基于現場統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 現場調研分析

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）。涉及混凝土標號有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45 等13 個標號。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計分析，用以發現混凝土配合比的科學性，以達到在保證質量的前提下節約成本的目的。

圖1 在建項目各標號混凝土配合比統計情況

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 數據分析擬合結果

2.1 不同強度標號混凝土膠凝材料用量預測模型

通過對已收集不同項目、不同標號單方混凝土配合比膠凝材料用量的分析，同時進行數據擬合，得到快速預測不同標號單方混凝土膠凝材料用量的數學模型，見圖7 所示。

圖7 混凝土膠凝材料用量數學模型

2.2 不同強度標號混凝土膠凝材料建議域值

根據現場不同標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 不同強度標號混凝土膠凝材料建議域值

3 經濟效果

通過混凝土配合比優化，采用基于現場統計分析后的不同標號混凝土膠凝材料用量域值以及估算數學模型，快速確定混凝土中膠凝材料用量，節約工期，降低了施工成本，社會經濟效益增加明顯。

傳統混凝土中膠凝材料的用量根據試驗人員已有的經驗和現場情況，通過計算、適配和試驗最終確定；改進后建議采用基于現場統計分析后的不同標號混凝土膠凝材料用量域值以及估算數學模型，快速確定混凝土中膠凝材料用量。

表2 配合比優化前后費用對比表（以C30 混凝土為例）

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

節約工期：10×28=280（天）

節約費用：924.43×26%×68×0.4=6537.56（萬元）。

4 結論

以往混凝土中膠凝材料用量的確定往往受試驗人員業務水平和工作經驗制約，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。采用基于現場統計分析后的不同標號混凝土膠凝材料用量域值以及估算數學模型，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。在未來相當長的時間內，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，具有非常重要的經濟效益和環境效益。