摘要：結(jié)合鐵路施工中設(shè)計(jì)重載鐵路高性能配合比的過(guò)程，得出對(duì)于重載鐵路高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)不僅要采用優(yōu)質(zhì)的原材料，而且要運(yùn)用添加高效外加劑以及足夠數(shù)量的摻和料的方法，從而設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足耐久性及其他工作性能的高性能混凝土。

關(guān)鍵詞：重載鐵路；混凝土；配合比；耐久性

引言

新建山西中南部鐵路通道19標(biāo)（DK1049+400-DK1133+900），為正線雙線，設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值采用120km/h，世界上第一條按30噸重載鐵路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的鐵路。主要工程為橋涵隧對(duì)于高性能混凝土需求量大質(zhì)量要求嚴(yán)，在配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要嚴(yán)控原材料質(zhì)量還要做好配合比選定工作。本文以此重載鐵路中大量用到的C30高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)工作為例進(jìn)行闡述。

1.配合比設(shè)計(jì)參數(shù)

在《高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（CECS207-2006）對(duì)高性能混凝土定義為：采用常規(guī)材料和工藝生產(chǎn)，具有混凝土結(jié)構(gòu)所要求各項(xiàng)力學(xué)性能，具有高耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性的混凝土。就重載鐵路高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，主要是以混凝土的耐久性以及結(jié)構(gòu)物的使用期限等作為依據(jù)的，本重載鐵路的主體結(jié)構(gòu)混凝土的耐久性設(shè)計(jì)壽命為100年，C30高性能混凝土使用部位為墩身、臺(tái)身、托盤(pán)、基礎(chǔ)、承臺(tái)、二襯、洞口工程等部位。設(shè)計(jì)環(huán)境作用等級(jí)為T(mén)1、T2，原材料已檢驗(yàn)合格此處不再贅述?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1

2.確定試配強(qiáng)度（fcu，0）

2.1根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）和《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10424-2010）的要求，其中JGJ55-2011自2011年12月1日起實(shí)施增加并突出了混凝土耐久性的規(guī)定，混凝土試配強(qiáng)度采用下式確定：

fcu，0≥fcu，k+1.645σ

=30+1.645×5.0

=38.2（MPa）

式中：fcu，0——混凝土配制強(qiáng)度（MPa）；

fcu，k——混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）；

σ ——混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（MPa），取5.0。

2.2混凝土配制強(qiáng)度對(duì)生產(chǎn)施工的混凝土強(qiáng)度應(yīng)具有充分的保證率，對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)小于C60的混凝土，實(shí)踐證明傳統(tǒng)的計(jì)算公式是合理的?；炷翉?qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ的取值與目前實(shí)際控制水平比較是偏于安全的，也與國(guó)際上提高安全性的總體趨勢(shì)是一致的。

3.確定1m3混凝土各項(xiàng)材料的單位用量

3.1執(zhí)行JGJ55-2011標(biāo)準(zhǔn)后新調(diào)整的回歸系數(shù)與老規(guī)范的規(guī)定不一樣，此次調(diào)整也是為了使混凝土水膠比計(jì)算公式更符合實(shí)際情況以及普遍摻加粉煤灰和粒化高爐礦渣等礦物摻和料的技術(shù)發(fā)展情況下進(jìn)行的調(diào)整。根據(jù)《鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南》（鐵建設(shè)[2010]241號(hào)）表6.5.2-2的要求，設(shè)計(jì)使用年限100年最大膠凝材料用量為400kg/m3。按《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）確定水膠比W/B=（αa×fb）/（fcu，0+αa×αb×fb）=（0.53×39.4）/（38.2+0.53×0.20×39.4）=0.49，式中αa、αb回歸系數(shù)（碎石采用0.53、0.20）。fb=γf×fce=0.80×42.5×1.16=39.4：本項(xiàng)目采用淄博雙鳳山水普通硅酸鹽水泥等級(jí)為42.5，水泥富余系數(shù)取1.16，粉煤灰影響系數(shù)取0.80。經(jīng)前期試驗(yàn)，水膠比取0.434，取較小的水膠比可以提高混凝土的密實(shí)性從而使其有較好的強(qiáng)度和抗?jié)B抗凍性能，耐久性也相應(yīng)提高。

3.2確定單位用水量

采用聚羧酸系高效減水劑可以大幅度提高混凝土的早期、后期強(qiáng)度，具有摻量低，減水率高，收縮小，氯離子含量低、堿含量低的特點(diǎn)，有利于提高混凝土的耐久性，可用更多的礦渣或粉煤灰取代水泥，從而降低成本。根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）表5.2.1-2和試驗(yàn)確定不摻減水劑時(shí)用水量225 kg/m3，摻外加劑用水量經(jīng)試驗(yàn)確定為165 kg/m3（外加劑采用山東華偉的NOF-AS標(biāo)準(zhǔn)型聚羧酸系高性能減水劑）。

