宮展蒙

(中鐵十二局集團(tuán)第四工程公司，陜西 西安 710021)

1 概述

鐵路客運(yùn)專線與普通鐵路相比，具有運(yùn)行速度高、設(shè)計(jì)使用年限久等特點(diǎn)，某鐵路客運(yùn)專線設(shè)計(jì)時(shí)速為250 km/h，設(shè)計(jì)使用年限為100年，因此對(duì)于建設(shè)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)都是從高從嚴(yán)要求，尤其對(duì)于結(jié)構(gòu)方面起主要作用的混凝土更是特別嚴(yán)格，從選材、配合比的設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量控制都相當(dāng)苛刻。

針對(duì)橋梁工程配筋密、間距小、外觀質(zhì)量要求高的特點(diǎn)，經(jīng)討論決定，采用粉煤灰及磨細(xì)礦渣粉雙摻的方法，配合使用高效聚羧酸減水劑，配置高耐久性，大流動(dòng)度，高坍落度保持的高性能混凝土[1-3]。

2 原材料

2.1 水泥

試驗(yàn)所用的水泥為強(qiáng)度等級(jí)42.5的硅酸鹽水泥，水泥主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 42.5型普通硅酸鹽水泥主要性能指標(biāo)

2.2 細(xì)骨料

配制砂漿用砂采用GB 178規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)砂。配制混凝土用砂為河砂，細(xì)度模數(shù)為 Mx=2.6，堆積密度為1.56 g/cm3，表觀密度為 2.60 g/cm3。

2.3 粗骨料

最大公稱粒徑為20 mm～40 mm，連續(xù)級(jí)配，表觀密度為2.66 g/cm3，堆積密度為 1.60 g/cm3。經(jīng)過(guò)人工沖洗，篩分為兩檔:細(xì)檔(≤10 mm)，粗檔(＞10 mm)。試驗(yàn)搭配分析研究，細(xì)檔與粗檔的比例為3∶7時(shí)，粗骨料的堆積密度最大。因此，試驗(yàn)中采用此搭配的粗骨料。

2.4 水

配制時(shí)采用自來(lái)水。

2.5 摻合料

試驗(yàn)中采用的摻合料主要有粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉、硅粉，具體化學(xué)成分見(jiàn)表2。

2.6 外加劑

外加劑品種有:萘系減水劑JM8;某建材公司聚羧酸高效減水劑SP8，某建材公司生產(chǎn)的聚羧酸類高效減水劑SX-C，SR3。

3 混凝土材料的選優(yōu)及配合比的設(shè)計(jì)

表2 摻合料的化學(xué)成分

3.1 配合比的對(duì)比分析

鐵道部于2005年頒布了《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》，依此作為本項(xiàng)目的技術(shù)準(zhǔn)則。文件中對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性指標(biāo)作了具體規(guī)定，對(duì)混凝土碳化指標(biāo)、電通量指標(biāo)、抗凍融及耐磨等指標(biāo)進(jìn)行了細(xì)化。遵照《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》和本工程的地理?xiàng)l件，對(duì)于本工程中所要求的高性能混凝土配合比，我們咨詢過(guò)多位專家，專家們進(jìn)行過(guò)詳盡的分析，提出解決方案。通過(guò)增加混凝土的密實(shí)度提高其抗?jié)B性能，減少拌和物中的堿含量和金屬鹽含量來(lái)降低其通電能力，在合理的范圍內(nèi)降低混凝土用水量來(lái)減少其毛細(xì)孔隙等。并推薦幾種方案，具體如下:

