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水利水电工程混凝土材料成本优化研究论文
0引言
近年来，我国洪涝灾害频繁发生，且面临水资源短缺、水污染和水土流失等一系列水问题。为有效解决这些问题，我国大力开展水利水电工程。水利水电工程的建设不仅直接关系到我国国民经济的快速可持续发展，而且关系到人民群众的生命财产安全。只有不断提高水利水电工程的施工质量、优化其施工成本，才能确保水利水电工程最大化发挥效用。混凝土材料在水利水电工程建设中扮演着重要的角色，对其各方面进行分析可以有效促进水利水电工程成本的优化。
1常见典型混凝土的特点
1.1硅粉混凝土
相比于普通混凝土，硅粉混凝土具有较高的强度和耐久性，但其水泥用量较大、水胶比小且不易泌水，容易发生塑性收缩，具有早期干缩率大，体积易变形等缺点。硅粉混凝土在施工中常常会发生早期开裂问题。为弥补硅粉混凝土存在的缺陷，可以考虑在配合比设计阶段，用粉煤灰和高效减水剂等活性矿物料来代替部分水泥，在满足各项要求的前提下，尽可能减少水泥的用量。此外，还可以通过降低混凝土绝热升温，以减轻温度控制的负担，降低混凝土开裂的几率。粉煤灰和高效减水剂的加入，可以显著提高硅粉混凝土的流动性和和易性，从而使其达到施工标准要求。
1.2聚丙烯纤维混凝土
聚丙烯纤维混凝土不仅可以有效防止混凝土浇筑后期的硬化，而且可以有效减少由于水分散失会泌水等而引起的混凝土开裂和塑性收缩问题，还可以减少混凝土硬化后期极易产生的裂缝与由温度变化所造成的微裂纹，具有改善混凝土抗冻、防渗和耐久性等性能的特点。另外，在聚丙烯纤维混凝土中，大量纤维随机分布于混凝土结构中，使得混凝土结构的韧性、强度和抗变形能力等都得到了显著的提高。同时，其还具有较高的粘稠性，可有效改善喷射混凝土的性能。聚丙烯纤维混凝土所具有的良好性价比使得其得到了广泛的应用。
1.3钢纤维混凝土
钢纤维混凝土近年来在水利水电工程领域得到了广泛的应用。它具有较高的初裂强度和极限强度。在混凝土中加入适量的钢纤维，可以有效改善钢筋混凝土结构的性能，也可以改变混凝土的破坏形态。钢纤维混凝土的掺量及质量具有明确的规定，在生产过程中，必须严格按照规定进行设计与生产。
2混凝土材料在水利水电工程施工中存在的问题
2.1拌合问题
混凝土在拌合阶段，混合料的质量对混凝土的质量具有巨大的影响。其中水泥和骨料是影响混凝土质量的两个关键原料。在实际施工当中，很多施工单位为追求利益最大化，而购买价格相对低廉的混凝土混合料。这些价格相对低廉的混合料往往在质量方面具有很大的不确定性，质量难以得到有效的保证，且强度通常也难以满足施工要求。同时，在水泥等混合料缺乏有效的防水措施情况下，混凝土的质量就会降低。此外，一些施工单位对骨料颗粒的大小没有进行严格的控制，也没有按照有关标准将其分级，从而严重影响了混凝土的强度和质量。
2.2施工问题
混凝土在施工过程中，主要包含浇筑、拆模和养护等过程，其各个施工环节之间的关联性程度，对混凝土施工的总体质量具有重要的影响。水利水电工程的建设依据不同的施工地点和施工要求而存在多种类型的构造，且不同的构造具有不同的功能，混凝土的施工质量和施工工艺等都决定着水利水电工程的最终质量。由于水利水电工程包括很多分工程，且很多分工程必须同时施工，这就造成了混凝土作业面的狭窄性，加之混凝土机械化水平不高等因素影响，使得混凝土施工质量存在严重的波动性。
3水利水电工程混凝土材料施工特点
根据水利水电工程的施工特点，在要求混凝土结构必须具备一定强度的同时，还应充分考虑其所处的位置，以对其防渗水、抗震、防冻和耐久性等进行合理的设计。一般情况下，水利水电工程施工规模都比较大、工期长，并且在其施工过程中，针对不同位置的混凝土结构也具有不同的要求，所以应特别重视大规模混凝土施工过程中产生的各种问题。裂缝和冻害作为混凝土施工中最常出现的两种问题，施工单位应对其给予高度的重视，并采取有效措施防止其在大规模混凝土施工中出现。混凝土结构的施工会贯穿整个工程的始终。在某些情况下，为赶施工进度，常会发生混凝土施工与其他工程交叉施工的现象，但仍需要花费较长的时间。在水利水电工程实际施工中，由于受诸多因素影响而导致工程间断是经常发生的现象，这就要求混凝土必须具有相应的强度，并进行科学的耐久性设计。
4水利水电工程混凝土材料施工技术
