周志濤

(中鐵二十二局集團有限公司 北京 100043)

1 混凝土市場現(xiàn)狀

近30年，國內(nèi)外混凝土行業(yè)飛速發(fā)展，高性能混凝土被世界一致認可和大量使用。從國內(nèi)使用情況看，混凝土價格連年攀升，目前C30混凝土均價為448元/m3，全國混凝土產(chǎn)量將突破24億m3[1]。從國際研究情況看，美國學(xué)者更強調(diào)高強度和尺寸穩(wěn)定性，歐洲學(xué)者更注重耐久性，而日本學(xué)者偏重于高工作性[2]。在我國，高性能混凝土研究蓬勃發(fā)展，促進了高性能混凝土理論體系的建立與應(yīng)用技術(shù)的進步，使我國高性能混凝土的科學(xué)研究與實際應(yīng)用處于世界先進水平。

2 同類技術(shù)分析

(1)國家規(guī)范分析

現(xiàn)行混凝土質(zhì)量驗收規(guī)范講的是控制[3]，系統(tǒng)地把原材料、混凝土性能指標(biāo)加以控制，而在制作特殊混凝土?xí)r再控制相應(yīng)指標(biāo)，最終滿足項目設(shè)計要求并與建筑和結(jié)構(gòu)要求相匹配。

現(xiàn)行混凝土配合比設(shè)計規(guī)范自始至終沒有提及成本或價格，若該地區(qū)500 km范圍沒有相應(yīng)指標(biāo)的原材料，就需不遠千里去購貨；若該地區(qū)原材料質(zhì)量較好，設(shè)計配合比時完全采用指標(biāo)下限，但還是不能突破規(guī)范要求，導(dǎo)致會有更多的剩余價值存在。很多學(xué)者在規(guī)范基礎(chǔ)上進行了優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計流程為待混凝土工作性、強度、耐久性確定之后，再調(diào)整混凝土成本至最佳[4]。成本確實得到一定程度的控制，確切說也僅是一個階段的控制，并非成本的全面控制。

(2)領(lǐng)先技術(shù)分析

2017年8月中國建筑科學(xué)研究院高性能混凝土技術(shù)研究中心組織召開了“第八屆全國特種混凝土技術(shù)”專家交流會，北京市政路橋集團李彥昌教授級高工作出的《預(yù)拌混凝土配合比設(shè)計、試配與確定》報告[5]，是最具普遍性、全面性、代表性和權(quán)威性的論述。報告指出配合比設(shè)計的關(guān)鍵點，沒有形成配合比設(shè)計線，或者說沒有完成設(shè)計體系，還有進一步再深化空間；如把成本作為參數(shù)引入到設(shè)計中，才是對混凝土成本的全面控制[6]。

(3)專利技術(shù)分析

《高性能混凝土的制備方法》國家發(fā)明專利技術(shù)經(jīng)過10年的實際應(yīng)用和摸索，形成完備的設(shè)計理論、設(shè)計理念和設(shè)計方法。應(yīng)用該技術(shù)進行配合比設(shè)計與普通混凝土配合比設(shè)計周期基本相同。利用既有原材料，不使用任何添加劑，適用于全國各地區(qū)高性能混凝土配合比設(shè)計，生產(chǎn)出的混凝土各性能指標(biāo)不一定均為最優(yōu)，卻是滿足設(shè)計要求、成本最低的高性能混凝土，實現(xiàn)了配合比設(shè)計的科學(xué)性、合理性、實用性、經(jīng)濟性[7]。

有好的方法，必定源于正確的設(shè)計理論；有好的設(shè)計理論，必定源于正確的設(shè)計理念；設(shè)計理論是關(guān)鍵?！陡咝阅芑炷恋闹苽浞椒ā返某晒υ谟诮⒘梭w積增量模型和配合比成本理論。

3 代表性混凝土研究

3.1 黑龍江預(yù)制梁混凝土研究

3.1.1 研究背景

某鐵路制梁場開始生產(chǎn)預(yù)制梁，先期使用P.O52.5級水泥生產(chǎn)C55和C60混凝土，使用過程中出現(xiàn)骨料和漿體分離的現(xiàn)象，預(yù)制梁外觀質(zhì)量不佳[8]。自2016年5月開始用 P.O42.5級水泥和P.O52.5級水泥分別生產(chǎn)C55混凝土和C60混凝土。受氣溫上升和水泥市場需求量大的影響，自2016年6月開始進場水泥溫度達到46.8℃，混凝土出現(xiàn)假凝現(xiàn)象，造成浪費較多，耽誤正常生產(chǎn)。

