节能减排优化砼抗压强度配合比技术经济分析_袁骞骞.pdf

d o i:1 0.3 9 6 3/j.i s s n.1 6 7 4-6 0 6 6.2 0 2 3.0 1.0 0 5节能减排优化砼抗压强度配合比技术经济分析袁骞骞1,李基欢1,宋孝亮1,代金秋1,闫春岭1,高连强2(1.安阳工学院土木与建筑工程学院,安阳4 5 5 0 0 0;2.汤阴县创联混凝土有限公司,汤阴4 5 6 1 5 0)摘 要:为了降低普通砼的成本,在保证砼的强度的前提下,基于堆积密实理论,利用超细粉来堵塞砼的微空隙。首先进行了砼的配合比设计,通过室内试验,得出了当超细粉取代7%的水泥,其它原材料用量不改变的情况下,2 8d超细粉砼的抗压强度为4 5.5MP a,强度提高了1 1 6%。利用超细粉不但可以提高砼的强度,还可以降低砼的生产成本,仅1m3可节省1 6元。下一步可以考虑调整基料的级配,在保障强度等级不变的前提下,进一步提高超细粉的用量,同时减少水泥用量来提高经济效益。关键词:节能减排;砼抗压强度;配合比;经济分析T e c h n o l o g i c a l a n dE c o n o m i cA n a l y s i so fO p t i m i z e dC o n c r e t eC o m p r e s s i v eS t r e n g t hM i xR a t i of o rE n e r g yS a v i n ga n dE m i s s i o nR e d u c t i o nY U ANQ i a n-q i a n1,L IJ i-h u a n1,S ONGX i a o-l i a n g1,DA IJ i n-q i u1,Y ANC h u n-l i n g1,G A OL i a n-q i a n g2(1.S c h o o l o fC i v i l a n dA r c h i t e c t u r a lE n g i n e e r i n g,A n y a n gI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y,A n y a n g4 5 5 0 0 0,C h i n a;2.T a n g y i nC o u n t yC h u a n g l i a nC o n c r e t eC oL t d,T a n g y i 4 5 6 1 5 0,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t or e d u c e t h e c o s t o f o r d i n a r yc o n c r e t e,o n t h ep r e m i s eo f e n s u r i n g t h e s t r e n g t ho f c o n c r e t e,b a s e do nt h e t h e o r yo f p a c k i n gd e n s i t y,t h eu l t r a f i n ep o w d e rw a su s e d t ob l o c k t h em i c r o-g a po f c o n c r e t e.F i r s t l y,t h em i xr a t i oo f c o n c r e t ew a sd e s i g n e d.T h r o u g h i n d o o r t e s t,i tw a s c o n c l u d e d t h a tw h e n7%o f c e m e n tw a s r e p l a c e db yu l t r a f i n ep o w-d e ra n dt h ea m o u n to fo t h e r r a w m a t e r i a l sw a sn o t c h a n g e d,t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho fu l t r a f i n ep o w d e rc o n c r e t ef o r2 8d a y sw a s4 5.5 MP a,a n dt h es t r e n g t hw a si n c r e a s e db y1 1 6%.U s i n gs u p e r f i n ep o w d e rc a nn o to n l yi m p r o v et h es t r e n g t ho f c o n c r e t e,b u t a l s or e d u c e t h ep r o d u c t i o nc o s to f c o n c r e t e,o n l y1m3c a ns a v e1 6y u a n.T h en e x t s t e pc a nb ec o n s i d e r e dt oa d j u s tt h eg r a d a t i o no ft h eb a s e m a t e r i a l,u n d e rt h ep r e m i s eo fg u a r a n t e e i n gt h es t r e n g t hg r a d eu n-c h a n g e d,f u r t h e r i m p r o v e t h e a m o u n t o f u l t r a f i n ep o w d e r,w h i l e r e d u c i n g t h e a m o u n t o f c e m e n t t o i m p r o v e t h e e c o n o m i cb e n e f i t.K e yw o r d s:e n e r g ys a v i n ga n de m i s s i o nr e d u c t i o n;c o m p r e s s i v es t r e n g t ho fc o n c r e t e;m i xr a t i o;e c o n o m i ca-n a l y s i s收稿日期:2 0 2 2-1 0-2 1.