水利水電工程混凝土材料成本優(yōu)化研究論文
0引言
近年來，我國洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生，且面臨水資源短缺、水污染和水土流失等一系列水問題。為有效解決這些問題，我國大力開展水利水電工程。水利水電工程的建設(shè)不僅直接關(guān)系到我國國民經(jīng)濟的快速可持續(xù)發(fā)展，而且關(guān)系到人民群眾的生命財產(chǎn)安全。只有不斷提高水利水電工程的施工質(zhì)量、優(yōu)化其施工成本，才能確保水利水電工程最大化發(fā)揮效用。混凝土材料在水利水電工程建設(shè)中扮演著重要的角色，對其各方面進行分析可以有效促進水利水電工程成本的優(yōu)化。
1常見典型混凝土的特點
1.1硅粉混凝土
相比于普通混凝土，硅粉混凝土具有較高的強度和耐久性，但其水泥用量較大、水膠比小且不易泌水，容易發(fā)生塑性收縮，具有早期干縮率大，體積易變形等缺點。硅粉混凝土在施工中常常會發(fā)生早期開裂問題。為彌補硅粉混凝土存在的缺陷，可以考慮在配合比設(shè)計階段，用粉煤灰和高效減水劑等活性礦物料來代替部分水泥，在滿足各項要求的前提下，盡可能減少水泥的用量。此外，還可以通過降低混凝土絕熱升溫，以減輕溫度控制的負擔(dān)，降低混凝土開裂的幾率。粉煤灰和高效減水劑的加入，可以顯著提高硅粉混凝土的流動性和和易性，從而使其達到施工標準要求。
1.2聚丙烯纖維混凝土
聚丙烯纖維混凝土不僅可以有效防止混凝土澆筑后期的硬化，而且可以有效減少由于水分散失會泌水等而引起的混凝土開裂和塑性收縮問題，還可以減少混凝土硬化后期極易產(chǎn)生的裂縫與由溫度變化所造成的微裂紋，具有改善混凝土抗凍、防滲和耐久性等性能的特點。另外，在聚丙烯纖維混凝土中，大量纖維隨機分布于混凝土結(jié)構(gòu)中，使得混凝土結(jié)構(gòu)的韌性、強度和抗變形能力等都得到了顯著的提高。同時，其還具有較高的粘稠性，可有效改善噴射混凝土的性能。聚丙烯纖維混凝土所具有的良好性價比使得其得到了廣泛的應(yīng)用。
1.3鋼纖維混凝土
鋼纖維混凝土近年來在水利水電工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。它具有較高的初裂強度和極限強度。在混凝土中加入適量的鋼纖維，可以有效改善鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的性能，也可以改變混凝土的破壞形態(tài)。鋼纖維混凝土的摻量及質(zhì)量具有明確的規(guī)定，在生產(chǎn)過程中，必須嚴格按照規(guī)定進行設(shè)計與生產(chǎn)。
2混凝土材料在水利水電工程施工中存在的問題
2.1拌合問題
混凝土在拌合階段，混合料的質(zhì)量對混凝土的質(zhì)量具有巨大的影響。其中水泥和骨料是影響混凝土質(zhì)量的兩個關(guān)鍵原料。在實際施工當中，很多施工單位為追求利益最大化，而購買價格相對低廉的混凝土混合料。這些價格相對低廉的混合料往往在質(zhì)量方面具有很大的不確定性，質(zhì)量難以得到有效的保證，且強度通常也難以滿足施工要求。同時，在水泥等混合料缺乏有效的防水措施情況下，混凝土的質(zhì)量就會降低。此外，一些施工單位對骨料顆粒的大小沒有進行嚴格的控制，也沒有按照有關(guān)標準將其分級，從而嚴重影響了混凝土的強度和質(zhì)量。
2.2施工問題
混凝土在施工過程中，主要包含澆筑、拆模和養(yǎng)護等過程，其各個施工環(huán)節(jié)之間的關(guān)聯(lián)性程度，對混凝土施工的總體質(zhì)量具有重要的影響。水利水電工程的建設(shè)依據(jù)不同的施工地點和施工要求而存在多種類型的構(gòu)造，且不同的構(gòu)造具有不同的功能，混凝土的施工質(zhì)量和施工工藝等都決定著水利水電工程的最終質(zhì)量。由于水利水電工程包括很多分工程，且很多分工程必須同時施工，這就造成了混凝土作業(yè)面的狹窄性，加之混凝土機械化水平不高等因素影響，使得混凝土施工質(zhì)量存在嚴重的波動性。
