6].目前，粉煤灰已成為壩體混凝土必不可少的原材料。2008年5月，在貴州光照水電站13#~16#壩段、高程745.50~748.90m處，澆筑了粉煤灰(F類)摻量高達70%(按占膠凝材料總用量的百分比計)的三級配碾壓混凝土約1500m3;2008年7月，貴州董箐水電站1#壓力鋼管回填的C20泵送混凝土的粉煤灰摻量高達60%;貴州石椏子水電站從2010年5月24日起澆筑的三級配碾壓混凝土的粉煤灰摻量也高達70%.另外，硅灰、磷渣粉、石灰石粉在水工混凝土的摻量已分別達到5%~20%、30%~60%、30%左右，并形成了一系列水工混凝土摻用粉煤灰、磷渣粉、石灰石粉等礦物摻合料的技術規范。

　　建工行業對在混凝土中應用摻合料研究活躍，但工程應用起步較晚，技術進步和標準化發展的空間大。在我國，粉煤灰應用于建工混凝土始于上世紀六七十年代，但人們很長時間難以接受粉煤灰混凝土[3].并且，從技術標準和實際工程使用摻合料的情況看，建工行業的摻量總體比水工少。例如，JGJ55-2011規定，在使用普通硅酸鹽水泥澆筑基礎大體積混凝土時，粉煤灰(F類)、硅灰、磷渣粉的最大摻量不宜超過40%、10%、20%.可喜的是，遼寧、北京等地在近三年先后頒布了《混凝土礦物摻合料應用技術規程》，國家首次頒布的標準GB?T50912-2013《鋼鐵渣粉混凝土應用技術規程》也從2014年5月1日起開始實施，建工行業首次發布的標準JG?T317-2011《混凝土用粒化電爐磷渣粉》、JGJ?T308-2013《磷渣混凝土應用技術規程》和JGJ?T318-2014《石灰石粉在混凝土中應用技術規程》又分別于2011年10月1日、2014年2月1日和2014年10月1日起實施。同時，隨著大中城市普遍推行預拌混凝土和國家、地方一系列促進固體廢棄物綜合利用政策的1能的廣泛認同，粉煤灰已逐漸成為生產預拌混凝土的重要原材料。還有，隨著超高層、大跨度建筑物的增多和高效減水劑的減水率提升，高強高性能混凝土的需求量上升和硅灰的增強效應被人們所認識，硅粉的應用量也日益攀升。

　　現將現行建工行業、水電水利行業相關技術標準對粉煤灰、硅灰、磷渣粉、石灰石粉的技術要求匯總于表2~5.從以上表格中的數據可知，建工行業、水電水利行業除對粉煤灰、硅灰的品質要求相同外，對磷渣粉、石灰石粉的品質要求存在差異。并且，總體而言，建工行業對磷渣粉的品質要求比水工高，對石灰石粉的品質要求比水工低。

　　例如，建工行業對磷渣粉的比表面積和活性指數的要求分別比水電水利行業高50m2?kg和10%,對石灰石粉的CaCO3含量和亞甲藍值的要求分別比水電水利行業低10%和0.4g?kg.

　　另外，若建工行業加大礦物摻合料在混凝土(尤其是大體積混凝土)的應用力度，按每立方米混凝土多用10kg摻合料和以我國2013年預拌混凝土產量11.696億m3估算，則每年多消化固體廢棄物1169.6萬m3,經濟效益、社會效益顯著。

　　1.3機制砂石料的應用和品質要求

　　水電站因修建在深山峽谷地區，壩基和左右兩岸要求基巖穩定。所以，水電站擁有天然的砂石料加工場。在我國，機制砂石料于20世紀60年就開始應用于水工混凝土。早在1963年頒發的《水工建筑物混凝土及鋼筋混凝土施工技術暫行規范》，就對機制砂石料了提出了具體要求。

