高速铁路C35墩台高性能混凝土配合比设计与施工-栾心国.doc

.高速铁路C35墩台高性能混凝土配合比设计与施工栾心国，蔡 涛,李余贤（山东铁正工程试验检测中心有限公司，山东 济南 250014）摘要：高性能混凝土目前在国内的客运专线和高速铁路得到了广泛的应用，本文根据高速铁路所处施工环境原材料的情况和高性能混凝土的特点，介绍高速铁路C35墩身高性能混凝土的配合比设计方法，并根据施工现场实例对配合比调整提出一点建议。关键词：高性能混凝土；高速铁路；配合比中图分类号：U443.15 文献标识码：A1.引言高性能混凝土是一种新型高技术混凝土1，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的。它的高性能主要体现在良好的耐久性上，是以耐久性为主要设计指标的。使用优质的原材料如水泥和集料，再掺加足够数量的矿物活性细掺料和高性能外加剂，从而获得混凝土的高性能。在高速铁路工程上使用高性能混凝土，能够大幅度减少后期维护费用，符合当前世界可持续发展的战略方针2。根据国务院批准的中长期铁路网规划，到2020年,高速铁路建设量达1.2万km以上。随着京津、合宁、合武、温福、武广、京沪等高速铁路相继开工，中国已开始大规模修建高速铁路3。2.高性能混凝土配合比设计原则42.1高性能混凝土配置强度原则目前对高性能混凝土配合比中预期抗压强度的确定，采用如下标准：式中：为混凝土的配制强度（MPa）；为混凝土的设计强度（MPa）；施工中的混凝土强度标准差（MPa）。2.2高性能混凝土低水胶比原则高性能混凝土配置过程中水胶比一般在0.20-0.40之间，这样混凝土可以具有够的密实度，达到高性能混凝土耐久性的要求，获得较低的渗透性。在此基础上通过混凝土强度调整水灰比，水灰比确定后，通过细掺量的掺加来保证混凝土的强度。2.3最优砂率原则混凝土的砂石比通常用砂率来表示，是影响混凝土的工作性能的主要因素之一。高性能混凝土由于采用低用水量，因此砂浆量需增加砂率来补充，与普通混凝土相比，高性能混凝土中的粗细骨料用量相应也会有所增加。确定砂率应控制粗骨料密实堆积下的空隙率, 空隙率偏大时，会造成填充空隙和包裹骨料的胶凝材料用量增加，影响混凝土的弹性模量和尺寸稳定性。此外，砂率还应根据砂自身的颗粒组成进行调整，细颗粒含量过多时则应适当降低砂率,以防止过多的细颗粒含量引起骨料裹浆量不足；细颗粒含量过少时则应适度增加砂率，增强浆体保水性能，降低离析倾向。2.4最优浆集比原则浆集比是指混凝土中水泥浆与集料的比例。高性能混凝土要求有良好工作性能，即流动性要好，因此高性能混凝土要求有较大的胶凝材料总质量。但研究表明，混凝土会随着胶凝材料用量的增加，收缩增加，经济性下降。因此，在高性能混凝土配合比设计中应该寻找最优的浆集比。Mehta和Atcin认为，采用适宜的集料时，浆集体积比0.350.65可以解决强度、工作性和尺寸稳定性(弹性模量、干缩和徐变)之间的矛盾。多年的混凝土施工实践也表明，按此参数设计施工，可以得到理想的高性能混凝土。3.高性能混凝土配合比设计方法C35墩台高性能混凝土配合比是基抗氯离子渗透、抗硫酸盐腐蚀等耐久性要求的配合比设计，因此，应遵循高性能混凝土配合比设计方法，即选择水胶比、矿物掺和料掺量、含气量、浆集比、砂率(粗骨料用量)等参数，采用绝对体积法进行配合比设计，既可科学地指导混凝土的实际施工和过程调整，又便于分析施工中产生问题的原因。目前常用的设计方法主要有法国国家路桥试验室（LCPC）的方法、美国混凝土协会(ACI)的方法和保罗米(Bolomy)修正法。4.原材料的选用4.1水泥水泥宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。