铁路混凝土的现状、发展及思考

铁路混凝土的现状 发展及思考 摘要 我国铁路部门制定了铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定 铁路混凝土工程施 工质量验收补充标准 客运专线高性能混凝土暂行技术条件 铁路混凝土工程施工技术指 南等系列技术标准 保证了施工过程中的质量控制 本文对我国铁路的建设情况和高性能 混凝土的相关技术标准及应用进行了介绍 最后对铁路混凝土的下一步发展进行了探讨 关键词 混凝土 高性能 铁路 耐久性 设计 应用 1 引言 2005 年统计数据表明 我国铁路营运里程位居世界第三 但人均拥有的铁路公里数量 远远落后于加拿大 美国 日本 欧洲等国家 与印度数量相近 仅约为美国的 1 16 俄 罗斯的 1 10 等 见表 1 我国路网规模总量与我国人口 国土面积和经济发展水平相比 仍不相称 技术装备水平 列车运行速度与国际先进水平相比差距仍不小 主要干线能力 紧张没有得到根本性缓解 要根本解决铁路 瓶颈 制约 必须实现跨越式发展 2004 年 1 月国务院常务会议原则通过 中长期铁路网规划 2004 年 2 月举行的全国铁路工 作会议上 铁道部全面部署了 中长期铁路网规划 实施的启动工作 该规划方案的 目标是 到 2020 年 全国铁路营业里程达到 10 万公里 主要繁忙干线实现客货分线 复线率和电化率均达到 50 运输能力满足国民经济和社会发展需要 主要技术装备 达到或接近国际先进水平 表 l 国内外铁路建设基本情况 项目 中国 美国俄罗斯印度日本德国英国法国加拿大 营业里程 km 75437 272812 85286 63221 20060 34715 16116 29246 48683 路网密度 Km 万人 0 58 9 63 5 94 0 57 1 57 4 21 2 68 4 82 15 12 十一五 期间 以扩大路网规模 优化布局结构 强攻客运专线 实现 三个 一流 铁路建设确立的总体目标是 完成铁路建设总投资 12500 亿元 建设新线 19800 公里 其中 客运专线 9800 公里 既有线增建复线 8000 公里 既有线电气化改造 15000 公里 我国铁路将建设京沪 京广 京哈 沈大 陇海等客运专线 列车时速达到 200 公里至 300 公里 建设京津 沪宁 沪杭 宁杭 广深 广珠等大城市群的城际轨道 交通系统 列车时速 200 公里以上 在 1 3 万公里提速干线实现客车时速 200 公里 到 2010 年 全国铁路营业里程达到 9 5 万公里 复线和电气化比例分别达到 45 以上 发 达铁路网初具规模 2007 年铁路基本建设投资计划 2560 亿元 新线铺轨 2099 公里 复线 铺轨 2347 公里 电气化铁路投产 2019 公里 京津城际轨道交通 2007 年 8 月份完成架梁 10 月份无碴轨道铺轨 11 月份站后系统集成全面施工 石太客运专线太行山隧道将在 2007 年底贯通 2006 年底已开工的铁路客运专线基本情况见表 2 表 2 2006 年底已开工的客运专线基本情况 序 号 项目 名称 规模 km 总投 资 亿元 隧道长度 km 桥梁长 度 km 设计线 下速度 Km h 建设起止 年限 备注 1 武广 967 84l 165 410 350 2005 2010 2 郑西 458 452 77 230 350 2005 2009 3 温福 298 175 157 78 250 2004 2009 4 福厦 275 153 42 9 74 5 250 2005 2009 5 甬台温 282 170 88 9 89 6 250 2005 2008 6 石太 190 128 78 36 250 2005 2008 7 合宁 166 