基于現(xiàn)場統(tǒng)計的混凝土膠凝材料用量域值探究

武西榮WU Xi-rong

（中鐵一局集團第四工程有限公司，咸陽 712000）

1 現(xiàn)場調(diào)研分析

某公司2020 年度共澆筑混凝土達924.43 萬m3，包含商品混凝土149.66 萬m3，自拌混凝土774.77 萬m3（其中樁基混凝土22.72 萬m3，模筑混凝土584.64 萬m3，噴射混凝土167.42 萬m3）。涉及混凝土標(biāo)號有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45 等13 個標(biāo)號。對該公司在建36 個項目部的326 個混凝土配合比報告進行收集統(tǒng)計，配合比收集情況見圖1，對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）單方膠凝材料用量進行了統(tǒng)計分析，用以發(fā)現(xiàn)混凝土配合比的科學(xué)性，以達到在保證質(zhì)量的前提下節(jié)約成本的目的。

圖1 在建項目各標(biāo)號混凝土配合比統(tǒng)計情況

1.1 C30 非水下泵送混凝土分析

共收集28 個項目的C30 非水下泵送混凝土配合比，其中商混7 個，自拌21 個，詳見圖2 所示。

圖2 C30 標(biāo)號的混凝土單方膠凝材料用量柱狀圖

綜合分析：單方膠凝材料用量最大值為418kg/m3，最小值為350kg/m3，平均值為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。

對自拌混凝土進行分析：單方膠凝材料用量最大值為418kg/m3，最小值為355kg/m3，平均值為384kg/m3，最大值是最小值的1.18 倍，最大值是平均值的1.09 倍。

對商品混凝土進行分析：單方膠凝材料用量最大值為399kg/m3，最小值為350kg/m3，平均值為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。

對比：C30 混凝土單方膠凝材料平均用量自拌混凝土比商品混凝土高6.4kg。

1.2 C35 非水下泵送混凝土分析

共收集20 個項目的C35 非水下泵送混凝土配合比，其中商混5 個，自拌15 個，詳見圖3 所示。

圖3 C35 標(biāo)號的混凝土單方膠凝材料用量柱狀圖

綜合分析：單方膠凝材料用量最大值為458kg/m3，最小值為385kg/m3，平均值為411kg/m3，最大值是最小值的1.19 倍，最大值是平均值的1.11 倍。

對自拌混凝土進行分析：單方膠凝材料用量最大值為434kg/m3，最小值為385kg/m3，平均值為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。

對商品混凝土進行分析：單方膠凝材料用量最大值為458kg/m3，最小值為397kg/m3，平均值為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。

對比：C35 混凝土單方膠凝材料平均用量自拌混凝土比商品混凝土少3.7kg。

1.3 C40 非水下泵送混凝土分析

共收集26 個項目的C40 非水下泵送混凝土配合比，其中商混5 個，自拌21 個，詳見圖4 所示。

圖4 C40 標(biāo)號的混凝土單方膠凝材料用量柱狀圖

綜合分析：單方膠凝材料用量最大值為471kg/m3，最小值為350kg/m3，平均值為435kg/m3，最大值是最小值的1.35 倍，最大值是平均值的1.08 倍。

對自拌混凝土進行分析：單方膠凝材料用量最大值為471kg/m3，最小值為417kg/m3，平均值為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。

對商品混凝土進行分析：單方膠凝材料用量最大值為458kg/m3，最小值為350kg/m3，平均值為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。

對比：C40 混凝土單方膠凝材料平均用量自拌混凝土比商品混凝土高22.2kg。

1.4 C50 非水下泵送混凝土分析

共收集13 個項目的C50 非水下泵送混凝土配合比，其中商混6 個，自拌7 個，詳見圖5 所示。

圖5 C50 標(biāo)號的混凝土單方膠凝材料用量柱狀圖

綜合分析：單方膠凝材料用量最大值為528kg/m3，最小值為400kg/m3，平均值為469kg/m3，最大值是最小值的1.32 倍，最大值是平均值的1.13 倍。

對自拌混凝土進行分析：單方膠凝材料用量最大值為494kg/m3，最小值為409kg/m3，平均值為471kg/m3，最大值是最小值的1.21 倍，最大值是平均值的1.05 倍。