　　目前水電水利行業使用的規范DL?T5144-2001對機制砂的主要品質指標規定為：石粉含量6%~18%、無泥塊存在、硫化物及硫酸鹽含量不超過1%、云母含量不超過2%、細度模數宜控制在2.4~2.8范圍內、飽和面干含水率不宜超過6%;對機制碎石的主要品質指標規定為：針片狀含量不超過15%、以超遜徑篩檢驗的超徑為0、遜徑小于2%、吸水率不超過2.5%、D20和D40粒徑級的含泥量不超過1%、D80和D150(D120)粒徑級的含泥量不超過0.5%、無泥塊存在。

　　建工行業使用機制砂石料生產混凝土，除貴州、云南等地因特殊的地理環境導致天然砂石料資源稀少而使用較多外，我國建工行業總體起步晚，直到2012年才首次發布行業標準JGJ?T241-2011《人工砂混凝土應用技術規程》。2014年5月編制完成的行業標準《機制砂石生產技術規程(報批稿)》已提交，有望在2015年實施。表6、7中列出了建工行業標準JGJ52-2006《普通混凝土用砂石質量及檢驗方法標準》和JGJ?T241-2011對砂石料的要求。

　　但是，即使建工行業發布了人工砂的應用技術規范，習慣了應用天然砂的建工領域(特別是預拌混凝土生產企業)仍然有人對使用機制砂拌制的混凝土憂心忡忡，或是僅接受由鵝卵石破碎的機制砂或與天然砂混用的混合砂(這種砂的外觀與天然砂很接近，易推廣),導致機制砂應用步履蹣跚。

　　從表6、7和前述看出，建工混凝土用砂的石粉含量只有最高摻量限制，沒有最低摻量限制;水工混凝土用砂的石粉含量有最低、最高摻量限制，且允許的最高摻量比建工行業高得多(水工碾壓混凝土中砂的石粉(d≤0.16mm顆粒)含量控制值更是高達12%~22%[7]).從這一點講，水電水利行業很多年前就認識并利用石粉的填充、密實作用和對混凝土拌合物和易性的改善作用。另外，建工混凝土在砂石料中允許存在少量泥塊，而水工混凝土不允許存在泥塊;水工混凝土用砂子的細度模數、含水率控制比建工嚴格;對于同強度等級混凝土而言，建工混凝土用石料的針片狀允許含量、含泥量比水工混凝土放得寬，且建工混凝土用石料沒有超遜徑和吸水率規定，而水工混凝土有嚴格限制。至于對云母、硫化物及硫酸鹽等有害物質含量的限制，則兩行業的要求相同。

　　特別指出的是，為減少骨料顆粒之間的空隙體積、降低膠凝材料用量和提高混凝土的密實度，水電水利行業將粗骨料破碎成小石(粒徑5~20mm)、中石(粒徑20~40mm)、大石(粒徑40~800mm)、特大石(粒徑80~120mm或150mm)四種粒級，且主張選用最大粒徑較大的粗骨料[8],而建工混凝土所用的粗骨料沒有這樣的生產和使用要求。

　　總體而言，水工混凝土對砂石料的品質要求比建工混凝土高，其目的是盡量降低砂石料的空隙率、提高混凝土的密實度和努力減少膠凝材料的用量。

　　1.4砂石料的基準含水狀態

　　水工混凝土進行配合比設計和試驗時，對用水量及其波動的控制非常嚴格，其中要求砂石料以飽和面干狀態來計算用量。然而，建工混凝土進行配合比設計和試驗時，砂石料是以干燥狀態為基準。飽和面干狀態的砂子及石子，既不向混凝土拌合物中吸取水分，也不向混凝土拌合物中帶入水分，這有利于控制混凝土攪拌時的單位用水量波動，從而減少混凝土的坍落度、強度、抗滲等技術指標的波動，提高混凝土質量的控制水平。

　　1.5混凝土強度等級的設計齡期

　　水工混凝土因大量使用摻合料，早期強度低。尤其是摻入粉煤灰、磷渣粉的混凝土，雖早期低，但后期強度提高。所以，長期以來，水工混凝土強度等級的設計齡期為90d.一般而言，粉煤灰混凝土90d齡期的抗壓強度比28d提高35%~60%左右。因此，若混凝土的強度等級以90d為設計齡期，則達到相同強度，可降低水泥用量約20%.實踐表明，以90d作為設計齡期，不僅充分利用了混凝土的后期強度增長值，降低了水泥用量，節約了成本，促進了摻合料在水工混凝土的應用，而且明顯改善了混凝土的性能，尤其是耐久性。