基金项目:2 0 2 1年河南省土木建筑学会科技指导计划项目(HN TMXH 2 0 2 1 2 2)和大学生科技创新重点项目.作者简介:袁骞骞(2 0 0 1-),本科生.E-m a i l:3 2 7 4 0 1 5 2 1 5q q.c o m通讯作者:闫春岭(1 9 7 5-),博士,教授.E-m a i l:y c l a y i t.e d u.c n众所周知,砼是土木工程领域中应用最广泛的建筑材料之一,在国民基础建设中起着不可替代的作用1。从三峡工程到西藏铁路,从京杭大运河到今日港珠澳大桥,无一不与砼的发展和应用有关。香港科技大学李宗津教授在接受采访时说“过去几年,中国平均每年每人消耗60 0 0k g混凝土,几乎是世界的两倍”。因此,砼在生产过程中投放的资金数量比较大,如何降低砼的成本,提高企业的竞争优势,对技术人员是一个重要难题。砼在硬化后存在一定量的微空隙,根据堆积理论,采用细小固体颗粒将微空隙填充密实,这样砼的抗压强度肯定得到提高。谢友均等2对水泥复合胶凝材料体系密实填充性能进行了相关研究,得出了就提高水71建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期泥基颗粒体系的堆积密实度而言,双掺平均粒径相差较大的超细颗粒材料比单掺更有效。邹伟等3对水泥复合胶凝材料体系密实模型进行了相关研究,得出了就提高水泥基颗粒体系的堆积密实度而言,双掺超细火山灰质材料比单掺更有效。吴耀清等4对胶凝材料的密实堆积技术展开了大量研究,得出了超细粉料微珠掺量在2 0%时,胶凝体系达到密实堆积程度,满足C 1 0 0强度要求。T u a nNV5,6利用超细稻壳灰替代水泥,制备出的超高性能混凝土达到2 1 0MP a。胡辉等7对超细矿物掺合料高强混凝土性能进行了研究,得出了复掺较单掺对混凝土7d抗压强度无明显改善作用,但复掺可显著提高混凝土2 8d抗压强度。目前,研究人员对砼中掺入不同超细粉来制备高强砼的研究相对较多,而采用超细粉制备中低强度砼研究相对较少,特别是基于堆积理论,通过超细粉降低中低强度的混凝土的成本方面的研究就更为鲜见。基于堆积密实理论,通过掺入超细粉替代部分水泥,这样不仅降低普通砼的成本,而且还提高了混凝土的强度。1 砼配合比设计1.1 试验材料水泥为湖波牌P O 4 2.5普通胶凝材料,性能如表1所示;表2、表3分别列出了细骨料、粗骨料性能。外加剂为H B-1 V禾邦减水剂,掺合料为元宝山S 9 5级矿粉、安阳电厂F类级粉煤灰。水为引用自来水。表1 水泥的化学成分及物理性质材料烧失量/%M g O/%S O3/%表观密度/(k gm-3)初凝时间/m i n终凝时间/m i n体积安定性4 2.5水泥2.2 31.6 72.2 931 0 07 05 2 0合格表2 细骨料的基本性能类型含泥量/%堆积密度/(k gm-3)表观密度/(k gm-3)细度模数/%含水率/%细骨料1.1 316 6 026 5 02.70.5表3 粗骨料的主要物理性质及粒径范围类型表观密度/(k gm-3)吸水率/%压碎值/%堆积密度/(k gm-3)含泥量/%(5.09.5)mm/%(9.51 5)mm/%(1 52 0)mm/%粗骨料27 0 01.1 09.514 0 00.72 8.2 54 7.3 72 4.3 81.2 砼配合比的确定及砼的抗压强度砼的设计强度等级为C 3 0,施工坍落度要求为1 8 0 mm,采用普通硅 酸盐水泥,2 8d实测强度为3 6.5MP a。计算步骤如下:1)计算砼配制强度fc u,ofc u,k+1.6 4 5(1)式中,fc u,o为砼的配制强度,MP a;fc u,k为设计砼强度等级值,MP a;为砼强度标准差,MP a。2)确定水胶比W/B=afbfc u,o+abfb(2)式中,W/B为水胶比;a、b为回归系数;fb为胶凝材料2 8d胶砂强度,MP a。3)用水量和外加剂及水泥用量一般试验确定水胶比后,查表确定用水量;每立方米砼中外加剂用量ma o=mb oa(3)式中,ma o为外加剂用量,k g/m3;mb o为胶凝材料用量,k g/m3;a为外加剂掺量,%。每立方米砼的水泥用量mc o=mb o-mf o(4)式中,mc o为每立方米砼中水泥用量,k g/m3;mf o为每立方米砼的矿物掺合料用量,k g/m3。4)砂率及粗、细集料用量砂率可以由试验确定,也可以查表确定。采用体积法计算粗、细集料用量,如下81建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期s=ms omg o+ms o1 0 0%(5)mc oc+mf of+mg og+ms os+mw ow+0.0 1=1(6)式中,s为砂率;ms o为每立方米砼的细集料用量,k g/m3;mg o为每立方米砼的粗集料用量,k g/m3;为砼中各组分的密度;为砼的含气量百分数。按式(1)式(6)进行砼的配合比设计,砼试配强度为3 8.2 MP a。考虑到粗、细集料的天然含水量,经过反复试验进行试配,最终确定配合比为:水胶比0.4 3,1 m3砼原材料用量:水泥2 4 1k g,砂8 6 0k g,石子9 6 9k g,矿粉1 0 0k g,粉煤灰5 1k g,水1 6 9k g,减水剂8k g。5)配制混凝土的抗压强度测试对配制混凝土的抗压强度采用型号为NY L-3 0 0型的压力机测试,其加载过程见图1,试验结果见表4。表4 砼抗压强度测试结果试验编号样本3d抗压强度/MP a7d抗压强度/MP a2 8d抗压强度/MP a2 8d平均抗压强度/MP aP TS 0 3 0 22 3.23 0.53 8.