高性能绿色预拌混凝土配合比设计与经济效益研究

高性能绿色预拌混凝土配合比设计与经济效益研究

魏焱华

东莞市翔富混凝土有限公司 广东东莞 523000

摘要:近年来，随着可持续发展和环境保护重视度的不断提升，对于高性能绿色预拌混凝土也加大了开发和运用力度。这类混凝土通过优化配合比设计以及添加高性能外加剂等方式，使得混凝土的强度及工作性能得到了最大化提升，并且在施工过程中，还能减少水泥用量，帮助相关施工单位实现了资源和能源的有效节约。因此，对该类混凝土配合比设计要点与应用后产生的经济效益展开深入分析，很有必要。本文主要以掺陶瓷颗粒和钢纤维的高性能绿色混凝土(CSFRC)为例，通过对其开展立方体抗压强度试验、抗折强度试验以及经济性分析等工作，为其配合比优化设计提供更加可靠的参考依据。

关键词：高性能绿色预拌混凝土；配合比设计；经济效益分析

前言

现今，建筑业的快速发展带动了高性能绿色预拌混凝土的高效利用。在其制备过程中，由于混凝土细骨料中的石英砂资源呈现出日益短缺的势态，所以就要利用陶瓷颗粒材料来替代石英砂材料，并按照配合比设计要求，掺加适量的钢纤维，这样才能制备成新型高性能绿色预拌混凝土，从而在满足工程建设施工要求的基础上，帮助相关施工单位节省一定的混凝土制备成本，减少资源消耗量。

1.高性能绿色预拌混凝土制备要求及配合比设计

本文将掺加适量陶瓷颗粒和钢纤维的高性能绿色混凝土作为主要研究对象。在其制备过程中，所选取的原材料主要包括水泥、石英砂、减水剂、陶瓷颗粒与钢纤维。按照相应的制备要求，各类原材料选取标准如表一所示。

表一 高性能绿色混凝土原材料选取标准

另外，按照普通混凝土力学性能试验配比要求，试件制备过程中的水胶比应保持在0.16范围内、硅灰掺量不超过10%、钢纤维掺量不超过2%。本次试验制备高性能预拌混凝土原材料的基础配比为：水泥:骨料:减水剂:水:硅灰:钢纤维=1015∶1052∶16.36∶180∶102∶150。其中，陶瓷颗粒材料是由废弃建筑瓷砖破碎加工而成，为了节省成本，可将其替代石英砂作为骨料使用。具体原材料配比设计应按照表二所示的标准来实施，确保高性能预拌混凝土(CSFRC)的强度、耐久性、和易性等得到良好提升[1]。

表二 高性能绿色混凝土原材料配比设计标准

2.高性能绿色预拌混凝土(CSFRC)试验结果分析

按照相关规定，CSFRC试件养护龄期为3d、7d和28 d，待其整体强度达到要求后再对其展开抗压强度试验和抗折强度试验。

2.1抗压强度

CSFRC试件混凝土在制备中会经历不同阶段的养护龄期，随着龄期的增加，试件的强度与抗承载能力等都会随之增强。例如，在试件混凝土制备过程中，若混凝土养护龄期为3d，且所掺加的陶瓷颗粒材料数量为100％时，混凝土抗压强会呈现出明显逐步上升的趋势。当混凝土养护龄期为28 d时，试件混凝土的抗压强度会随着陶瓷颗粒材料掺量的不断增加而有所提升。如利用75%或100%的瓷颗粒材料替代全部石英砂材料后，混凝土的抗压强度要远高于未掺加之前的混凝土。通过对试件混凝土微观结构分析可以得知，养护成型的CSFRC试件，其骨料与胶凝材料之间具有良好的包裹性，再加上试件内部结构较为致密，所以当混凝土与钢纤维混合后，就会使得其自身的力学性能得到迅速提升；而对于养护龄期为3 d和7 d的试件混凝土而言，掺入适量陶瓷颗粒材料后，其整体抗压强度却会低于掺加石英砂的混凝土试件。针对这种情况，经过深入研究分析后可以了解到。由于陶瓷颗粒材料具有一定的吸水性，所以当其作为骨料来替代石英砂材料后，就会将养护龄期较短的混凝土内部的部分水分吸收掉。这种情况下，不仅会降低混合物的堆积密度和水泥前期水化热反应速度，而且还会影响到CSFRC试件混凝土的抗压强度，使其随着陶瓷颗粒参加量的变化逐步降低。而对于养护龄期较长的试件混凝土，陶瓷颗粒材料在掺加以后，会逐步向外释放部分水分，这种情况下对于水泥水化反应速度及混凝土抗压强度的影响都会逐渐减小。即便掺加100％的陶瓷颗粒材料，也不会对试件混凝土的力学性能造成不良影响，反而会使混合物堆积密度及抗压强度等得到进一步提升[2]。