第一方案:應(yīng)用聚羧酸系列減水劑來(lái)提高混凝土性能。

第二方案:應(yīng)用萘系減水劑并摻加硅灰以提高混凝土性能。

第三方案:摻加應(yīng)用萘系減水劑并摻加專用防腐劑以提高混凝土耐腐蝕性能。

以上三種方案在鐵路客運(yùn)專線都有所應(yīng)用，表3列出了三種方案的配合比(以水下混凝土C30為例，單位:kg/m3)。

表3 三種方案配合比

3.2 混凝土試配情況

A0為不摻礦物摻合料的基準(zhǔn)混凝土，用以對(duì)比礦物摻合料對(duì)混凝土性能的影響。

從表4中可以看出，各組混凝土的初始坍落度基本都在16 cm～22 cm之間，但使用聚羧酸類減水劑拌制的混凝土初始坍落度在20 cm以上，而且表現(xiàn)出良好的坍落度保持性能。

A1，A2，A3，A4與A1對(duì)比可以看出，對(duì)于新拌混凝土摻合料的加入，對(duì)水泥顆粒起到潤(rùn)滑分散作用，更多的漿體游離出來(lái)，使骨料得到潤(rùn)滑并改善混凝土的和易性，最直觀的表現(xiàn)即混凝土坍落度的增加以及保水性和抗離析能力的增強(qiáng)。且摻入摻合料后，混凝土密實(shí)度得以提高，后期強(qiáng)度都比不摻摻合料的混凝土要大。

A0，A1，A2與A3，A4對(duì)比可以看出聚羧酸減水劑比傳統(tǒng)萘系減水劑具有更高的減水效果，膠材總量大大降低，并且對(duì)于坍落度的保持效果更好，A3，A4兩組1 h后混凝土的施工性能明顯下降，已經(jīng)不能滿足泵送要求，配合比單方用水量較多，它們的后期強(qiáng)度也比較低，會(huì)大大提高混凝土的電通量，對(duì)耐久性能影響較大。

表4 試配情況表

對(duì)比A1與A2可以看出聚羧酸減水劑配制的混凝土，1 h混凝土坍落度仍保持在20 cm左右，而后期強(qiáng)度比其他組高。在保證混凝土密實(shí)的條件下，膠材的減少不僅節(jié)約了混凝土的成本，更有助于混凝土整體耐久性的提高。

對(duì)A1，A2，A3，A4進(jìn)行耐久性試驗(yàn)研究。

3.3 混凝土耐久性研究

3.3.1 抗?jié)B性

根據(jù)規(guī)定，成型了的混凝土抗?jié)B試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)56 d后進(jìn)行了抗?jié)B性試驗(yàn)。在試驗(yàn)水壓從0.1 MPa開(kāi)始，每隔8 h增加水壓0.1 MPa，加壓到3.0 MPa，并恒壓8 h后，發(fā)現(xiàn)四組配合比的混凝土均無(wú)透水現(xiàn)象，表明各組的混凝土抗?jié)B壓力大于3 MPa。劈開(kāi)后，測(cè)量各配比混凝土的滲水高度，結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖1中可以看出，4組的滲水高度都小于30 mm，A3，A4滲水高度在18 mm～26 mm之間，而A1，A2都在15 mm以下，這是因?yàn)榫埕人釡p水劑減水率高，用水量少，混凝土更加密實(shí)。A1較A2具有更好的抗?jié)B性能，A1的滲水高度在12 mm以下，能夠滿足特殊環(huán)境下抗?jié)B混凝土的配制。

3.3.2 干燥收縮

混凝土的干燥收縮試件采用100 mm×100 mm×515 mm標(biāo)準(zhǔn)試件，按標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)及檢測(cè)。但在1 d脫模后，測(cè)試其初始長(zhǎng)度。收縮率為同組三個(gè)試件的平均值。結(jié)果見(jiàn)表5和圖2。

表5 各組混凝土的干縮性能

圖2 不同配合比的干縮曲線

表5和圖2給出了不同齡期下不同配合比的混凝土的干燥收縮率。從中可以看到，采用萘系減水劑的混凝土收縮率較大，這是因?yàn)槟z材用量大，單方用水量大都會(huì)使混凝土的收縮性能變大，A1較A2具有更好的抗收縮性能。