3.1.2 確定目標(biāo)配合比

因本次試驗針對性強，需要兩個等級混凝土，所以僅做七組配合比試驗。原材料規(guī)格和價格依次為P.O52.5級水泥(C1)480元/t、P.O42.5級水泥(C2)394元/t、Ⅰ級粉煤灰(F)394元/t、中砂(S)55 元/t、5 ～10 mm 碎石(G1)60 元/t、10 ～20 mm碎石(G2)75 元/t、生活用水(W)0 元/t、聚羧酸減水劑(J)3 519元/t。預(yù)制梁目標(biāo)配合比設(shè)計見表1，預(yù)制梁混凝土性能對應(yīng)記錄見表2。因試驗組數(shù)少，線性方程離散性大。當(dāng)使用P.O42.5級水泥時，整理數(shù)據(jù)后得線性回歸方程式:y＝－3 583x2＋1 818.3x－176.45；當(dāng)使用P.O52.5級水泥時，整理數(shù)據(jù)后得線性回歸方程式:y＝－568.15x2＋179.35x＋49.965。

表1 預(yù)制梁目標(biāo)配合比設(shè)計 kg

表2 預(yù)制梁混凝土性能對應(yīng)記錄

3.1.3 試驗結(jié)論

(1)經(jīng)過現(xiàn)場實際拌和混凝土，驗證性能后應(yīng)用于工程實體。預(yù)制梁原配合比與新配合比對比見表3。

表3 預(yù)制梁原配合比與新配合比對比 kg

(2)新配合比設(shè)計僅采用一種等級水泥，不必新增水泥周轉(zhuǎn)儲存罐，可使預(yù)制梁正常生產(chǎn)，同時確保了混凝土質(zhì)量，提高了混凝土和易性。

(3)本設(shè)計根據(jù)材料自身質(zhì)量和性能，通過系列方法找出單體原材料最佳摻量，有別于正交試驗[9]。

(4)通過本次實體研究，在提高原設(shè)計混凝土性能情況下，經(jīng)測算成本降低率為7%左右。

3.2 巢湖隧道工程混凝土研究

3.2.1 研究背景

2018年4月，應(yīng)邀前往某高速鐵路標(biāo)進行隧道工程混凝土配合比研究?，F(xiàn)有原材料中砂的細度模數(shù)小，坍落度損失快；碎石針片狀多，使混凝土易離析；現(xiàn)場施工作業(yè)面小，輸送管道長，混凝土施工和易性差，成型后外觀質(zhì)量差，回彈強度低[10]。原材料價格:C2為 451元/t、F為155元/t、K(S95礦粉)為365元/t、S為155元/t、G1和 G2為114元/t、J為3 123 元/t。

3.2.2 研究結(jié)果

(1)增加一定成本，確?；炷临|(zhì)量可靠。因當(dāng)前使用的碎石中含石粉較多，砂中含泥量較大，導(dǎo)致混凝土坍落度經(jīng)時損失快，所以出機混凝土坍落度、擴展度大，并且為高流態(tài)混凝土，具有自密實效果。采取的措施為增加礦粉摻量，增大砂率，減小大碎石比例。隧道工程原配合比與新配合比對比見表4。經(jīng)測算成本增加率為5%。

表4 隧道工程原配合比與新配合比對比 kg

(2)維持成本不變，提高混凝土的工作性，使混凝土質(zhì)量可控。隧道工程新配合比見表5。

表5 隧道工程新配合比 kg

3.3 貴陽商品混凝土研究

3.3.1 混凝土原材料用量預(yù)算

2016年3月至5月期間，對貴陽某商品混凝土公司的原材料進行研究。原材料價格:C2為256元/t、F 為190 元/t、K(S75 礦粉)為225 元/t、S 為33元/t、G3(5 ～31.5 mm)為38 元/t、J為1 780 元/t。經(jīng)分析原材料試驗數(shù)據(jù)，形成記錄如下:

(1)礦粉需水量較大，活性指數(shù)不高，摻量不宜過高[11]，確定為占膠凝材料的10%。

(2)粉煤灰需水量較低，活性指數(shù)一般，確定為占膠凝材料的20%。

(3)細骨料為機制砂，砂率以滿足混凝土泵送即可。當(dāng)生產(chǎn)C30混凝土?xí)r，確定為51%，其它配合比微調(diào)。

(4)減水劑摻量以確?；炷敛浑x析為限值，當(dāng)生產(chǎn)C30混凝土?xí)r，確定為占膠凝材料的2.1%，其它配合比微調(diào)。

(5)用水量以減水劑最大摻量為準進行控制，當(dāng)生產(chǎn)C30混凝土?xí)r，確定為156 kg/m3，其它配合比微調(diào)。

3.3.2 試驗總結(jié)

