铁路高性能混凝土配合比设计

试验研究　全长５７３７．７３ｍ的ＣＲＴＳ　Ｉ无砟轨道板铺设和ＤＩＫ４１７＋　８ｏＯ～ＤＩＫ４２８＋７２３．７８段全长１０．９２３７８ｋｍ的ＣＲＴＳⅡ型　粉等。　优质的粉煤灰颗粒比水泥还小，且表面呈现玻璃体　球形状态。作为混凝土的掺合料，粉煤灰不但可以降低　混凝土用水量，增加混凝土拌和物的和易性，而且可以　降低混凝土早期水化热，增加混凝土的后期强度。　磨细矿渣粉的活性要比粉煤灰高，具有很高的火山　板无砟轨道板铺设。四座特大桥分别为黄河南引特大桥、　跨济兖公路特大桥、跨济兖公路１号特大桥、跨济兖公　路２号特大桥。桩基施工摩擦桩采用旋挖机钻孔施工，　柱桩采用冲击钻钻孔施工；承台有水部位采用钢板桩支　护后开挖施工，无水部位采用放坡开挖施工；墩台采用　灰效应，掺人后可改善混凝土硬化后的孔结构和强度，　其细度要比粉煤灰还小，有着很大的比表面积，可以填　充粉煤灰间的空隙，改变混凝土的流变性能，增加混凝　土密实度，提高自密实混凝土强度和耐久性，尤其是使　无拉杆式定型钢模整体浇筑；现浇简支箱梁根据现场情　况采用移动模架、支架法浇筑；连续梁根据设计采用挂　篮悬灌法和支架法施工；钢箱系杆拱桥采用原位支架拼　装法施工。四座特大桥主要工程量如下：１１孔２０ｍ现　浇双线简支箱梁、２５孔２４ｍ现浇双线简支箱梁、３１９孔　３２ｍ现浇双线简支箱梁、１孔２５．６２ｍ现浇异形双线简　支箱梁、１孔２５．８９ｍ现浇异形双线简支箱梁、在　ＤＩＫ４２１＋５９４＇５０处上跨济兖公路辅道，设计采用２—　９６ｍ的四线下承式简支钢箱系杆拱桥，一联（４０＋５６＋　４０）ｍ、两联（４０＋６４＋４０）ｌＴｌ双线连续箱梁，两联（４０＋　６４＋４０）ｍ、一联（４８＋８０＋４８）ｍ单线连续箱梁。　罗而庄隧道为双线隧道，起讫里程为ＤＩＫ４２７＋　９６５～ＤＩＫ４２８＋５６０，全长５９５ｍ。　本工程施工的Ｃ３０、Ｃ３５灌注桩，Ｃ３０承台，Ｃ３０、　Ｃ３５墩身，Ｃ４０支承垫石的及Ｃ５０、Ｃ５５现浇箱梁、连续　梁等均属于高性能混凝土。　３配合比设计注意事项　３．１原材料选择　原材料的选择对高性能混凝土是十分重要的，要想　提升混凝土的耐久性、可施工性、适用性等，使之达到　高性能，就必须选择优质的原材料。　３．１．１粗细骨料　粗骨料宜选用级配合理、粒形好、针片状颗粒含量　少、松散堆积密度大于］５００ｋｇ／ｍ３、表观密度不小于　２６５０ｋｇ／ｍ３的洁净碎石，最大粒径不宜超过钢筋混凝土　保护层厚度的２／３，且不得超过钢筋最小间距的３／４。配　制强度等级Ｃ５０及以上预应力混凝土时，粗骨料最大粒　径不应大于２５　ｍｍ。　细骨料宜选用级配良好、吸水率低、孔隙率小、洁　净的中粗砂，宜选细度模数在２．６～３．０的河砂。配制自　密实混凝土时宜选细度模数在２．２～２．６的河砂。　３．１．２掺合料　掺合料是高性能混凝土不可缺少的组成材料之一，　掺用的目的是利用其物理效应、填充效应和火山灰效应　来提高混凝土施工性，增强硬化混凝土耐久性，降低混　凝土早期水化温升。常用的掺合料有粉煤灰、磨细矿渣　混凝土的抗化学侵蚀能力得到了很大的提高。　３．１．３减水剂　目前在客运专线中使用的聚羧酸高性能减水剂，其　减水率在２５　以上。聚羧酸高性能减水剂是一种复合性　减水剂，具有减水、引气、缓凝和保坍的作用。因此聚　羧酸高性能减水剂是配置高性能混凝土成功与否的　关键。　３．