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水工混凝土與建工混凝土的對(duì)比分析
建工行業(yè)對(duì)在混凝土中應(yīng)用摻合料研究活躍，但工程應(yīng)用起步較晚，技術(shù)進(jìn)步和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)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(duì)比的論文范文，供大家閱讀借鑒。
引言
眾所周知，建工、水工、港工、公路等行業(yè)使用的混凝土，因其功能、施工條件、服役環(huán)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(dān)水壓力，體積龐大，少則數(shù)萬(wàn)立方米，多則數(shù)十萬(wàn)乃至數(shù)千萬(wàn)立方米(如長(zhǎng)江三峽工程的壩體混凝土澆筑量多達(dá)約1600×104m3[1]),配制時(shí)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(yè)與民用建筑工程主體結(jié)構(gòu)的普通混凝土)因主要使用泵送施工，混凝土的流動(dòng)度要求高(一般為100~220mm).但是，不同行業(yè)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(shè)計(jì)原理和方法是相通的，互相是可以借鑒的。
本研究對(duì)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(jī)制骨料的品質(zhì)要求、骨料的基準(zhǔn)含水狀態(tài)、強(qiáng)度等級(jí)的設(shè)計(jì)齡期、配合比的設(shè)計(jì)原則等，指出建工混凝土宜加大摻合料應(yīng)用力度、積極使用機(jī)制砂石料、探索使用以飽和面干狀態(tài)作為混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)砂石骨料的基準(zhǔn)含水狀態(tài)、延長(zhǎng)強(qiáng)度等級(jí)的設(shè)計(jì)齡期和實(shí)踐強(qiáng)度與耐久性并重的混凝土配合比設(shè)計(jì)原則，供工程技術(shù)人員參考。
1水工混凝土與建工混凝土的對(duì)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(qiáng)度等級(jí)不高，但抗?jié)B等級(jí)相對(duì)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(shè)計(jì)規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“DL?T5330-2005”)沒(méi)有膠凝材料最小用量的限制，但DL?T5144-2001《水工混凝土施工規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“DL?T5144-2001”)規(guī)定“大體積內(nèi)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(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“JGJ55-2011”)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。根據(jù)混凝土種類(lèi)和水膠比的不同，JGJ55-2011規(guī)定了不同的最小膠凝材料用量，見(jiàn)表1.
根據(jù)有關(guān)部門(mén)對(duì)2012年全國(guó)預(yù)拌混凝土產(chǎn)量的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，我國(guó)C20、C25、C30三個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土產(chǎn)量占總產(chǎn)量的63.7%.而這些等級(jí)的混凝土，與水工混凝土的常用強(qiáng)度等級(jí)一致，水膠比一般為0.45~0.60.從表1可知，若設(shè)計(jì)相同強(qiáng)度等級(jí)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(jià)350元、每生產(chǎn)1t水泥排放1tCO2估算，以我國(guó)2013年預(yù)拌混凝土產(chǎn)量11.696億m3計(jì)算[2],則每年可節(jié)約水泥1169.6萬(wàn)t,產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益41億元，減少CO2排放1169.6萬(wàn)t,經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益顯而易見(jiàn)。
1.2礦物摻合料的應(yīng)用和品質(zhì)要求
水工混凝土雖然強(qiáng)度等級(jí)低，但體積龐大，對(duì)混凝土的絕熱溫升值要求嚴(yán)(一般控制28d的絕熱溫升值不超過(guò)30℃),并因長(zhǎng)期承受水壓力，對(duì)抗?jié)B、抗凍等耐久性能要求也高。所以，設(shè)計(jì)水工混凝土的配合比時(shí)，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(yīng)用于在河南三門(mén)峽水電站、湖北葛洲壩水利樞紐、云南昭通魚(yú)洞壩體混凝土中[3-5].石灰石粉也從20世紀(jì)90年代初起，就在我國(guó)普定、巖灘、江埡、汾河二庫(kù)、白石、黃丹、龍灘、漫灣、大朝山、小灣等大中型水電工程中應(yīng)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(lèi))摻量高達(dá)70%(按占膠凝材料總用量的百分比計(jì))的三級(jí)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(dá)60%;貴州石椏子水電站從2010年5月24日起澆筑的三級(jí)配碾壓混凝土的粉煤灰摻量也高達(dá)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(dá)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(shù)規(guī)范。
