普通混凝土与粉煤灰混凝土配合比不同设计方法的经济性分析.docx
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普通混凝土与粉煤灰混凝土配合比不同设计方法的经济性分析
普通混凝土与粉煤灰混凝土配合比
不同设计方案的经济性对比分析
摘要:
本文作者从使用粉煤灰的意义着手,结合具体工程设计实例,根据多方案混凝土配合比数据(掺加粉煤灰的混凝土和基准混凝土),单方面从每立方混凝土综合材料费用进行了经济性对比分析,提出了比较经济的粉煤灰混凝土配合比设计思路。
结语中提出来作者自己的几点看法和认识,供公路施工专业技术人员参考。
关键词:
混凝土经济性分析
1概述
1.1混凝土中使用粉煤灰的意义
在混凝土中正确、合理地使用粉煤灰,部分取代水泥使用量可达到废物再利用、节省水泥(节约资源)、降低混凝土成本、改善混凝土性能、提高工程质量的目的。
1.2我国粉煤灰综合利用现状
1983年以来,在国家政策的指引下,国内各科研机构及国有大型工程企业单位在粉煤灰综合利用方面进行了大量的研究和不懈的努力,粉煤灰综合利用技术不断的创新和提高。
到上世纪90年代,我国粉煤灰综合利用率已位具世界之首。
2普通混凝土、粉煤灰混凝土配合比设计方法
普通混凝土配合比设计的发展,经历了菲莱的混凝土强度基础理论公式、阿伯拉姆斯水灰比定律、保罗莱的灰水比和强度线形关系公式几个阶段。
而粉煤灰混凝土配合比设计理论同普通混凝土配合比设计的原则相通,均可看作是以“规定强度法”为基本原则。
《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GBJ146-90)中规定的粉煤灰混凝土配合比设计方法有三种:
等量取代法、超量取代法和外加法。
计算前提条件必须是根据普通混凝土配合比设计计算方法确定出基准混凝土配合比各种材料用量。
现修订出版的《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2011),在设计方法中,已充分经考虑到矿物掺和料在当前混凝土设计与施工中的普遍应用现实及其重要性,增加相关(从矿物掺和料掺量多少对胶凝材料28d强度乘以影响系数,并修改水灰比为水胶比,增加了各类混凝土中矿物掺和料最大掺量规定及每方混凝土矿物掺和料计算公式等)内容以规范设计。
3混凝土配合比设计中外加剂及矿物掺和料(粉煤灰)的技术要求
外加剂性能指标《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011)表3-1
项目
指标
检验标准
水泥净浆流动度(mm)
≥240
《混凝土外加剂匀质性试验方法》(GB/T8077)
硫酸钠含量(%)
≤5.0
氯离子含量(%)
≤0.02
碱含量(Na2O+0.658K2O,%)
≤10.0
减水率(%)
≥20
《混凝土外加剂》(GB8076)
含气量(%)
用于配置非抗冻混凝土时
≥3.0
用于配置抗冻混凝土时
≥4.5
坍落度保留值(mm)
30min
≥180
《混凝土泵送剂》(JC473)
60min
≥150
常压泌水率比(%)
≤20
《混凝土外加剂》(GB8076)
压力泌水率比(%)
≤90
《混凝土泵送剂》(JC473)
抗压强度比
3d
≥130
《混凝土外加剂》(GB8076)
7d
≥125
28d
≥120
对钢筋锈蚀作用
无锈蚀
收缩率比(%)
≤135
相对耐久性指标(200次,%)
≥80
注:
表中坍落度保留值、压力泌水率比仅适用于泵送混凝土外加剂。
拌制混凝土和砂浆用粉煤灰的技术要求(JTG/TF50-2011)表3-2
名称
粉煤灰质量等级指标
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
细度(45μm方孔筛筛余,%)
≤12.0
≤25.0
≤45.0
比表面积(m2/kg)
≥600
≥400
≥150
烧失量(%)
≤5.0
≤8.0
≤15.0
需水量比(%)
≤95
≤105
≤115
含水率(%)
≤1.0
游离氧化钙(%)
F类粉煤灰
≤1.0
C类粉煤灰
≤4.0