40 2 30 250 2004 2007 8 合武 357 168 44 52 250 2004 2008 9 京津 115 112 0 97 300 2005 2008 10广珠140182 0 134 200 2005 2009 1l广深港105 16 55 350 12胶济362 110 200 2006 2008其中新建 180km 2 铁路混凝土相关技术标准 自 1824 年水泥问世以来 混凝土已有 100 多年的应用历史 在过去 100 多年的历史中 混凝土材料一直在向着优质 高性能的方向发展 高性能混凝土是近十几年提出的 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混凝土 它以耐久性作为 设计的主要指标 针对不同用途要求 高性能混凝土对下列要求予以保证 耐久性 工作 性 适用性 后期强度 经济性 为此 高性能混凝土在配制上要求选用优质原材料 除 使用水泥 水 砂和石子外 还必须掺加足够数量的矿物掺和料和外加剂 铁路所采用的混凝土数量是巨大的 如即将修建的京沪高速铁路混凝土方量达到三千 多万立方米 2002 年底统计数据表明 我国铁路桥梁营业线路桥梁已达到 42106 座 2459712 延长米 其中 全长 正桥长度与引桥长度之和 500 米以上的特大桥 462 座 全长 100 米以上至 500 米的大桥 4039 座 全长 20 米以上至 100 米的中桥 12240 座 全长不足 20 米的小桥 25365 座 因此 铁路有关部门在秦沈客运专线 南昆铁路 青藏铁路等大型铁路工程的有关混 凝土耐久性方面的技术条件 混凝土结构耐久性设计与施工指南 CECS01 2004 以及国 内外其它有关标准和规范的基础上 对现行规范中有关混凝土材料的规定及时做出补充改 进 于 2003 年开始制定混凝土结构耐久性设计 验收标准 高性能混凝土技术条件 施工 指南等技术标准 使有关人员了解到混凝土材料的全面性能指标 相关人员在设计 施工 和质量检验 验收过程中做到 有法可依 最大限度地保证铁路工程建筑物正常使用服务 年限 保证施工过程中的质量控制以及为运营管理部门提供耐久性要求相关的重要信息 并填补我国铁路混凝土耐久性规范方面的空白 具有十分重要的意义 3 铁路混凝土耐久性的相关规定 3 1 设计使用年限 根据要求分为一级 100 年 二级 60 年 三级 30 年 三个级别 3 2 环境类别及作用等级 依据结构物所处环境条件分为 5 种环境类别 17 个作用等 级 1 碳化环境 T1 他 1r3 2 氯盐环境 L1 L2 L3 3 化学侵蚀环境 H1 H2 H3 H4 4 冻融破坏环境 D1 D2 D3 D4 5 磨蚀环境 M1 M2 M3 3 3 混凝土耐久性指标 依据结构物所处环境条件和设计使用年限提出相应耐久性要 求 为了对正在施工的铁路工程的耐久性进行有效控制 铁路相关标准暂时采用电通量并 辅以其它指标 如在寒冷地区还要采用抗冻性指标 考察混凝土的耐久性能 对混凝土保护 层厚度提出要求 对混凝土的最大水胶比和单方混凝土胶凝材料的最低用量提出设计要求 混凝土强度验收龄期由 28d 修改为 56d 除预应力混凝土外 1 电通量 表 3 混凝土的电通量 表 4 氯盐环境和化学侵蚀环境下混凝土的电通量 设计使用年限级别 一 100年 二 60年 三 30年 环境作用等级 H1 H2 L1 H3 H4L2 L3 L1 H1 H2 L2 L3 H3 H4 电通量 56d c 1200 1000 800 1500 1000 2 抗冻性 表 5 冻融破坏环境下混凝土的抗冻性 设计使用年限级别一 100 年 二 60 年 三 30 年 环境作用等级D1 D2 D3 D4D1 D2 D3 D4D1 