在水利水电工程建设当中，混凝土的拌合、运输和养护等都属于混凝土施工技术的范畴。混凝土在施工之前，必须要进行充分、均匀的搅拌，这是保证其质量的一个重要步骤。在科技日益发达的今天，混凝土的拌合已由传统的人工搅拌转变为机械搅拌。这不仅大大提高了混凝土搅拌的均匀性和充分性，提高了混凝土的品质和拌合效率，而且大幅减少了劳动力的投入。混凝土在运输过程中，要求运输工具必须具有良好的密实性，且不能同时装入多种混凝土原料，以避免运输过程中造成材料浪费。当拌合好的混凝土运输到施工现场以后，应马上进行施工，以避免混凝土出现硬化现象或是长期不施工现象，从而保证混凝土的施工质量。混凝土在施工过程中，要求施工人员必须明确混凝土的浇筑位置，并且在浇筑前还要确保浇筑位置既没有障碍物又是平整的。浇筑混凝土时必须要使用专业的压实设备，以确保混凝土的压实效果可以达到施工要求，浇筑作业完成后需对混凝土进行一段时期的养护，养护必须达到相关规范规定的期限。在保证养护时间的同时，确保养护充分到位，以为混凝土的施工质量提供可靠的保障。
5水利水电工程混凝土材料成本优化方法
混凝土材料具有明显的地方性特点，其经济性与当地、当时材料价格和经济水平具有极为紧密的联系，会随着当地经济和材料的市场价格变化而变化。这说明了混凝土材料没有通用的优化配合比，即对混凝土材料成本优化的分析应是针对当地、当时混凝土材料的市场价格而进行的。
5.1构建成本优化数学模型
混凝土材料成本优化隶属于数学的范畴内，因此构建成本优化的数学模型可以帮助水利水电工程混凝土材料的成本得到有效的优化。混凝土的自密实性是衡量混凝土质量的一个重要指标。自密实混凝土可以提高拌合物的工作性能，具有诸多优点，如显著提高混凝土的质量，包括混凝土的耐久性、密实性和力学性能等；充分利用工业废料，有利于节约资源、保护环境；大幅降低人工劳动力强度，节省人力资源投入；有效节约电能；减少环境噪音，改善工作环境，提高建筑安全性等。自密实混凝土不仅本身具有许多优点，而且在经济性方面也占有诸多优势，主要体现在以下几方面。其一，节约劳动力，节省电力和机械消耗。其二，高自动化水平，缩短工期，加快施工进度，产生巨大的经济效益。其三，在特殊条件下，可以解决现浇混凝土的施工难题，提高混凝土的耐久性和结构可靠度，从而提高混凝土的施工质量，减少后期维修费用。水利水电工程中混凝土材料的成本优化数学模型为min（fx），s.t.g（jx）≤0（j=1，2，……）其中，（fx）为目的函数，即混凝土的成本，g（jx）为各种约束条件，即满足混凝土材料工作性、力学性能及其他方面要求。利用这一函数可以在水利水电工程施工中得出混凝土材料优化后的成本。为了验证上述方法的可行性，本文以长沙市混凝土2013年市场价格与当前湖南省水利水电工程造价计算方法为例，采用上述通用成本优化算法计算自密实混凝土材料成本以及施工工程的最终成本，并与没有采用这种方法的材料成本和最终成本进行对比分析。计算结果如下：采用通用成本优化方法得出的自密实混凝土材料成本为30.68万元，较之正常预算节约5.25万元；采用通用成本优化算法得出的工程最终预算成本为416.3万元，与正常成本预算462.6万元，减少了46.3万元。这一实例说明，本文提出的通用成本优化程序具有可行性。
5.2采用成本优化通用程序
除了构建数学模型之外，还可以利用数学工具和现代化信息技术，如计算机技术。网络技术等来编制成本优化通用程序。在成本优化通用程序编制过程中，应确保混凝土材料的价格、基本物理性质可以随着市场的变化而进行及时更改，以使优化具有良好的通用性。为了提高成本优化通用程序的性能，需要对其进行多次的试验，并采用有关方法对混凝土材料参数合理范围和强度影响公式进行确定，从而将混凝土材料参数设置到成本优化通用程序当中。对水利水电工程混凝土材料使用成本优化通用程序，可以有效优化其成本。
5.3提高混凝土材料施工技术
在水利水电工程施工过程中，混凝土材料的施工技术对其成本具有一定的影响。因此，提高水利水电工程混凝土材料的施工技术可以有效降低成本，对成本优化起到一定的促进作用。施工单位应借鉴国外先进成功经验，积极引进先进施工技术和施工设备，并将现代化的信息技术融入其中。同时，积极引进专业的、技能型人才对现有施工技术进行改革与创新。
6总结
本文主要介绍了混凝土原料特性及常见典型混凝土特点，分析了水利水电工程混凝土材料施工特点与技术，以及在施工中存在的问题，提出了水利水电工程混凝土材料成本优化的方法，并通过有关实例来说明成本优化方法的可行性。通过文章的论述可知，混凝土材料的选择、施工特点和技术等各方面都会影响到水利水电工程的施工成本。因此，要想水利水电工程施工成本得到有效的优化，对混凝土材料的研究是必不可少的一项内容。根据水利水电工程施工情况，合理选择混凝土材料，提高混凝土施工技术，最终达到优化成本的目的。
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