混凝土經(jīng)濟(jì)效益思考

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隨著科學(xué)技術(shù)、工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，由于城市土地資源的緊缺，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)向高強(qiáng)、大跨和重荷載等方向不斷發(fā)展，進(jìn)而對(duì)現(xiàn)代混凝土提出了新的要求，如：高強(qiáng)度、高耐久性、良好的工作性、良好的體積穩(wěn)定性以及可持續(xù)發(fā)展等。因此，高強(qiáng)高性能}昆凝土(High—PerformanceConcreteandHigh—StrengthConcrete，簡稱HPC／Hsc)應(yīng)運(yùn)而生，除了滿足了上述發(fā)展要求之外，更具有顯著的技術(shù)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。近年來，我國政府高度重視高強(qiáng)商陛能混凝土的應(yīng)用技術(shù)研究，科技部和住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部相繼立項(xiàng)高強(qiáng)混凝土研究課題，對(duì)加快推動(dòng)HPC／HSC的廣泛應(yīng)用起到了巨大促進(jìn)作用。合肥天時(shí)廣場工程是合肥市首個(gè)大規(guī)模應(yīng)用C70和C80高強(qiáng)混凝土的重要工程，為框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，包括地下一層和地上32層，其中一1～12層柱使用C60～C80HPC／HSC，梁、頂板使用C30普通混凝土，總建筑面積57177rn2，工程造價(jià)6968萬元。由于高強(qiáng)混凝土技術(shù)要求很高，當(dāng)?shù)貨]有成熟經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，因此，中國建筑科學(xué)研究院建材所對(duì)本工程的配合比設(shè)計(jì)和施工方案進(jìn)行了技術(shù)支持。該工程在預(yù)拌混凝土公司、設(shè)計(jì)和施工單位的密切配合下，已經(jīng)順利竣工驗(yàn)收，混凝土質(zhì)量整體驗(yàn)收評(píng)價(jià)優(yōu)良，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

1直接經(jīng)濟(jì)效益

混凝土結(jié)構(gòu)使用HPC／HSC替代普通混凝土可減少結(jié)構(gòu)截面尺寸，增加建筑有效使用面積，同時(shí)減少鋼筋和混凝土的用量。合肥寰宇建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的天時(shí)廣場工程一1～12層柱使用了C60～C80HPC／HSC，替代原方案一1～12層C50普通混凝土柱，新舊方案對(duì)應(yīng)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)變化見表1，建筑有效使用面積、鋼材用量和混凝土用量等對(duì)比分析結(jié)果見表2、3。從表1可知，天時(shí)廣場工程使用了C60-C80HPC／HSC柱，其混凝土用量不足800m3，但是直接經(jīng)濟(jì)效益逾60萬元(如表4)，可見，使用HPC／HSC可為業(yè)主帶來良好的直接經(jīng)濟(jì)效益，并可降低施工方的勞動(dòng)強(qiáng)度(上述經(jīng)濟(jì)分析中尚未包括建筑物自重減少對(duì)基礎(chǔ)的影響)。

2間接經(jīng)濟(jì)效益

采用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)配制的高性能混凝土可顯著提高混凝土耐久性能，增加混凝土結(jié)構(gòu)的安全使用年限，減少因修補(bǔ)或拆除陳舊混凝土結(jié)構(gòu)物而造成的浪費(fèi)和建筑垃圾【l_。因此，高耐久性的高強(qiáng)高性能混凝土不僅延長了結(jié)構(gòu)安全使用年限和節(jié)約資源，而且可產(chǎn)生一定的間接經(jīng)濟(jì)效益。

2．1抗氯離子滲透性能

外界環(huán)境的氯離子侵蝕是造成鋼筋銹蝕的主要原因之一。氯離子侵入鋼筋混凝土內(nèi)部，會(huì)破壞鋼筋表面厚度約為2-6nnl的水化氧化物(nFe03"mH：0)層，使鋼筋產(chǎn)生銹蝕和膨脹，從而嚴(yán)重影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性嘲。根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB／]r50082規(guī)定的電通量檢測(cè)方法[3]，使用CABR-RCP9型混凝土氯離子電通量測(cè)定儀，對(duì)合肥天時(shí)廣場工程28d齡期混凝土進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果和評(píng)定方法分別見表5、6。由表5．6可知，該工程用C60、C70和C80HPC／HSC氯離子滲透性能很低，抗氯離子滲透性能明顯優(yōu)于C50普通混凝土。