(1)原配合比設(shè)計礦物摻合料摻量不經(jīng)濟，礦粉摻量越多、需水量越大，混凝土強度越低。該商品混凝土公司原配合比見表6。

表6 貴陽某商品混凝土公司原配合比 kg

(2)原配合比設(shè)計混凝土坍落度經(jīng)時損失快，而且損失大，易返場重新調(diào)配[12]。

(3)新配合比設(shè)計粉煤灰相對較多，需水量相對較小，混凝土強度相對較高。

(4)新配合比設(shè)計針對坍落度損失留有一定的富余系數(shù)，增加了一定減水劑摻量，又增大了一定砂率，使混凝土處于較高的流態(tài)，但不離析，再增加膠凝材料用量，彌補強度損失。該商品混凝土公司新配合比見表7。

表7 貴陽某商品混凝土公司新配合比 kg

(5)新配合比較原配合比設(shè)計更加實用，滿足了現(xiàn)場使用需要，使混凝土質(zhì)量更加可靠，而且在使用相同等級混凝土?xí)r，成本降低率為5%左右。

4 SWOT分析

4.1 優(yōu)勢

(1)《高性能混凝土的制備方法》國家專利技術(shù)適用范圍廣，適用于全國各地區(qū)高性能混凝土配合比設(shè)計。

(2)具有較高的技術(shù)性、創(chuàng)新性和實用性，在保證混凝土工作性、密實性、強度、抗裂性和耐久性滿足要求的同時，生產(chǎn)單位立方米混凝土成本最低。

(3)千元的投資，千萬元的回報，產(chǎn)生的效益明顯，能夠保證混凝土生產(chǎn)企業(yè)利潤持續(xù)穩(wěn)定增長。

4.2 劣勢

(1)《高性能混凝土的制備方法》國家專利技術(shù)推廣應(yīng)用處于起步階段，沒有形成經(jīng)營的團隊或公司，目前只是在單兵作戰(zhàn)。

(2)缺少市場占有率，而且專業(yè)性強，不易被認可。即便有第三方監(jiān)督機構(gòu)認可配合比設(shè)計，如因原材料和施工原因?qū)е鲁霈F(xiàn)問題，也會追究配合比設(shè)計責(zé)任，這個誤區(qū)暫時無法破解。

(3)形成成果后容易被竊取，合作方不愿支付報酬。

4.3 機會

目前，應(yīng)用《高性能混凝土的制備方法》國家專利技術(shù)的12個項目均為經(jīng)推薦和單位內(nèi)部使用，缺少專利成果轉(zhuǎn)化的平臺，可以利用網(wǎng)絡(luò)和媒體宣傳報道，參與商品混凝土展會和行業(yè)學(xué)術(shù)交流會等形式推廣應(yīng)用。

4.4 威脅

《高性能混凝土的制備方法》國家專利技術(shù)目前是可靠的先進技術(shù)，提供的是技術(shù)服務(wù)，而且混凝土市場足夠大，即便有競爭對手，也不存在威脅。

5 實施流程

5.1 設(shè)計條件

試驗期間由企業(yè)提供原材料單價及檢測報告、實際使用配合比報告和混凝土產(chǎn)量等基礎(chǔ)資料。

5.2 研究計劃

研究計劃分4個階段分步實施:第1階段進行初步研究，利用1個月左右時間確定初始配合比；第2階段進行性能驗證，利用2個月左右時間確定使用配合比，并由第三方監(jiān)督機構(gòu)出具配合比性能報告；第3階段為實體試用期；第4階段為精進配合比。

5.3 費用計取

(1)對于商品混凝土企業(yè)，以半年混凝土產(chǎn)量所能降低的成本作為技術(shù)服務(wù)費。計算方法為上一年混凝土生產(chǎn)總量的一半為基數(shù)，乘以降低成本的平均數(shù)。確定使用配合比后，簽訂合同并支付20%預(yù)付款，使用30 d時支付50%技術(shù)服務(wù)費，使用精進配合比第60 d時支付剩余技術(shù)服務(wù)費。

(2)對于自建站施工類企業(yè)，以剩余混凝土總量所能降低的成本比例作為技術(shù)服務(wù)費。計算方法為剩余混凝土總量為基數(shù)，乘以降低成本合適比例為報酬，合適比例視項目情況和合作方確定，按月平均支付，一年內(nèi)全部支付完成。

6 效果預(yù)估

近期目標(biāo):對內(nèi)以打造技術(shù)品質(zhì)和培養(yǎng)團隊為主，確保項目應(yīng)用穩(wěn)定，技術(shù)推廣穩(wěn)步推進；對外以單位內(nèi)部使用和朋友推介的項目為主要服務(wù)對象。每季度至少完成1個年產(chǎn)量在50萬以上立方混凝土的項目，實現(xiàn)年降低成本4 000萬元。

遠期目標(biāo):5年內(nèi)成立混凝土技術(shù)服務(wù)公司，各省建立服務(wù)站點，與大型混凝土公司合作或承包其實驗室，助力企業(yè)發(fā)展。每月簽訂1個年產(chǎn)量在100萬以上立方混凝土的合同，實現(xiàn)年降低成本2億元以上。