２配合比设计原则　高性能混凝土配合比设计，首先应考虑适量掺用优　质粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺合料；其次是混凝土的胶　凝材料用量及水胶比，Ｃ３０及以下混凝土的胶凝材料总　量不宜高于４００ｋｇ／ｍ３，Ｃ３５～Ｃ４０　昆凝土不宜高于　４５０ｋｇ／ｍ３，Ｃ５０及以上混凝土不宜高于５ＯＯｋｇ／ｍ３，最低　胶凝材料用量根据不同的环境条件、作用等级及设计使　用年限进行确定；再次是控制混凝土中的有害物质——　碱含量和氯离子；最后是考虑混凝土的施工工艺。　４配合比设计及应用　京沪高速铁路是我国自行修建的世界一流的高速铁　路，设计时速３５０ｋｍ／ｈ。水电十一局有限公司施工的济　南区段有２９８片混凝土现浇箱梁，五个大跨度现浇混凝　土连续梁。由于工期紧，施工量大，对配合比进行了设　计及优化。　４．１混凝土技术要求　根据设计图纸及规范，箱梁的混凝土技术要求为：　环境作用条件等级为Ｔ２，２８ｄ抗压强度Ｃ５０，弹性模　量≥３．５５×ｌＯ　ＭＰａ，５６ｄ龄期冻融次数为≥２００次，抗渗　≥Ｐ２０，电通量≥１０００Ｃ，设计使用年限为１００年，所以　该铁路以耐久性为主要设计控制指标。　４．２混凝土配合比计算　４．２．１　混凝土配置强度的计算　考虑混凝土采用现场拌和站集中搅拌，混凝土强度　标准差口取５．５。　水泥选用山东平阴山水水泥有限公司生产的４２．５普　・　７５・　水利水电施工　２０１　１・第５期　总第１２８期　通硅酸盐水泥。　表２　混凝土拌和物性能　按照《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》　配合比编号　坍落度（ｒａｍ）　扩展度（ｎｌｍ）　含气量（％）　泌水　Ａ　Ｂ　（科技基￣２００４３　１２０号）要求，水胶比不宜大于０．３５，　所以取０．３２、０．２９进行试配。（为使现浇梁３～５ｄ能进行　初张拉，根据试配强度结果，最终选择的水胶比　为０．２９。）　２１５　２１０　５５０　５００　３．８　３．８　无　无　Ｃ　２０５　５００　３．６　无　４．２．２混凝土砂率及粗骨料级配的确定　４．２．５混凝土有害物含量分析　根据《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁　采用最优砂率法，根据混凝土粗骨料的孔隙率试验　确定混凝土的砂率，粗骨料的级配由不同比例最大容重　法确定。本标段粗骨料为粒径５～１０ｍｍ和１０￣２０ｍｍ的　人工碎石，细骨料为河砂。通过上述方法确定初步试拌　砂率为３８　。　建设（２００５３　１６０号），铁路高性能混凝土有害物含量计　算如下：　混凝土总碱含量一水泥用量×水泥碱含量＋粉煤灰用量　×１／６×粉煤灰碱含量＋矿渣粉用量　×１／２×矿渣粉碱含量＋外加剂用量　×外加剂碱含量＋用水量×水的碱含量　混凝土总氯离子含量一水泥用量×水泥氯离子含量　＋粉煤灰用量×粉煤灰氯离子含量　＋矿渣粉用量×矿渣粉氯离子含量　＋外加剂用量￣＃ｌ－）Ｊｎ剂氯离子含量　＋用水量×水的氯离子含量　＋细骨料的用量　４．２．３混凝土原材料单位用量计算　混凝土单方材料计算有体积法和容重法，本配合比　采用假定容重法进行计算。　４．２．４施工配合比　考虑混凝土水化热及耐久性技术要求，矿物掺合料　采用粉煤灰和矿渣粉双掺的方式，同时为了保证冬季施　工，掺合料选择了不同的掺量，最终配合比见表１，混凝　土拌和物性能见表２，混凝土硬化后指标检测见表３。　表１　施工配合比　配合比　水泥　细骨料　粗骨料　水　粉煤灰　矿渣粉　外加剂　编号　（ｋｇ）　（ｋｇ）　（ｋｇ）　（ｋｇ）　（ｋｇ）　（ｋｇ）　（ｋｇ）　Ａ　Ｂ　×细骨料氯离子含量　＋粗骨料的用量　３４８　３９７　６５３　６５３　ｌＯ６６　１０６６　１４４　１４４　７４　５０　７４　５０　４．９６　５．４６７　×粗骨料的氯离子含量　Ｃ　４４７　６５３　１０６６　１４４　２５　２５　６．