3.3.3 抗硫酸鹽侵蝕

配制濃度為10%的硫酸鈉溶液，將測(cè)試試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后取出，浸入清水以及上述溶液中，要求液面高出試件上表面20 mm，溶液溫度保持在(20±3)℃。90 d后取出試件，用清水沖洗其表面，然后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中2 d，取出測(cè)定強(qiáng)度值。不同配合比混凝土抗硫酸鹽侵蝕結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 混凝土在不同介質(zhì)中浸泡3個(gè)月后的強(qiáng)度變化

從表6的數(shù)據(jù)中可以看出，各組混凝土在硫酸鈉溶液中浸泡后，強(qiáng)度均比在清水中浸泡的混凝土強(qiáng)度低，但使用聚羧酸減水劑的A1，A2兩組，混凝土強(qiáng)度損失率更小，僅為0.5%和2.6%。膠凝材料用量的降低，以及活性摻合料的使用，都降低了C3A相對(duì)于硅酸鹽水泥的含量，同時(shí)混凝土密實(shí)度的提高控制了硫酸鹽離子往混凝土中的侵入，因而A1混凝土表現(xiàn)出更好的抗硫酸鹽侵蝕能力。

3.3.4 抗凍融能力

根據(jù)規(guī)定，采用快凍法對(duì)混凝土進(jìn)行了抗凍性試驗(yàn)，凍融循環(huán)300次后的試件重量及動(dòng)彈性模量結(jié)果見(jiàn)表7，表8。

表7 各組混凝土經(jīng)300次凍融循環(huán)后試件平均重量的變化 kg

表8 各組混凝土經(jīng)300次凍融循環(huán)后動(dòng)彈性模量的變化 GPa

從表8可以看出，不同配合比的混凝土都表現(xiàn)出良好的抗凍融循環(huán)能力，活性摻合料的加入細(xì)化了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使水分難以滲入混凝土試件內(nèi)部。A1仍然表現(xiàn)出了最好的抗凍融性能。

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出按A1配合比配制的混凝土表現(xiàn)出了最好的混凝土新拌性能、可施工性能、力學(xué)性能和耐久性能，并且在C35，C40，C45，C50混凝土中優(yōu)越性更大。因此選擇摻加礦物摻合料和某建筑材料有限公司生產(chǎn)的高效聚羧酸減水劑配制高性能混凝土。

4 綜合性價(jià)比分析

根據(jù)工地所在地的材料，對(duì)三種方案進(jìn)行造價(jià)分析:

水泥350元/t、粉煤灰180元/t、礦粉260元/t、硅粉500元/t、砂30元/t、碎石 45元/t、JM8減水劑 3 800元/t、SP8減水劑7 800元/t、聚羧酸減水劑7 500元/t、防腐劑3 000元/t。

以上述C30混凝土每立方米為例對(duì)三種方案造價(jià)列表9。

表9 三種方案造價(jià)比較

5 結(jié)語(yǔ)

1)使用聚羧酸減水劑拌制的混凝土，具有更好的坍落度保持能力;摻合料的使用提高了混凝土的和易性并增強(qiáng)了混凝土后期強(qiáng)度。2)使用聚羧酸減水劑，降低了膠凝材料總量，混凝土仍具有較大的坍落度及強(qiáng)度和高耐久性。3)使用方案1和聚羧酸減水劑獲得了最大的經(jīng)濟(jì)效益，大大降低了總造價(jià)。

[1] 吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中國(guó)鐵路出版社，1998.

[2] 陳肇元，朱金銓，吳佩剛.高強(qiáng)混凝土及其應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，1992.

[3] 孫振平，蔣正武，金慧忠，等.聚羧酸系減水劑在鋼管混凝土橋拱施工中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)，2009(2):31-35.

[4] 郭延輝，郭京育.聚羧酸系高性能減水劑及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005:216-222.