3水利水電工程混凝土材料施工特點
根據(jù)水利水電工程的施工特點，在要求混凝土結(jié)構(gòu)必須具備一定強度的同時，還應(yīng)充分考慮其所處的位置，以對其防滲水、抗震、防凍和耐久性等進行合理的設(shè)計。一般情況下，水利水電工程施工規(guī)模都比較大、工期長，并且在其施工過程中，針對不同位置的混凝土結(jié)構(gòu)也具有不同的要求，所以應(yīng)特別重視大規(guī)�；炷潦┕み^程中產(chǎn)生的各種問題。裂縫和凍害作為混凝土施工中最常出現(xiàn)的兩種問題，施工單位應(yīng)對其給予高度的重視，并采取有效措施防止其在大規(guī)�；炷潦┕ぶ谐霈F(xiàn)。混凝土結(jié)構(gòu)的施工會貫穿整個工程的始終。在某些情況下，為趕施工進度，常會發(fā)生混凝土施工與其他工程交叉施工的現(xiàn)象，但仍需要花費較長的時間。在水利水電工程實際施工中，由于受諸多因素影響而導(dǎo)致工程間斷是經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象，這就要求混凝土必須具有相應(yīng)的強度，并進行科學(xué)的耐久性設(shè)計。
4水利水電工程混凝土材料施工技術(shù)
在水利水電工程建設(shè)當中，混凝土的拌合、運輸和養(yǎng)護等都屬于混凝土施工技術(shù)的范疇�；炷猎谑┕ぶ�，必須要進行充分、均勻的.攪拌，這是保證其質(zhì)量的一個重要步驟。在科技日益發(fā)達的今天，混凝土的拌合已由傳統(tǒng)的人工攪拌轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械攪拌。這不僅大大提高了混凝土攪拌的均勻性和充分性，提高了混凝土的品質(zhì)和拌合效率，而且大幅減少了勞動力的投入�；炷猎谶\輸過程中，要求運輸工具必須具有良好的密實性，且不能同時裝入多種混凝土原料，以避免運輸過程中造成材料浪費。當拌合好的混凝土運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場以后，應(yīng)馬上進行施工，以避免混凝土出現(xiàn)硬化現(xiàn)象或是長期不施工現(xiàn)象，從而保證混凝土的施工質(zhì)量�；炷猎谑┕み^程中，要求施工人員必須明確混凝土的澆筑位置，并且在澆筑前還要確保澆筑位置既沒有障礙物又是平整的。澆筑混凝土?xí)r必須要使用專業(yè)的壓實設(shè)備，以確�；炷恋膲簩嵭Ч梢赃_到施工要求，澆筑作業(yè)完成后需對混凝土進行一段時期的養(yǎng)護，養(yǎng)護必須達到相關(guān)規(guī)范規(guī)定的期限。在保證養(yǎng)護時間的同時，確保養(yǎng)護充分到位，以為混凝土的施工質(zhì)量提供可靠的保障。
5水利水電工程混凝土材料成本優(yōu)化方法
混凝土材料具有明顯的地方性特點，其經(jīng)濟性與當?shù)亍敃r材料價格和經(jīng)濟水平具有極為緊密的聯(lián)系，會隨著當?shù)亟?jīng)濟和材料的市場價格變化而變化。這說明了混凝土材料沒有通用的優(yōu)化配合比，即對混凝土材料成本優(yōu)化的分析應(yīng)是針對當?shù)亍敃r混凝土材料的市場價格而進行的。
5.1構(gòu)建成本優(yōu)化數(shù)學(xué)模型
混凝土材料成本優(yōu)化隸屬于數(shù)學(xué)的范疇內(nèi)，因此構(gòu)建成本優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型可以幫助水利水電工程混凝土材料的成本得到有效的優(yōu)化�；炷恋淖悦軐嵭允呛饬炕炷临|(zhì)量的一個重要指標。自密實混凝土可以提高拌合物的工作性能，具有諸多優(yōu)點，如顯著提高混凝土的質(zhì)量，包括混凝土的耐久性、密實性和力學(xué)性能等；充分利用工業(yè)廢料，有利于節(jié)約資源、保護環(huán)境；大幅降低人工勞動力強度，節(jié)省人力資源投入；有效節(jié)約電能；減少環(huán)境噪音，改善工作環(huán)境，提高建筑安全性等。