　　然而，多年來，除個別工程外，建工混凝土強度等級的設計齡期一直為28d.在大力推行低碳、綠色發展的今天和未來，在摻合料必將越來越多地應用于建工混凝土的大趨勢下，建議建工混凝土(尤其是使用粉煤灰、磷渣粉的混凝土)的強度等級使用60d(甚至90d)作為設計齡期。

　　1.6混凝土配合比的設計原則

　　為保障水工建筑物的長期安全運行，水工混凝土配合比設計時，堅持強度與耐久性并重的原則。即不僅要滿足抗壓強度要求，還要滿足極限拉伸值、抗壓彈性模量、徐變等力學指標和絕熱溫升值、導溫、導熱、比熱、線膨脹系數等熱學指標，以及要滿足抗滲、抗凍、抗侵蝕、抗沖刷、抗碳化等耐久性指標[8,9].在水工混凝土配合比設計的初選水膠比階段，即要求初選的水膠比，不僅要滿足設計對混凝土強度的要求，還應不超過現行規范DL?T5144規定的水膠比最大允許值(見表8)和滿足設計規定的抗滲、抗凍等級等要求[8].

　　由表8可見，在相同服役環境中，水工混凝土的水膠比最大允許值比GB50010-2010《混凝土結構設計規范》規定的設計使用年限為50年的建工混凝土結構的最大水膠比要求嚴。

　　水工混凝土的強度與耐久性并重的配合比設計原則，為水工建筑物的長期安全運行提供了重要的技術保障。該原則與2014年8月由住房與城鄉建設部、工業與信息化部聯合頒布的《關于推廣應用高性能混凝土的若干意見(建標[2014]117號)》規定的高性能混凝土的結構設計理念不謀而合。或者說，水工混凝土為建工混凝土(特別是高性能混凝土)實踐“強度與耐久性并重”的設計理念積累了寶貴經驗。

　　2結論

　　(1)建工混凝土宜加大粉煤灰、硅灰、礦渣、石灰石粉等摻合料的應用力度，這不僅可以降低膠凝材料用量、減少水泥用量和改善混凝土的性能，還可加大固體廢棄物的綜合利用量，促進資源節約和節能減排。

　　(2)建工混凝土應積極使用機制砂，甚至可大膽探索人工級配粗骨料的應用，這不僅可緩解天然砂石料資源日益枯竭、混凝土需求量越來越大的矛盾，還可降低膠凝材料用量和改善混凝土的性能。

　　(3)在設計建工混凝土的配合比時，建議逐步使用以飽和面干狀態作為砂石骨料的基準含水狀態，以進一步提高混凝土質量的控制水平。

　　(4)基于使用摻合料(特別是粉煤灰、磷渣粉)的建工混凝土，建議其強度等級的設計齡期從目前的28d延遲至60d,甚至90d.

　　(5)水工混凝土的強度與耐久性并重的配合比設計原則與工程應用實例，對建工混凝土(特別是高性能混凝土)貫徹落實該原則具有較高的借鑒價值。

　　參考文獻：

　　[1]陳文耀，李文偉.三峽工程混凝土試驗研究及實踐[M].北京：中國電力出版社，2005.

　　[2]沈冰.2013年混凝土與水泥制品行業步入攻堅期---調整結構提質增效轉型發展[J].混凝土世界，2014(5):10-16.

　　[3]錢覺時.粉煤灰特性與粉煤灰混凝土[M].北京：科學出版社，2002.

　　[4]鄧云龍，吳愛芹，羅金壘.硅灰在混凝土中的應用進展[J].江蘇建材，2013(1):29-30.

　　[5]金雙全，朱育岷，陳麗琴.磷渣粉用作碾壓混凝土摻合料的研究和應用[J].紅水河，2012,31(3):43-45,48.