混凝土经济效益思考

随着科学技术、工业化和城市化的快速发展，混凝土结构应用领域不断扩展，由于城市土地资源的紧缺，导致混凝土结构向高强、大跨和重荷载等方向不断发展，进而对现代混凝土提出了新的要求，如：高强度、高耐久性、良好的工作性、良好的体积稳定性以及可持续发展等。因此，高强高性能}昆凝土(High—PerformanceConcreteandHigh—StrengthConcrete，简称HPC／Hsc)应运而生，除了满足了上述发展要求之外，更具有显著的技术效益、经济效益和社会效益。近年来，我国政府高度重视高强商陛能混凝土的应用技术研究，科技部和住房和城乡建设部相继立项高强混凝土研究课题，对加快推动HPC／HSC的广泛应用起到了巨大促进作用。合肥天时广场工程是合肥市首个大规模应用C70和C80高强混凝土的重要工程，为框架一剪力墙结构，包括地下一层和地上32层，其中一1～12层柱使用C60～C80HPC／HSC，梁、顶板使用C30普通混凝土，总建筑面积57177rn2，工程造价6968万元。由于高强混凝土技术要求很高，当地没有成熟经验可以借鉴，因此，中国建筑科学研究院建材所对本工程的配合比设计和施工方案进行了技术支持。该工程在预拌混凝土公司、设计和施工单位的密切配合下，已经顺利竣工验收，混凝土质量整体验收评价优良，并取得了较好的经济效益。

1直接经济效益

混凝土结构使用HPC／HSC替代普通混凝土可减少结构截面尺寸，增加建筑有效使用面积，同时减少钢筋和混凝土的用量。合肥寰宇建筑设计院设计的天时广场工程一1～12层柱使用了C60～C80HPC／HSC，替代原方案一1～12层C50普通混凝土柱，新旧方案对应的混凝土强度等级变化见表1，建筑有效使用面积、钢材用量和混凝土用量等对比分析结果见表2、3。从表1可知，天时广场工程使用了C60-C80HPC／HSC柱，其混凝土用量不足800m3，但是直接经济效益逾60万元(如表4)，可见，使用HPC／HSC可为业主带来良好的直接经济效益，并可降低施工方的劳动强度(上述经济分析中尚未包括建筑物自重减少对基础的影响)。

2间接经济效益

采用现代科学技术配制的高性能混凝土可显著提高混凝土耐久性能，增加混凝土结构的安全使用年限，减少因修补或拆除陈旧混凝土结构物而造成的浪费和建筑垃圾【l_。因此，高耐久性的高强高性能混凝土不仅延长了结构安全使用年限和节约资源，而且可产生一定的间接经济效益。

2．1抗氯离子渗透性能

外界环境的氯离子侵蚀是造成钢筋锈蚀的主要原因之一。氯离子侵入钢筋混凝土内部，会破坏钢筋表面厚度约为2-6nnl的水化氧化物(nFe03"mH：0)层，使钢筋产生锈蚀和膨胀，从而严重影响钢筋混凝土结构的耐久性和安全性嘲。根据现行国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB／]r50082规定的电通量检测方法[3]，使用CABR-RCP9型混凝土氯离子电通量测定仪，对合肥天时广场工程28d龄期混凝土进行检测，检测结果和评定方法分别见表5、6。由表5．6可知，该工程用C60、C70和C80HPC／HSC氯离子渗透性能很低，抗氯离子渗透性能明显优于C50普通混凝土。

2．2抗碳化性能

混凝土碳化会降低混凝土碱度，当钢筋表面的pH值降到10以下时，钢筋的钝化膜被破坏，随着氧和水的渗透，可能造成钢筋锈蚀，从而严重影响钢筋混凝土结构使用寿命。根据GB／T50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》规定的碳化试验方法，使用CCB一70B型混凝土碳化试验箱，对合肥天时广场工程28d龄期混凝土进行检测，检测结果见表7。从表7可知，天时广场工程用HPC／HSC土具有很好的抗碳化性能，并且抗碳化性能明显优于C50普通混凝土。由于C50、C60、C70和C80混凝土的水胶比分别为0_35、O．30、0．29和0．26，参考表8中的混凝土碳化性能指标[sJ，所以即使在较差的环境下工程所用高性能混凝土的抗碳化性能方面可满足100年设计使用年限要求。

2．3收缩性能

发生在约束条件下的混凝土收缩一般会导致混凝土内部产生拉应力，当混凝土拉应力大于抗拉强度时将产生开裂现象，进而影响结构的安全性和耐久性。因此，控制结构混凝土的收缩性能具有重要意义，而混凝土收缩性能受环境、温度、配筋等因素的影响较大悯，本工程使用常州金木公司生产的JTM—V5000型振弦式应变计、河海大学土木学院生产的XP99C频率仪，监测浇筑后混凝土实体的硬化收缩，监测结果见图1。由图1可知，28d龄期内不同混凝土的收缩应变值存在一定差异，C80HPC／HSC的收缩应变最大，最大应变值为138．28，而C30混凝土的收缩应变最小，最大应变值为88．5￡。从应变发展趋势来看，C80HPC／HSC早期收缩较大，后期趋向稳定；C30混凝土早期收缩较小，但后期收缩持续增加。因此，约束较大的HPC／HSC结构(如连续长墙)应重视早期收缩，并加强早期养护；而约束较大的普通混凝土结构应适当延长养护时间。本工程竣工验收的实体混凝土均未出现有害裂缝，因此，HPC／HSC可具有较好的抗收缩能力。

2．4抗冻性能

在寒冷地区，混凝土结构常因遭受冻融循环而损坏，这已成为影响混凝土耐久性的主要问题之一。我国对重要和大型混凝土工程的抗冻性均有严格要求，根据GB／T50082(普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》规定的抗冻试验方法，使用TDS．300型混凝土慢速冻融试验机进行检测，检测结果见表9。从表9可知，C60、C70和C80HPC／HSC的抗冻性能明显优于C30混凝土。参照GB／T50476(混凝土结构耐久性设计规范》的相关设计指标，C60、C70和C80HPC／HSC的抗冻性能满足设计使用年限100年的要求。

3社会效益

节约自然资源、减少能源消耗、保护生态环境已经成为现代混凝土行业可持续发展的基本要求。混凝土相关企业必须承担时代赋予的社会责任，创造更多的社会效益。因此，改变传统的经济观效益念，以全寿命周期方法评价HPC／HSC替代普通混凝土的社会效益如下：节约煤、电、水、矿石、砂等资源和能源的消耗；减少二氧化碳、二氧化硫等有害气体和工业废渣的排放；使用矿渣粉、粉煤灰、硅粉等工业废渣替代水泥，减少水泥工业的能源、资源消耗和环境污染。天时广场工程使用HPC／HSC后，减少混凝土用量411i113、节约钢材用量53．57t，节省柴油2711．3kg、节约用电32071．1kW•h、减少二氧化碳排放259．345t。因此使用HPC／HSC具有良的社会效益。

4结论

(1)使用HPC／HSC替代普通混凝土，增加了建筑有效使用面积、减少了混凝土和钢材用量，具有良好的直接经济效益。

(2)HPC／Hsc耐久性能好，能够满足恶劣环境条件下结构耐久性要求，延长了结构安全使用年限，具有可观的间接经济效益。