SO3(%)
≤3.0
安定性(雷氏夹沸煮后增加距离。
mm)C类粉煤灰
≤5.0
均匀性
单一样品的细度不应超过前10个样品细度平均值的最大偏差
总碱量
当粉煤灰用于活性集料混凝土,需要限制掺和料的含碱量时,由买卖双方协商确定
注:
1.F类粉煤灰指由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰。
C类粉煤灰指由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰。
2.拌制混凝土和砂浆的粉煤灰试验结果符合表中技术要求时为等级品。
其中任一项不符合要求时,允许对同一编号加倍取样复验全部项目,复验不合格可降级处理。
凡低于此表中最低级别要求的为不合格品。
3.表中比表面积要求值为参考数据。
4粉煤灰混凝土应用
4.1工程示例
我们在由甘肃路桥建设集团有限公司承建的某工程中,对以下强度等级的混凝土设计使用了粉煤灰混凝土技术:
C25、C30预制构件和现浇结构混凝土;C30泵送混凝土、C30水下混凝土桩基础;预制C50预应力混凝土箱梁。
4.2粉煤灰混凝土配合比设计数据汇总
针对C25、C30普通混凝土施工,考虑混凝土大体积施工原因,采用等量取代法进行配合比设计,并部分使用了“双掺法”技术进行粉煤灰混凝土配合比优化设计。
数据见汇总表4.2-1及表4.2-2。
强度
等级
坍落度
水胶
(灰)
比
各种材料配比(kg/m3)
抗压强度(MPa)
备注
胶结料
砂
碎石
水
外加剂
水泥
粉煤灰
(mm)
寿鹿山P.042.5级
西固热电厂
金强河砂场
5-31.5mm
自来水
UNF萘系高效减水剂
R7d
R28d
R60d
R90d
C20
90
0.55
349
56.9
687
1118
222
/
22.0
33.0
38.0
39.9
掺粉煤灰配比
20.7
31.0
34.9
39.1
90
0.56
396
/
714
1118
222
/
25.3
32.2
37.9
40.4
对比配比
C25
95
0.51
376
61.2
665
1099
222
/
22.5
35.7
42.0
42.5
掺粉煤灰配比
23.0
33.1
37.9
40.2
85
0.52
427
/
702
1099
222
/
26.3
36.2
41.3
42.4
对比配比
C30
80
0.46
414.7
67.9
653
1075
222
/
24.6
40.8
43.3
48.1
掺粉煤灰配比
22.4
37.7
43.6
45.8
80
0.47
472
/
667
1089
222
/
29.0
40.5
45.7
47.9
对比配比
数据见汇总表4.2-1
数据见汇总表4.2-2
强度
等级
坍落度
水胶
(灰)
比
各种材料配比(kg/m3)
抗压强度(MPa)
备注
胶结料
砂
碎石
水
外加剂
水泥
粉煤灰
(mm)
寿鹿山P.042.5级
西固热电厂
金强河砂场
5-31.5mm
自来水
UNF萘系高效减水剂
R7d
R28d
C20~C30
90
0.62
274.0
/
742
1264
170
2.651
25.5
33.2
105
0.57
298.0
/
733
1249
170
2.831
27.0
36.6
105
0.52
327.0
/
723
1230
170
3.202
31.2
42.6
95
0.47
362.0
/
690
1228
170
3.077
33.6
46.2
线性回归C20
0.67
254.0
/
749
1277
170
2.464
线性回归C25
0.62
274.0
/
742
1264
170
2.651
线性回归C30
0.56
304.0
/
731
1245
170
2.949
C20~C30
100
0.62
239.0
42.0
700
1272
173
2.389
21.3
33.7
取代
15%
水泥
95
0.57
259.0
46.0
701
1247
173
2.440
24.4
36.5
110
0.52
284.0
50.0
690
1227
173
2.672