有耐硫酸盐侵蚀要求的混凝土也可选用中抗硫酸盐硅酸盐水泥或高抗硫酸盐硅酸盐水泥。不宜使用早强水泥。4.2粉煤灰粉煤灰应控制细度20%、需水量比100%和烧失量5.0%。4.3矿渣粉应控制烧失量3.0%、比表面积300-500 m2/kg和需水量比100%。4.4细骨料考虑到高性能混凝土的强度和耐久性，应控制如下几个指标：细度模数宜为2.63.0，含泥量2.5%，吸水率2%，细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然中粗河砂，也可选用专门机组生产的人工砂。不宜使用山砂。不得使用海砂。4.5粗骨料粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂岩碎石。其紧密空隙率宜40%，松堆密度宜大于1500kg/m，压碎值符合相应要求，针片状10%；控制吸水率2%，非碱活性。5.C35墩台高性能混凝土配合比设计参数参考值如果粗骨料级配良好，细骨料中细颗粒含量合适，水泥相容性良好，采用聚羧酸外加剂配制的高速铁路C35墩台高性能混凝土，进行配合比设计时可按下表1中参考参数选择。表1：C35墩台高性能混凝土配合比参数建议值配合比特征参数选择建议值总胶凝材料用量( kg/m)380-400矿物掺合料占胶凝材料含量(%)粉煤灰20-30，矿渣粉10-20每m混凝土细骨料体积含量(%)26-29每m混凝土粗骨料体积含量(%)37-41水胶比0.36-0.40浆集体积比0.360.380.640.62含气量(%)2.0-6.0外加剂掺量(%)按实际原材料结合相容性确定6.C35墩台高性能混凝土配合比调整示例6.1调整示例表2为某高速铁路C35墩身高性能混凝土的配合比，施工单位在其第一根墩柱施工前，对实际进场材料进行配合比复核时发现，混凝土拌和物较粘稠，流动性稍弱，含砂情况适宜，有点浆石分离现象。采取如下调整：(1)以保证强度和耐久性能为前提，稍降水胶比改善混凝土性能。(2)胶材总量和单位用水均适当增加，以提高浆体含量，充分利用粉煤灰和矿渣粉有利于裹浆和改善流动性的优点，增加骨料的包裹能力。配比调整后，水胶比从0.375降至0.37，拌和物和易性明显改善，流动性增大，泵送试验结果表明：调整后的配比是适合施工的，施工时间得以缩短，进展非常顺利。表2：某高速铁路C35墩台高性能混凝土的配合比混凝土配合比及相关指标调整前调整后水泥粉煤灰矿粉砂石水外加剂 (kg/m)237:90:57:742:1067:144:3.85240:92:58:740:1064:145:3.9坍落度(mm)190200扩展度(mm)520530含气量(%)4.03.86.2试验结果该配比经混凝土试件强度和耐久性试验表明，满足规范要求。试验结果如表3：表3：试验结果试验指标强度 （MPa）抗冻性能抗氯离子抗裂性能相对动弹模损失（%）质量损失 （%）电通量 （c）7d28d56d28d56d28d56d28d56d试验结果29.038.645.971.580.61.601.05954882良好7.结语高速铁路工程开工建设量大，施工点分散，原料复杂，且要求很高。高性能混凝土的配合比设计应充分考虑高速铁路混凝土矿物掺合料掺量大和采用聚羧酸外加剂的混凝土拌和物特点、骨料等原材料的品质等因素，因此，必须通过现场使用的原材料经多次试配，逐渐调整，最终得到适合工程实际的配合比，才更有利于保证高速铁路耐久性混凝土的施工质量。参考文献：1 吴中伟,廉慧珍.高性能混凝M.北京:中国铁道出版社,1999.2 高金焕.高速铁路高性能混凝土配合比设计初探J.山西建