對商品混凝土進行分析：單方膠凝材料用量最大值為528kg/m3，最小值為400kg/m3，平均值為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。

對比：C50 混凝土單方膠凝材料平均用量自拌混凝土比商品混凝土高4.3kg。

1.5 C30 水下泵送混凝土分析

共收集15 個項目的C30 水下泵送混凝土配合比，其中商混5 個，自拌10 個，詳見圖6 所示。

綜合分析：單方膠凝材料用量最大值為433kg/m3，最小值為370kg/m3，平均值為406kg/m3，最大值是最小值的1.17 倍，最大值是平均值的1.07 倍。

對自拌混凝土進行分析：單方膠凝材料用量最大值為433kg/m3，最小值為390kg/m3，平均值為409kg/m3，最大值是最小值的1.11 倍，最大值是平均值的1.06 倍。

對商品混凝土進行分析：單方膠凝材料用量最大值為426kg/m3，最小值為370kg/m3，平均值為400kg/m3，最大值是最小值的1.15 倍，最大值是平均值的1.07 倍。

對比：C30 水下混凝土單方膠凝材料平均用量自拌混凝土比商品混凝土高9.0kg。

2 數(shù)據(jù)分析擬合結(jié)果

2.1 不同強度標(biāo)號混凝土膠凝材料用量預(yù)測模型

通過對已收集不同項目、不同標(biāo)號單方混凝土配合比膠凝材料用量的分析，同時進行數(shù)據(jù)擬合，得到快速預(yù)測不同標(biāo)號單方混凝土膠凝材料用量的數(shù)學(xué)模型，見圖7 所示。

圖7 混凝土膠凝材料用量數(shù)學(xué)模型

2.2 不同強度標(biāo)號混凝土膠凝材料建議域值

根據(jù)現(xiàn)場不同標(biāo)號混凝土膠凝材料使用量的對比分析，得到在保證混凝土質(zhì)量的前提下，膠凝材料使用量的建議域值，見表1 所示。

表1 不同強度標(biāo)號混凝土膠凝材料建議域值

3 經(jīng)濟效果

通過混凝土配合比優(yōu)化，采用基于現(xiàn)場統(tǒng)計分析后的不同標(biāo)號混凝土膠凝材料用量域值以及估算數(shù)學(xué)模型，快速確定混凝土中膠凝材料用量，節(jié)約工期，降低了施工成本，社會經(jīng)濟效益增加明顯。

傳統(tǒng)混凝土中膠凝材料的用量根據(jù)試驗人員已有的經(jīng)驗和現(xiàn)場情況，通過計算、適配和試驗最終確定；改進后建議采用基于現(xiàn)場統(tǒng)計分析后的不同標(biāo)號混凝土膠凝材料用量域值以及估算數(shù)學(xué)模型，快速確定混凝土中膠凝材料用量。

表2 配合比優(yōu)化前后費用對比表（以C30 混凝土為例）

根據(jù)該公司2020 年澆筑混凝土的數(shù)量計算，以使用方量最多的C30 混凝土為例（約占26%），現(xiàn)場膠凝材料數(shù)量最大差異為68kg/m3，累計預(yù)計節(jié)約成本6537.56 萬元，節(jié)約混凝土配合比適配工期280 天（10 個標(biāo)號）。

節(jié)約工期：10×28=280（天）

節(jié)約費用：924.43×26%×68×0.4=6537.56（萬元）。

4 結(jié)論

以往混凝土中膠凝材料用量的確定往往受試驗人員業(yè)務(wù)水平和工作經(jīng)驗制約，需要投入大量的人力、物力，花費大量的時間，而不同項目相同標(biāo)號混凝土膠凝材料存在較大差異，施工成本差異大。采用基于現(xiàn)場統(tǒng)計分析后的不同標(biāo)號混凝土膠凝材料用量域值以及估算數(shù)學(xué)模型，可以快速確定混凝土中膠凝材料用量，減少對試驗人員經(jīng)驗的依賴程度，降低單方混凝土的成本，減少配合比確定過程中的工作量，縮短混凝土配合比確定周期。在未來相當(dāng)長的時間內(nèi)，混凝土仍是大量而廣泛使用的建筑材料。在確保工程實體質(zhì)量的前提下通過減少混凝土中膠凝材料的使用量，具有非常重要的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。