26.1
40.2
110
0.47
313.0
56.0
668
1213
173
2.952
29.8
42.0
105
0.42
356.0
63.0
639
1186
176
3.352
32.0
44.8
线性回归C20
0.72
200.7
35.3
717
1302
170
2.006
线性回归C25
0.63
245.0
43.0
697
1267
173
2.448
线性回归C30
0.54
272.1
47.9
686
1246
173
2.720
数据见汇总表4.2-3
强度
等级
坍落度
水胶
(灰)
比
各种材料配比(kg/m3)
抗压强度(MPa)
备注
胶结料
砂
碎石
水
外加剂
水泥
粉煤灰
(mm)
52.5
西固热电厂
金强河砂场
5-31.5mm
自来水
UNF萘系高效减水剂
R7d
R28d
C50
120
0.365
390
58.7
586
1269
164
5.384
51.6
63.9
祁连山P.Ⅱ52.5级
51.2
62.8
120
0.321
442
65.6
555
1254
163
6.091
61.9
72.3
57.1
68.1
100
0.279
508
75.4
525
1209
163
7.001
67.3
79.1
62.6
76.8
线性回归C50
0.380
372.9
56.1
596
1292
163
5.148
/
/
C50
115
0.408
351
53.0
611
1268
165
4.848
56.0
57.5
赛马P.O52.5R
120
0.365
393
59.0
570
1254
165
5.424
60.5
66.1
105
0.322
446
67.0
540
1242
165
6.156
62.7
69.1
100
0.279
515
77.0
510
1202
165
7.104
69.3
75.7
线性回归C50
0.397
367.5
55.5
604
1254
167
5.076
/
/
针对C30泵送混凝土、C30水下混凝土施工的特殊要求,另外由于C50预应力混凝土箱梁高强度性要求,考虑主要是以改善混凝土和易性、提高工程质量为目的,故分别采用了超量取代法及外加法进行粉煤灰混凝土配合比设计,并部分使用了“双掺法”技术。
数据见汇总表4.2-2及表4.2-3。
4.3经济性分析(见表4.3-1)
粉煤灰混凝土经济性对比分析表表4.3-1
项目
各种材料配比(kg/m3)
每立方混凝土综合材料费用
备注
胶结料
砂
碎石
水
外加剂
水胶(灰)比
水泥
粉煤灰
寿鹿山P.042.5级
西固热电厂
金强河砂场
5-31.5mm
自来水
UNF萘系高效减水剂
材料单价
(元/t)
(元/t)
(元/m3)
(元/m3)
(元/m3)
(元/t)
(元/m3)
420.0
200.0
45
72
12
5800
强度等级
C20
313.0
51.0
727
1137
222
0
0.60
223
28d龄期
289.0
47.0
738
1154
222
0
0.66
213
60d龄期
200.7
35.3
717
1302
170
2.006
0.72
191
28d龄期
370.0
0.0
725
1133
222
0
0.60
236
254.0
0.0
749
1277
170
2.464
0.67
209
C25
360.3
58.7
706
1103
222
0
0.53
242
323.3
52.7
722
1130
222
0
0.59
227
60d龄期
245.0
43.0
697
1267
173
2.448
0.63
212
28d龄期
404.0
0.0
711
1113
222
0
0.55
249
274.0
0.0
742
1264
170
2.651
0.62
218
C30
415.1
67.9
663
1082
222
0
0.46
264
360.1
58.9
687
1122
222
0
0.53
242
60d龄期
272.1
47.9
686
1246
173
2.72
0.54
224
28d龄期
444.0
0.0
