水利水電工程混凝土材料成本優化研究論文
0引言
近年來，我國洪澇災害頻繁發生，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不僅直接關系到我國國民經濟的快速可持續發展，而且關系到人民群眾的生命財產安全。只有不斷提高水利水電工程的施工質量、優化其施工成本，才能確保水利水電工程最大化發揮效用。混凝土材料在水利水電工程建設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，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構中，使得混凝土結構的韌性、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域得到了廣泛的應用。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構的性能，也可以改變混凝土的破壞形態。鋼纖維混凝土的摻量及質量具有明確的規定，在生產過程中，必須嚴格按照規定進行設計與生產。
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，混合料的質量對混凝土的質量具有巨大的影響。其中水泥和骨料是影響混凝土質量的兩個關鍵原料。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量方面具有很大的不確定性，質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，也沒有按照有關標準將其分級，從而嚴重影響了混凝土的強度和質量。
2.2施工問題
混凝土在施工過程中，主要包含澆筑、拆模和養護等過程，其各個施工環節之間的關聯性程度，對混凝土施工的總體質量具有重要的影響。水利水電工程的建設依據不同的施工地點和施工要求而存在多種類型的構造，且不同的構造具有不同的功能，混凝土的施工質量和施工工藝等都決定著水利水電工程的最終質量。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
根據水利水電工程的施工特點，在要求混凝土結構必須具備一定強度的同時，還應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計。一般情況下，水利水電工程施工規模都比較大、工期長，并且在其施工過程中，針對不同位置的混凝土結構也具有不同的要求，所以應特別重視大規模混凝土施工過程中產生的各種問題。裂縫和凍害作為混凝土施工中最常出現的兩種問題，施工單位應對其給予高度的重視，并采取有效措施防止其在大規模混凝土施工中出現。混凝土結構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，常會發生混凝土施工與其他工程交叉施工的現象，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致工程間斷是經常發生的現象，這就要求混凝土必須具有相應的強度，并進行科學的耐久性設計。
4水利水電工程混凝土材料施工技術
在水利水電工程建設當中，混凝土的拌合、運輸和養護等都屬于混凝土施工技術的范疇。混凝土在施工之前，必須要進行充分、均勻的攪拌，這是保證其質量的一個重要步驟。在科技日益發達的今天，混凝土的拌合已由傳統的人工攪拌轉變為機械攪拌。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和拌合效率，而且大幅減少了勞動力的投入。混凝土在運輸過程中，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到施工現場以后，應馬上進行施工，以避免混凝土出現硬化現象或是長期不施工現象，從而保證混凝土的施工質量。混凝土在施工過程中，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。澆筑混凝土時必須要使用專業的壓實設備，以確保混凝土的壓實效果可以達到施工要求，澆筑作業完成后需對混凝土進行一段時期的養護，養護必須達到相關規范規定的期限。在保證養護時間的同時，確保養護充分到位，以為混凝土的施工質量提供可靠的保障。
5水利水電工程混凝土材料成本優化方法
混凝土材料具有明顯的地方性特點，其經濟性與當地、當時材料價格和經濟水平具有極為緊密的聯系，會隨著當地經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化配合比，即對混凝土材料成本優化的分析應是針對當地、當時混凝土材料的市場價格而進行的。
5.1構建成本優化數學模型
混凝土材料成本優化隸屬于數學的范疇內，因此構建成本優化的數學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化。混凝土的自密實性是衡量混凝土質量的一個重要指標。自密實混凝土可以提高拌合物的工作性能，具有諸多優點，如顯著提高混凝土的質量，包括混凝土的耐久性、密實性和力學性能等；充分利用工業廢料，有利于節約資源、保護環境；大幅降低人工勞動力強度，節省人力資源投入；有效節約電能；減少環境噪音，改善工作環境，提高建筑安全性等。自密實混凝土不僅本身具有許多優點，而且在經濟性方面也占有諸多優勢，主要體現在以下幾方面。其一，節約勞動力，節省電力和機械消耗。其二，高自動化水平，縮短工期，加快施工進度，產生巨大的經濟效益。其三，在特殊條件下，可以解決現澆混凝土的施工難題，提高混凝土的耐久性和結構可靠度，從而提高混凝土的施工質量，減少后期維修費用。水利水電工程中混凝土材料的成本優化數學模型為min（fx），s.t.g（jx）≤0（j=1，2，……）其中，（fx）為目的函數，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、力學性能及其他方面要求。利用這一函數可以在水利水電工程施工中得出混凝土材料優化后的成本。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。計算結果如下：采用通用成本優化方法得出的自密實混凝土材料成本為30.68萬元，較之正常預算節約5.25萬元；采用通用成本優化算法得出的工程最終預算成本為416.3萬元，與正常成本預算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化程序具有可行性。
5.2采用成本優化通用程序
除了構建數學模型之外，還可以利用數學工具和現代化信息技術，如計算機技術。網絡技術等來編制成本優化通用程序。在成本優化通用程序編制過程中，應確保混凝土材料的價格、基本物理性質可以隨著市場的變化而進行及時更改，以使優化具有良好的通用性。為了提高成本優化通用程序的性能，需要對其進行多次的試驗，并采用有關方法對混凝土材料參數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設置到成本優化通用程序當中。對水利水電工程混凝土材料使用成本優化通用程序，可以有效優化其成本。
5.3提高混凝土材料施工技術
在水利水電工程施工過程中，混凝土材料的施工技術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可以有效降低成本，對成本優化起到一定的促進作用。施工單位應借鑒國外先進成功經驗，積極引進先進施工技術和施工設備，并將現代化的信息技術融入其中。同時，積極引進專業的、技能型人才對現有施工技術進行改革與創新。
6總結
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，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化的方法，并通過有關實例來說明成本優化方法的可行性。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化，對混凝土材料的研究是必不可少的一項內容。根據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，最終達到優化成本的目的。
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