建工行業(yè)對(duì)在混凝土中應(yīng)用摻合料研究活躍，但工程應(yīng)用起步較晚，技術(shù)進(jìn)步和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的空間大。在我國(guó)，粉煤灰應(yīng)用于建工混凝土始于上世紀(jì)六七十年代，但人們很長(zhǎng)時(shí)間難以接受粉煤灰混凝土[3].并且，從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際工程使用摻合料的情況看，建工行業(yè)的摻量總體比水工少。例如，JGJ55-2011規(guī)定，在使用普通硅酸鹽水泥澆筑基礎(chǔ)大體積混凝土?xí)r，粉煤灰(F類(lèi))、硅灰、磷渣粉的最大摻量不宜超過(guò)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(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，國(guó)家首次頒布的標(biāo)準(zhǔn)GB?T50912-2013《鋼鐵渣粉混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》也從2014年5月1日起開(kāi)始實(shí)施，建工行業(yè)首次發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)JG?T317-2011《混凝土用粒化電爐磷渣粉》、JGJ?T308-2013《磷渣混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》和JGJ?T318-2014《石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)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(shí)施。同時(shí)，隨著大中城市普遍推行預(yù)拌混凝土和國(guó)家、地方一系列促進(jìn)固體廢棄物綜合利用政策的1能的廣泛認(rèn)同，粉煤灰已逐漸成為生產(chǎn)預(yù)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(qiáng)高性能混凝土的需求量上升和硅灰的增強(qiáng)效應(yīng)被人們所認(rèn)識(shí)，硅粉的應(yīng)用量也日益攀升。
現(xiàn)將現(xiàn)行建工行業(yè)、水電水利行業(yè)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)粉煤灰、硅灰、磷渣粉、石灰石粉的技術(shù)要求匯總于表2~5.從以上表格中的數(shù)據(jù)可知，建工行業(yè)、水電水利行業(yè)除對(duì)粉煤灰、硅灰的品質(zhì)要求相同外，對(duì)磷渣粉、石灰石粉的品質(zhì)要求存在差異。并且，總體而言，建工行業(yè)對(duì)磷渣粉的品質(zhì)要求比水工高，對(duì)石灰石粉的品質(zhì)要求比水工低。
例如，建工行業(yè)對(duì)磷渣粉的比表面積和活性指數(shù)的要求分別比水電水利行業(yè)高50m2?kg和10%,對(duì)石灰石粉的CaCO3含量和亞甲藍(lán)值的要求分別比水電水利行業(yè)低10%和0.4g?kg.
另外，若建工行業(yè)加大礦物摻合料在混凝土(尤其是大體積混凝土)的應(yīng)用力度，按每立方米混凝土多用10kg摻合料和以我國(guó)2013年預(yù)拌混凝土產(chǎn)量11.696億m3估算，則每年多消化固體廢棄物1169.6萬(wàn)m3,經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益顯著。
1.3機(jī)制砂石料的應(yīng)用和品質(zhì)要求
水電站因修建在深山峽谷地區(qū)，壩基和左右兩岸要求基巖穩(wěn)定。所以，水電站擁有天然的砂石料加工場(chǎng)。在我國(guó)，機(jī)制砂石料于20世紀(jì)60年就開(kāi)始應(yīng)用于水工混凝土。早在1963年頒發(fā)的《水工建筑物混凝土及鋼筋混凝土施工技術(shù)暫行規(guī)范》，就對(duì)機(jī)制砂石料了提出了具體要求。
目前水電水利行業(yè)使用的規(guī)范DL?T5144-2001對(duì)機(jī)制砂的主要品質(zhì)指標(biāo)規(guī)定為：石粉含量6%~18%、無(wú)泥塊存在、硫化物及硫酸鹽含量不超過(guò)1%、云母含量不超過(guò)2%、細(xì)度模數(shù)宜控制在2.4~2.8范圍內(nèi)、飽和面干含水率不宜超過(guò)6%;對(duì)機(jī)制碎石的主要品質(zhì)指標(biāo)規(guī)定為：針片狀含量不超過(guò)15%、以超遜徑篩檢驗(yàn)的超徑為0、遜徑小于2%、吸水率不超過(guò)2.5%、D20和D40粒徑級(jí)的含泥量不超過(guò)1%、D80和D150(D120)粒徑級(jí)的含泥量不超過(guò)0.5%、無(wú)泥塊存在。
建工行業(yè)使用機(jī)制砂石料生產(chǎn)混凝土，除貴州、云南等地因特殊的地理環(huán)境導(dǎo)致天然砂石料資源稀少而使用較多外，我國(guó)建工行業(yè)總體起步晚，直到2012年才首次發(fā)布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ?T241-2011《人工砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》。2014年5月編制完成的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)制砂石生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程(報(bào)批稿)》已提交，有望在2015年實(shí)施。表6、7中列出了建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ52-2006《普通混凝土用砂石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和JGJ?T241-2011對(duì)砂石料的要求。
但是，即使建工行業(yè)發(fā)布了人工砂的應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，習(xí)慣了應(yīng)用天然砂的建工領(lǐng)域(特別是預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè))仍然有人對(duì)使用機(jī)制砂拌制的混凝土憂(yōu)心忡忡，或是僅接受由鵝卵石破碎的機(jī)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(dǎo)致機(jī)制砂應(yīng)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(méi)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(yè)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(dá)12%~22%[7]).從這一點(diǎn)講，水電水利行業(yè)很多年前就認(rèn)識(shí)并利用石粉的填充、密實(shí)作用和對(duì)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(xì)度模數(shù)、含水率控制比建工嚴(yán)格;對(duì)于同強(qiáng)度等級(jí)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(méi)有超遜徑和吸水率規(guī)定，而水工混凝土有嚴(yán)格限制。至于對(duì)云母、硫化物及硫酸鹽等有害物質(zhì)含量的限制，則兩行業(yè)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(shí)度，水電水利行業(yè)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(jí)，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(méi)有這樣的生產(chǎn)和使用要求。
