混凝土經濟效益思考

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隨著科學技術、工業化和城市化的快速發展，混凝土結構應用領域不斷擴展，由于城市土地資源的緊缺，導致混凝土結構向高強、大跨和重荷載等方向不斷發展，進而對現代混凝土提出了新的要求，如：高強度、高耐久性、良好的工作性、良好的體積穩定性以及可持續發展等。因此，高強高性能}昆凝土(High—PerformanceConcreteandHigh—StrengthConcrete，簡稱HPC／Hsc)應運而生，除了滿足了上述發展要求之外，更具有顯著的技術效益、經濟效益和社會效益。近年來，我國政府高度重視高強商陛能混凝土的應用技術研究，科技部和住房和城鄉建設部相繼立項高強混凝土研究課題，對加快推動HPC／HSC的廣泛應用起到了巨大促進作用。合肥天時廣場工程是合肥市首個大規模應用C70和C80高強混凝土的重要工程，為框架一剪力墻結構，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6968萬元。由于高強混凝土技術要求很高，當地沒有成熟經驗可以借鑒，因此，中國建筑科學研究院建材所對本工程的配合比設計和施工方案進行了技術支持。該工程在預拌混凝土公司、設計和施工單位的密切配合下，已經順利竣工驗收，混凝土質量整體驗收評價優良，并取得了較好的經濟效益。

1直接經濟效益

混凝土結構使用HPC／HSC替代普通混凝土可減少結構截面尺寸，增加建筑有效使用面積，同時減少鋼筋和混凝土的用量。合肥寰宇建筑設計院設計的天時廣場工程一1～12層柱使用了C60～C80HPC／HSC，替代原方案一1～12層C50普通混凝土柱，新舊方案對應的混凝土強度等級變化見表1，建筑有效使用面積、鋼材用量和混凝土用量等對比分析結果見表2、3。從表1可知，天時廣場工程使用了C60-C80HPC／HSC柱，其混凝土用量不足800m3，但是直接經濟效益逾60萬元(如表4)，可見，使用HPC／HSC可為業主帶來良好的直接經濟效益，并可降低施工方的勞動強度(上述經濟分析中尚未包括建筑物自重減少對基礎的影響)。

2間接經濟效益

采用現代科學技術配制的高性能混凝土可顯著提高混凝土耐久性能，增加混凝土結構的安全使用年限，減少因修補或拆除陳舊混凝土結構物而造成的浪費和建筑垃圾【l_。因此，高耐久性的高強高性能混凝土不僅延長了結構安全使用年限和節約資源，而且可產生一定的間接經濟效益。

2．1抗氯離子滲透性能

外界環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部，會破壞鋼筋表面厚度約為2-6nnl的水化氧化物(nFe03"mH：0)層，使鋼筋產生銹蝕和膨脹，從而嚴重影響鋼筋混凝土結構的耐久性和安全性嘲。根據現行國家標準《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》GB／]r50082規定的電通量檢測方法[3]，使用CABR-RCP9型混凝土氯離子電通量測定儀，對合肥天時廣場工程28d齡期混凝土進行檢測，檢測結果和評定方法分別見表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于C50普通混凝土。

2．2抗碳化性能

混凝土碳化會降低混凝土堿度，當鋼筋表面的pH值降到10以下時，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，從而嚴重影響鋼筋混凝土結構使用壽命。根據GB／T50082《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》規定的碳化試驗方法，使用CCB一70B型混凝土碳化試驗箱，對合肥天時廣場工程28d齡期混凝土進行檢測，檢測結果見表7。從表7可知，天時廣場工程用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[sJ，所以即使在較差的環境下工程所用高性能混凝土的抗碳化性能方面可滿足100年設計使用年限要求。

2．3收縮性能

發生在約束條件下的混凝土收縮一般會導致混凝土內部產生拉應力，當混凝土拉應力大于抗拉強度時將產生開裂現象，進而影響結構的安全性和耐久性。因此，控制結構混凝土的收縮性能具有重要意義，而混凝土收縮性能受環境、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的JTM—V5000型振弦式應變計、河海大學土木學院生產的XP99C頻率儀，監測澆筑后混凝土實體的硬化收縮，監測結果見圖1。由圖1可知，28d齡期內不同混凝土的收縮應變值存在一定差異，C80HPC／HSC的收縮應變最大，最大應變值為138．28，而C30混凝土的收縮應變最小，最大應變值為88．5￡。從應變發展趨勢來看，C80HPC／HSC早期收縮較大，后期趨向穩定；C30混凝土早期收縮較小，但后期收縮持續增加。因此，約束較大的HPC／HSC結構(如連續長墻)應重視早期收縮，并加強早期養護；而約束較大的普通混凝土結構應適當延長養護時間。本工程竣工驗收的實體混凝土均未出現有害裂縫，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，混凝土結構常因遭受凍融循環而損壞，這已成為影響混凝土耐久性的主要問題之一。我國對重要和大型混凝土工程的抗凍性均有嚴格要求，根據GB／T50082(普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》規定的抗凍試驗方法，使用TDS．300型混凝土慢速凍融試驗機進行檢測，檢測結果見表9。從表9可知，C60、C70和C80HPC／HSC的抗凍性能明顯優于C30混凝土。參照GB／T50476(混凝土結構耐久性設計規范》的相關設計指標，C60、C70和C80HPC／HSC的抗凍性能滿足設計使用年限100年的要求。

3社會效益

節約自然資源、減少能源消耗、保護生態環境已經成為現代混凝土行業可持續發展的基本要求?；炷料嚓P企業必須承擔時代賦予的社會責任，創造更多的社會效益。因此，改變傳統的經濟觀效益念，以全壽命周期方法評價HPC／HSC替代普通混凝土的社會效益如下：節約煤、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廢渣的排放；使用礦渣粉、粉煤灰、硅粉等工業廢渣替代水泥，減少水泥工業的能源、資源消耗和環境污染。天時廣場工程使用HPC／HSC后，減少混凝土用量411i113、節約鋼材用量53．57t，節省柴油2711．3kg、節約用電32071．1kW•h、減少二氧化碳排放259．345t。因此使用HPC／HSC具有良的社會效益。

4結論

(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，具有良好的直接經濟效益。

(2)HPC／Hsc耐久性能好，能夠滿足惡劣環境條件下結構耐久性要求，延長了結構安全使用年限，具有可觀的間接經濟效益。