D2 D3 D4 抗冻等级 56d F300 F250 F200 3 抗碱 骨料反应性能 骨料的碱活性应采用砂浆棒法进行检验 其砂浆棒膨胀率应小于 0 10 否则应采取 抑制碱 骨料反应的技术措施 不得使用具有碱 碳酸盐反应活性的骨料 抑制碱 骨料反应 的有关规定及技术措施 骨料的碱 硅酸反应砂浆棒膨胀率或碱 碳酸盐反应岩石柱膨胀率 应小于 O 10 当骨料的碱 硅酸反应砂浆棒膨胀率在 0 10 O 20 时 混凝土的碱 含量应满足规定 当骨料的砂浆棒膨胀率在 0 20 O 30 时 除了混凝土的碱含量应满 足规定外 还应在混凝土中掺加具有明显抑制效能的矿物掺合料和复合外加剂 并应进行 抑制效能试验 梁体 应优先采用非活性骨料 选用的骨料在试生产前应进行碱活性试 验 当所采用骨料的碱 硅酸反应膨胀率在 0 10 0 2 时 混凝土中的总碱含量不应 超过 3 0kg m 且按 客运专线高性能混凝土暂行技术条件 的要求进行掺和料和复合 3 外加剂抑制混凝土碱 骨料反应有效性评价 4 抗裂性对比试验 5 混凝土磨性对比 试验 6 抗渗性能 7 耐腐蚀性能 当化学侵蚀介质为硫酸盐时 混凝土的胶凝材料还 应符合相关规定 胶凝材料的抗蚀系数不得小于 O 8 3 4 原材料要求 1 水泥 水泥的质量应符合国家现行标准和表 7 的规定 表 6 水泥的技术要求 序号 项 目 技术要求 l 比表面积 350 kg 对硅酸盐水泥 抗硫酸盐水泥 2 80 m方孔筛筛余 10 0 对普通硅酸盐水泥 3 游离氧化钙含量 1 O 4 碱含量 0 80 非氯盐环境下不应超过8 5 熟料中的C3A含量氯盐环境下不应超过10 不宣大于0 10 钢筋混凝土 6 氯离子含量 0 06 预应力混凝土 2 矿物掺和料的技术要求应符合表 7 的规定 表 7 粉煤灰的技术要求 3 外加剂的性能应符合表 8 的规定 外加剂的匀质性应符合现行国家标准 混凝土外 加剂 GB8076 的规定 表 8 外加剂的技术要求 序号项目指标 1 水泥净浆流动度 mm 240 2 硫酸钠含量 10 0 5 0 梁体 3 C1含量 0 2 0 1 梁体 4 碱含量 Na 0 0 658k 0 10 0 5 减水量 20 含气量 用于无冻融破坏环境的混凝土时 3 06 用于处于冻融破坏环境的混凝土时 4 5 30min 1807 坍落度保留值 用 于泵送混凝土时 mm 60min 150 8 常压泌水率比 20 9 压力泌水率比 用于泵送混凝土时 90 3d 130 7d 125 10 抗压强度比 28d 120 11 对钢筋锈蚀作用无锈蚀 12 收缩率比 135 13 相对耐久性指标 200次 80 4 粗 细骨料 均有详细要求 因篇幅有限 不再列举 请参考相关资料 3 5 防腐蚀附加措施 对混凝土表面涂层和防腐蚀面层 涂层钢筋和耐蚀钢筋及钢筋 阻锈剂做出了明确规定 一些设计部门在严重腐蚀地区分别采用了防腐蚀附加措施 如温 技术要求 序号项目 C50以下混凝土 C50及以上混凝土 1 细度 20 12 2 CT含量 不宜大于0 02 3 需水量比 105 100 4 烧失量 5 0 3 0 5 含水率 1 0 对于排灰 6SO3含量 3 7CaO含量 10 对于硫酸盐侵蚀环境 8游离CaO F类粉煤灰 1 0 C类粉煤灰 4 0 9 安定性 雷氏夹煮沸 后增加距离 mm C类粉煤灰 5 0 福铁路客专设计采用了表面涂层 钢筋阻锈剂等防腐蚀附加措施 4 下一步思考 4 1 高性能混凝土在全路大规模推广尚属首次 需要不断总结施工过程中的成功经验进 行推广 逐步改正不足的地方 4 2 目前高性能混凝土在已开工的各条客运专线上应用良好 建设单位 设计单位 监理单位 施工单位都非常重视 施工进展基本顺利 4 3 混凝土耐久性