９５８　经计算，该Ｃ５０高性能混凝土配合比中编号为１的配　表３　配合比　编号　Ａ　Ｂ　Ｃ　混凝土硬化后检测指标　抗压强度（ＭＰａ）　压缩弹性模量（ＧＰａ）　５６ｄ电通　７ｄ　４０．２　４２．６　３８．０　２８ｄ抗冻性　３ｄ　４Ｏ．０　４３．Ｏ　４６．１　７ｄ　５７．７　５８．８　５８．０　２８ｄ　６５．４　６９．７　６５。０　２８ｄ　４４．８　４４．０　４３．８　５６ｄ抗裂性　５６ｄ抗渗性　量（Ｃ）　质量损失率（　）　相对动弹性模量（　）　５８５　５０７　５４１　１．５　１．２　１．３　８２．３　８７．６　８９．９　无裂纹　无裂纹　无裂纹　＞Ｐ２Ｏ　＞Ｐ２０　＞Ｐ２Ｏ　．　．－　ｙ—　．＾　龄期（ｄ１　１　５　９　ｌ３　ｌ７　２１　２５　２９　３３　３７　４ｌ　４５　４９　５３　５７　６ｌ　６５　６９　７３　７７　８１　８５　８９　９３　图１　配合比Ａ初张拉强度与龄期分析　・７６・　试验研究　气　／　入　八　—、－／Ｊ　ｈ——　Ｖ　√　一一　一Ｖ　鲁ｅ赵隈　皇一　孵　∞　如　∞　如　加　０　∞　如　∞　如　加　ｍ　０　▲．　ｙ　八……．．　ｖ　．人．　’　Ｙ　１．＿一　’’’’　’’　’　龄期（ｄ）　图２配合比Ｂ初张拉强度与龄期分析　＿＾．／、．｜　Ｈ．～＾．－－Ｊ．翻　Ｊ｜Ｉ　．．－　－ｌ１．－＿．＿　▲●　Ａ●．●　‘▲．…．．．．．．．．．．．．．．　ｋ・—◆　．Ｌ．　．　▲　．　．．　ｒ　Ｈ　………………　Ｈ　’－　＿．●　１７　１９　２１　２３　２５　２７　２９　３１　３３　３５　３７　３９　４ｌ　４３　４５　４７　４９　５１　５３　龄期（ｄ】　图３配合比Ｃ初张拉强度与龄期分析　合比混凝土总碱含量为２．４２ｋｇ／ｍ３；混凝土总氯离子含　量为０．１ｌ６ｋｇ／ｍ３，占胶凝材料的百分比为０．０２３　。编　５结束语　号为２的配合比混凝土总碱含量为２．５６ｋｇ／ｍ３；混凝土　总氯离子含量为０．１２１ｋｇ／ｍ３，占胶凝材料的百分比为　通过对京沪高铁三标段灌注桩、承台、墩身、现浇　０．０２４　。编号为３的配合比混凝土总碱含量为２．７１ｋｇ／　梁等高性能混凝土配合比室内设计及现场质量控制，发　ｍ３；混凝土总氯离子含量为０．１２７ｋｇ／ｍ３，占胶凝材料的　现影响混凝土强度的主要因素为水灰比、水泥用量、砂　百分比为０．０２６　。　率、外加剂掺量，其重要顺序依次为：水泥的用量一外　４．２．６　Ｃ５０现浇梁现场强度分析　加剂的掺量一水灰比一砂率。另外还有耐久性，要使混　从图１～图３中可以看出配合比早期强度Ｂ优于Ａ、　凝土获得很好的耐久性，抵抗化学侵蚀，掺加磨细优质　Ｃ优于Ｂ。　矿渣粉是必不可少的。矿渣粉粒径小，填充了混凝土内　２８ｄ龄期标准养护试件强度平均值，配合比Ａ为　部微小空隙，使混凝土更加密实，增加了混凝土对外界　５７．１ＭＰａ，配合比Ｂ为５９．７ＭＰａ，配合比Ｃ为５７．６ＭＰａ。　环境侵蚀的抵抗能力。　从２８ｄ标准养护试件平均强度来看，配合比Ｂ的后期强　以上影响混凝土强度因素的规律符合混凝土的强度　度要略高于配合比Ａ和Ｂ。这就说明水泥用量增加可以　理论，在水泥强度和其他条件一定的情况下，混凝土的　提高混凝土强度，但是有一个合理的范围，到达这个范　强度随着水泥用量的提高而增加，但是由于受到水泥强　围后再想提高混凝土的强度就只能借助于掺合料和外　度的，混凝土的强度只能达到一个合理的强度值。　加剂。　因此，混凝土的强度要进一步提高，掺加混凝土高效减　可以看出，根据不同的龄期强度要求，使用不同的　水剂是一种有效的方法。由于水灰比受到水泥用量的影　配合比，对工程的进度乃至成本十分重要。　响，在此降为次要因素。　・７７　・