2．2抗碳化性能

混凝土碳化會(huì)降低混凝土堿度，當(dāng)鋼筋表面的pH值降到10以下時(shí)，鋼筋的鈍化膜被破壞，隨著氧和水的滲透，可能造成鋼筋銹蝕，從而嚴(yán)重影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命。根據(jù)GB／T50082《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》規(guī)定的碳化試驗(yàn)方法，使用CCB一70B型混凝土碳化試驗(yàn)箱，對(duì)合肥天時(shí)廣場工程28d齡期混凝土進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表7。從表7可知，天時(shí)廣場工程用HPC／HSC土具有很好的抗碳化性能，并且抗碳化性能明顯優(yōu)于C50普通混凝土。由于C50、C60、C70和C80混凝土的水膠比分別為0_35、O．30、0．29和0．26，參考表8中的混凝土碳化性能指標(biāo)[sJ，所以即使在較差的環(huán)境下工程所用高性能混凝土的抗碳化性能方面可滿足100年設(shè)計(jì)使用年限要求。

2．3收縮性能

發(fā)生在約束條件下的混凝土收縮一般會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土拉應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度時(shí)將產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。因此，控制結(jié)構(gòu)混凝土的收縮性能具有重要意義，而混凝土收縮性能受環(huán)境、溫度、配筋等因素的影響較大憫，本工程使用常州金木公司生產(chǎn)的JTM—V5000型振弦式應(yīng)變計(jì)、河海大學(xué)土木學(xué)院生產(chǎn)的XP99C頻率儀，監(jiān)測(cè)澆筑后混凝土實(shí)體的硬化收縮，監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖1。由圖1可知，28d齡期內(nèi)不同混凝土的收縮應(yīng)變值存在一定差異，C80HPC／HSC的收縮應(yīng)變最大，最大應(yīng)變值為138．28，而C30混凝土的收縮應(yīng)變最小，最大應(yīng)變值為88．5￡。從應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì)來看，C80HPC／HSC早期收縮較大，后期趨向穩(wěn)定；C30混凝土早期收縮較小，但后期收縮持續(xù)增加。因此，約束較大的HPC／HSC結(jié)構(gòu)(如連續(xù)長墻)應(yīng)重視早期收縮，并加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)；而約束較大的普通混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間。本工程竣工驗(yàn)收的實(shí)體混凝土均未出現(xiàn)有害裂縫，因此，HPC／HSC可具有較好的抗收縮能力。

2．4抗凍性能

在寒冷地區(qū)，混凝土結(jié)構(gòu)常因遭受凍融循環(huán)而損壞，這已成為影響混凝土耐久性的主要問題之一。我國對(duì)重要和大型混凝土工程的抗凍性均有嚴(yán)格要求，根據(jù)GB／T50082(普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》規(guī)定的抗凍試驗(yàn)方法，使用TDS．300型混凝土慢速凍融試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表9。從表9可知，C60、C70和C80HPC／HSC的抗凍性能明顯優(yōu)于C30混凝土。參照GB／T50476(混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)設(shè)計(jì)指標(biāo)，C60、C70和C80HPC／HSC的抗凍性能滿足設(shè)計(jì)使用年限100年的要求。

3社會(huì)效益

節(jié)約自然資源、減少能源消耗、保護(hù)生態(tài)環(huán)境已經(jīng)成為現(xiàn)代混凝土行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基本要求。混凝土相關(guān)企業(yè)必須承擔(dān)時(shí)代賦予的社會(huì)責(zé)任，創(chuàng)造更多的社會(huì)效益。因此，改變傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)觀效益念，以全壽命周期方法評(píng)價(jià)HPC／HSC替代普通混凝土的社會(huì)效益如下：節(jié)約煤、電、水、礦石、砂等資源和能源的消耗；減少二氧化碳、二氧化硫等有害氣體和工業(yè)廢渣的排放；使用礦渣粉、粉煤灰、硅粉等工業(yè)廢渣替代水泥，減少水泥工業(yè)的能源、資源消耗和環(huán)境污染。天時(shí)廣場工程使用HPC／HSC后，減少混凝土用量411i113、節(jié)約鋼材用量53．57t，節(jié)省柴油2711．3kg、節(jié)約用電32071．1kW•h、減少二氧化碳排放259．345t。因此使用HPC／HSC具有良的社會(huì)效益。

4結(jié)論

(1)使用HPC／HSC替代普通混凝土，增加了建筑有效使用面積、減少了混凝土和鋼材用量，具有良好的直接經(jīng)濟(jì)效益。

(2)HPC／Hsc耐久性能好，能夠滿足惡劣環(huán)境條件下結(jié)構(gòu)耐久性要求，延長了結(jié)構(gòu)安全使用年限，具有可觀的間接經(jīng)濟(jì)效益。