696
1088
222
0
0.50
264
304.0
0.0
731
1245
170
2.949
0.56
231
C30
349.2
38.8
801
1061
190
3.88
0.49
256
(泵送)28d龄期
C30
336
40.3
754
1107
185
3.57
0.49
250
(水下)28d龄期
C50
372.9
56.1
596
1292
163
5.148
0.38
/
(祁连山牌P.Ⅱ52.5级)28d龄期
C50
367.5
55.5
604
1254
167
5.076
0.397
/
(赛马牌P.O52.5R)28d龄期
说明:
砂堆积密度为1580kg/m3;5-31.5mm碎石堆积密度为1420kg/m3。
C50配合比中碎石带黑体数据为5-26.5mm规格。
从表4.3-1数据可以看出,对于C20、C25、C30混凝土配合比设计各方案数据对比中,经济性由好到差依次为:
双掺法设计粉煤灰混凝土、单独掺加高效(或高性能)减水剂的普通混凝土、单独掺加粉煤灰混凝土(60d龄期)、单独掺加粉煤灰混凝土(28d龄期)、常规设计普通混凝土。
5结语
5.1个人看法
从上述多方案设计经济性对比可得,今后粉煤灰混凝土设计当以双掺法思路为首选方案,普通混凝土设计当以掺加高效(或高性能)减水剂的方法为首选方案。
除非有特殊要求的工程也可选择单独掺加粉煤灰的混凝土配合比设计方案(拟设计的混凝土结构体有防止开裂、降低混凝土水化热需求,且对强度要求较低时)。
从本次研究结果分析看,《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GBJ146-90)规定的对于地下工程,粉煤灰混凝土配合比强度设计龄期一般采用60d、90d甚至于180d,是比较合理的。
在C20、C25、C30混凝土配合比优化过程中,分析我部试验设计数据可知,单独掺加粉煤灰的混凝土60d龄期距90d龄期试件强度增长幅度基本趋于平缓,60d龄期试件强度同对比配比试件强度相差很小,而且90d龄期试件强度基本和对比配比试件强度相等。
为此,考虑工程设计周期过长会对施工进度产生较大影响,笔者认为,在公路隧道工程施工中,粉煤灰混凝土配合比设计标准龄期以60d为好!
这样,相对与以28d龄期进行强度控制的配合比来说,可获得预期的经济性目标。
另外,《混凝土强度检验评定标准》(GB/T50107-2010)现已颁布执行。
该规范在本次修订时,对于混凝土强度评定龄期除了普遍采用的28d龄期强度外,对于掺加矿物混合料的混凝土(包括粉煤灰)允许使用设计单位确定的60d或90d龄期进行施工过程中质量控制及交工验收评定。
5.2一点认识
现阶段,个别项目经理和工程队管理人员,对混凝土配比设计采用“双掺技术”理解不够,片面的认为,仅掺加粉煤灰就可以降低每方混凝土材料费用,使用高效减水剂会增加混凝土材料费用,这种认识是完全错误的!
通过表4.3-1我们可以看出,双掺法设计的粉煤灰混凝土经济性最好。
另外,“双掺技术”的应用,使得C50等高强度混凝土工作性有了较大的改善,从而,施工进度加快,工程质量有所提高,基于此,单位混凝土施工成本还会进一步降低。
当然,高效减水剂的品质、掺量及价格对混凝土的施工成本的影响是不可忽视的。
5.3当前,在粉煤灰混凝土技术应用中存在问题:
部分施工队伍,对于粉煤灰混凝土施工过程中养护管理工作重视程度不够,养护龄期达不到规范要求期限。
粉煤灰混凝土施工结束后,应覆盖并保湿养护。
暴露面的潮湿养护时间不得少于14d,干燥或炎热气候条件下的潮湿养护时间,不得少于21d。
众所周知,取代法设计的粉煤灰混凝土早期强度一般比较低,后期强度增长潜力较大。
如果在其强度增长的有效期限内,不能给予很好的养护,其强度增长所需水分供给不足,致使水泥和粉煤灰中的活性物质不能充分进行水化反应,不能生成更多絮状胶凝物质填充混凝土中微孔隙,结构混凝土密实度较差,势必对其运营强度产生不可估量的影响。
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- 普通 混凝土 粉煤 配合 不同 设计 方法 经济 分析