總體而言，水工混凝土對(duì)砂石料的品質(zhì)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(shí)度和努力減少膠凝材料的用量。
1.4砂石料的基準(zhǔn)含水狀態(tài)
水工混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)和試驗(yàn)時(shí)，對(duì)用水量及其波動(dòng)的控制非常嚴(yán)格，其中要求砂石料以飽和面干狀態(tài)來(lái)計(jì)算用量。然而，建工混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)和試驗(yàn)時(shí)，砂石料是以干燥狀態(tài)為基準(zhǔn)。飽和面干狀態(tài)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(shí)的單位用水量波動(dòng)，從而減少混凝土的坍落度、強(qiáng)度、抗?jié)B等技術(shù)指標(biāo)的波動(dòng)，提高混凝土質(zhì)量的控制水平。
1.5混凝土強(qiáng)度等級(jí)的設(shè)計(jì)齡期
水工混凝土因大量使用摻合料，早期強(qiáng)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(qiáng)度提高。所以，長(zhǎng)期以來(lái)，水工混凝土強(qiáng)度等級(jí)的設(shè)計(jì)齡期為90d.一般而言，粉煤灰混凝土90d齡期的抗壓強(qiáng)度比28d提高35%~60%左右。因此，若混凝土的強(qiáng)度等級(jí)以90d為設(shè)計(jì)齡期，則達(dá)到相同強(qiáng)度，可降低水泥用量約20%.實(shí)踐表明，以90d作為設(shè)計(jì)齡期，不僅充分利用了混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)值，降低了水泥用量，節(jié)約了成本，促進(jìn)了摻合料在水工混凝土的應(yīng)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(lái)，除個(gè)別工程外，建工混凝土強(qiáng)度等級(jí)的設(shè)計(jì)齡期一直為28d.在大力推行低碳、綠色發(fā)展的今天和未來(lái)，在摻合料必將越來(lái)越多地應(yīng)用于建工混凝土的大趨勢(shì)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(qiáng)度等級(jí)使用60d(甚至90d)作為設(shè)計(jì)齡期。
1.6混凝土配合比的設(shè)計(jì)原則
為保障水工建筑物的長(zhǎng)期安全運(yùn)行，水工混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，堅(jiān)持強(qiáng)度與耐久性并重的原則。即不僅要滿(mǎn)足抗壓強(qiáng)度要求，還要滿(mǎn)足極限拉伸值、抗壓彈性模量、徐變等力學(xué)指標(biāo)和絕熱溫升值、導(dǎo)溫、導(dǎo)熱、比熱、線膨脹系數(shù)等熱學(xué)指標(biāo)，以及要滿(mǎn)足抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕、抗沖刷、抗碳化等耐久性指標(biāo)[8,9].在水工混凝土配合比設(shè)計(jì)的初選水膠比階段，即要求初選的水膠比，不僅要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)對(duì)混凝土強(qiáng)度的要求，還應(yīng)不超過(guò)現(xiàn)行規(guī)范DL?T5144規(guī)定的水膠比最大允許值(見(jiàn)表8)和滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定的抗?jié)B、抗凍等級(jí)等要求[8].
由表8可見(jiàn)，在相同服役環(huán)境中，水工混凝土的水膠比最大允許值比GB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限為50年的建工混凝土結(jié)構(gòu)的最大水膠比要求嚴(yán)。
水工混凝土的強(qiáng)度與耐久性并重的配合比設(shè)計(jì)原則，為水工建筑物的長(zhǎng)期安全運(yùn)行提供了重要的技術(shù)保障。該原則與2014年8月由住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部、工業(yè)與信息化部聯(lián)合頒布的《關(guān)于推廣應(yīng)用高性能混凝土的若干意見(jiàn)(建標(biāo)[2014]117號(hào))》規(guī)定的高性能混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念不謀而合。或者說(shuō)，水工混凝土為建工混凝土(特別是高性能混凝土)實(shí)踐“強(qiáng)度與耐久性并重”的設(shè)計(jì)理念積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
2結(jié)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(yīng)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(jìn)資源節(jié)約和節(jié)能減排。
(2)建工混凝土應(yīng)積極使用機(jī)制砂，甚至可大膽探索人工級(jí)配粗骨料的應(yīng)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(lái)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(shè)計(jì)建工混凝土的配合比時(shí)，建議逐步使用以飽和面干狀態(tài)作為砂石骨料的基準(zhǔn)含水狀態(tài)，以進(jìn)一步提高混凝土質(zhì)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(qiáng)度等級(jí)的設(shè)計(jì)齡期從目前的28d延遲至60d,甚至90d.
(5)水工混凝土的強(qiáng)度與耐久性并重的配合比設(shè)計(jì)原則與工程應(yīng)用實(shí)例，對(duì)建工混凝土(特別是高性能混凝土)貫徹落實(shí)該原則具有較高的借鑒價(jià)值。
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