自密實混凝土不僅本身具有許多優(yōu)點，而且在經(jīng)濟性方面也占有諸多優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾方面。其一，節(jié)約勞動力，節(jié)省電力和機械消耗。其二，高自動化水平，縮短工期，加快施工進度，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。其三，在特殊條件下，可以解決現(xiàn)澆混凝土的施工難題，提高混凝土的耐久性和結(jié)構(gòu)可靠度，從而提高混凝土的施工質(zhì)量，減少后期維修費用。水利水電工程中混凝土材料的成本優(yōu)化數(shù)學(xué)模型為min（fx），s.t.g（jx）≤0（j=1，2，……）其中，（fx）為目的函數(shù)，即混凝土的成本，g（jx）為各種約束條件，即滿足混凝土材料工作性、力學(xué)性能及其他方面要求。利用這一函數(shù)可以在水利水電工程施工中得出混凝土材料優(yōu)化后的成本。為了驗證上述方法的可行性，本文以長沙市混凝土2013年市場價格與當前湖南省水利水電工程造價計算方法為例，采用上述通用成本優(yōu)化算法計算自密實混凝土材料成本以及施工工程的最終成本，并與沒有采用這種方法的材料成本和最終成本進行對比分析。計算結(jié)果如下：采用通用成本優(yōu)化方法得出的自密實混凝土材料成本為30.68萬元，較之正常預(yù)算節(jié)約5.25萬元；采用通用成本優(yōu)化算法得出的工程最終預(yù)算成本為416.3萬元，與正常成本預(yù)算462.6萬元，減少了46.3萬元。這一實例說明，本文提出的通用成本優(yōu)化程序具有可行性。
5.2采用成本優(yōu)化通用程序
除了構(gòu)建數(shù)學(xué)模型之外，還可以利用數(shù)學(xué)工具和現(xiàn)代化信息技術(shù)，如計算機技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等來編制成本優(yōu)化通用程序。在成本優(yōu)化通用程序編制過程中，應(yīng)確�；炷敛牧系膬r格、基本物理性質(zhì)可以隨著市場的變化而進行及時更改，以使優(yōu)化具有良好的通用性。為了提高成本優(yōu)化通用程序的性能，需要對其進行多次的試驗，并采用有關(guān)方法對混凝土材料參數(shù)合理范圍和強度影響公式進行確定，從而將混凝土材料參數(shù)設(shè)置到成本優(yōu)化通用程序當中。對水利水電工程混凝土材料使用成本優(yōu)化通用程序，可以有效優(yōu)化其成本。
5.3提高混凝土材料施工技術(shù)
在水利水電工程施工過程中，混凝土材料的施工技術(shù)對其成本具有一定的影響。因此，提高水利水電工程混凝土材料的施工技術(shù)可以有效降低成本，對成本優(yōu)化起到一定的促進作用。施工單位應(yīng)借鑒國外先進成功經(jīng)驗，積極引進先進施工技術(shù)和施工設(shè)備，并將現(xiàn)代化的信息技術(shù)融入其中。同時，積極引進專業(yè)的、技能型人才對現(xiàn)有施工技術(shù)進行改革與創(chuàng)新。
6總結(jié)
本文主要介紹了混凝土原料特性及常見典型混凝土特點，分析了水利水電工程混凝土材料施工特點與技術(shù)，以及在施工中存在的問題，提出了水利水電工程混凝土材料成本優(yōu)化的方法，并通過有關(guān)實例來說明成本優(yōu)化方法的可行性。通過文章的論述可知，混凝土材料的選擇、施工特點和技術(shù)等各方面都會影響到水利水電工程的施工成本。因此，要想水利水電工程施工成本得到有效的優(yōu)化，對混凝土材料的研究是必不可少的一項內(nèi)容。根據(jù)水利水電工程施工情況，合理選擇混凝土材料，提高混凝土施工技術(shù)，最終達到優(yōu)化成本的目的。
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