2.2抗折强度

对于CSFRC试件而言，其抗折强度与抗压强度一样，都与制备期间所经历的不同养护龄期有着一定的联系。即养护龄期越长、试件抗折强度越高。并且不同掺量陶瓷颗粒材料的混凝土在各阶段养护龄期下所呈现的抗折强度也是不尽相同。例如，在试件混凝土制备过程中，当其养护龄期为3d时，若将全部石英砂材料都替换成陶瓷颗粒材料，混凝土抗折强度的提升趋势就会逐渐显现出来。尤其在养护龄期为28d的阶段，抗折强度的提升速度最为显著。但若是养护龄期为7 d的试件混凝土，且作为骨料使用的陶瓷颗粒材料添加量仅为50％时，就会使得混凝土抗折强度出现先减小后增大的情况，且始终低于无掺加陶瓷颗粒材料的混凝土试件。究其原因，主要是因为50％的陶瓷颗粒材料的应用，会对试件混凝土内部结构的完整性造成一定的影响，进而使其内部存在大量的孔洞所致，这种情况下，势必会降低混凝土的抗折强度

[3]。

2.3经济效益分析

本文研究的CSFRC试件混凝土在制备过程中所采用的原材料种类复杂。为了更好的提升混凝土的制备质量，增强其整体力学性能，会考虑将回收建筑废弃瓷砖破碎加工而成的陶瓷颗粒材料替代石英砂材料。基于此，综合当地建筑市场价格，再加上原材料回收加工费用，可将最终单价设定为200元/t。据相关数据计算分析后，可以了解到，不同掺量陶瓷颗粒材料的CSFRC试件混凝土制备成本也是不尽相同，如表三所示。从该表可以得知，掺量为100％陶瓷颗粒材料的试件混凝土制备成本可达到2819.58元/m 3左右，与掺加石英砂材料的混凝土试件相比，前者制备成本低于后者制备成本约12.98％左右。由此可见，在高性能绿色预拌混凝土制备过程中，需充分利用陶瓷颗粒材料完全替代石英砂材料。

表三 高性能绿色混凝土(CSFRC)制备成本

结束语：

综上所述，为了缓解混凝土中石英砂资源短缺情况，在制备高性能绿色预拌混凝土时，就要对陶瓷颗粒材料的应用给予高度重视。因为其制备后的混凝土无论是抗压强度，还是抗折强度都极为明显。另外，掺加陶瓷颗粒材料的CSFRC试件混凝土，所需的制备成本也是比较经济合理。由此可见，在高性能绿色预拌混凝土制备过程中，必须按照相应的规范标准要求对其配合比予以科学合理的设计，同时还要选取高质量的原材料，使其整体力学性能与经济效益得到最大化提升，进而更好地满足工程项目建设施工需求。

参考文献

[1]王勇.混凝土配合比设计与绿色高性能混凝土[J].商品混凝土,2023,

(03):43-44.

[2]闫寒.贵阳市域铁路高性能混凝土配合比设计及经济成本分析[J].建材与装饰,2023,(06):18-19.

[3]王兰兰.掺粉煤灰,矿粉及人工砂的预拌混凝土研究[D].西安建筑科技大学,2019,(09):20-21.