3.3確定膠凝材料用量

膠凝材料如果用量太少，水膠比大則漿體太稀，黏度不足，混凝土容易離析，水膠比小則漿體不足，混凝土中骨料量相對(duì)過(guò)多，兩種情況都對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性不利。根據(jù)《鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南 》鐵建設(shè)[2010]241號(hào)規(guī)定，C30混凝土膠凝材料最大用量宜為400 kg/m3。為提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能，在混凝土中摻入適宜的粉煤灰、礦渣粉或硅灰等礦物摻合料，粉煤灰摻量取26.3%。本項(xiàng)目粉煤灰為中國(guó)華電章丘發(fā)電責(zé)任有限公司生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，摻加粉煤灰后不僅節(jié)約了成本還可以顯著提高混凝土的耐久性，適合本重載鐵路的實(shí)際要求。

mb0=mw0/（W/B）=165/0.434=380kg/m3；

mc0=380×（1-26.3%）=280 kg/m3；

mf0=380×26.3%=100kg/m3。

3.4確定砂率

砂率對(duì)混凝土拌合物性能影響較大，可調(diào)整范圍略寬，也關(guān)系到材料成本。在選擇砂率時(shí)可以根據(jù)規(guī)范初步選取，在試配過(guò)程中調(diào)整以確定合理砂率。根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）表5.4.2和試驗(yàn)調(diào)整，砂率取44%。

3.5確定粗骨料和細(xì)骨料用量

采用質(zhì)量法計(jì)算混凝土配合比，粗細(xì)骨料按下式計(jì)算：

mf0+mc0+mg0+ms0+mw0=mcp

βs=ms0/（mg0+ms0）×100%

mg0—計(jì)算配合比每立方米混凝土的粗骨料用量（kg/m3）

ms0—計(jì)算配合比每立方米混凝土的細(xì)骨料用量（kg/m3）

mcp—每立方米混凝土拌合物的假定質(zhì)量（kg），可取2350 kg/m3～2450 kg/m3。

假定混凝土拌合物的為2370 kg/m3

280 kg/m3+100 kg/m3+ mg0+ms0+165=2370 kg/m3

ms0/（mg0+ms0）=44%

得：ms0=803kg/m3，mg0=1022 kg/m3（5-16mm：16-31.5mm=715：307）

3.6每立方米混凝土外加劑用量：

外加劑摻量是膠凝總量的1%，故外加劑用量ma0=3.80

3.7根據(jù)上述計(jì)算，確定試配用理論配合比為：

C：F：S：G：W：WJJ= 280：100：803：1022：165：3.8

3.8混凝土漿體體積：（280+100+165）/2350=0.23≤0.32

4.試配及調(diào)整

根據(jù)上述試配理論配合比進(jìn)行配比優(yōu)化和組合，另外兩個(gè)配合比的水膠比分別增加和減少0.05，砂率分別增加或減少1%。確定兩個(gè)相近的配合比。

C30-2配合比C：F：S：G：W：WJJ =251：90：839：1025：165：3.41

C30-3配合比C：F：S：G：W：WJJ =317：113：763：1012：165：4.30

根據(jù)上述情況，確定C30混凝土初步配合比見(jiàn)表2

5.高性能混凝土試配及拌合物性能

對(duì)表1各配合比進(jìn)行混凝土拌合物性能試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，相應(yīng)混凝土配合比的拌合物性能結(jié)果見(jiàn)表3

6.高性能混凝土力學(xué)性能及耐久性能

按上述配合比進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)（3d、7d、28d、56d）、耐久性能（56d電通量）試驗(yàn)以及抗裂性，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4

7.混凝土理論配合比確定

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，按照工作性能優(yōu)良、強(qiáng)度和耐久性滿(mǎn)足要求、經(jīng)濟(jì)合理的原則，選用編號(hào)C30-1配合比作為試驗(yàn)室理論配合比。采用工程實(shí)際使用原材料和攪拌方式攪拌的混凝土實(shí)測(cè)表觀密度平均值為2350 kg/m3，計(jì)算表觀密度為2370 kg/m3，（2370-2350）/2370=0.8%，因小于計(jì)算值表觀密度的2%，所以該配合比不需要校正。

8.混凝土中有害物質(zhì)含量計(jì)算

8.1每方混凝土總堿量計(jì)算表：

8.2每方混凝土引入的氯離子總含量計(jì)算表：

8.3每方混凝土三氧化硫總含量計(jì)算表：

9.結(jié)語(yǔ)

采用該配合比的高性能混凝土已生產(chǎn)20多萬(wàn)方，經(jīng)過(guò)多次自檢、監(jiān)理及第三方檢測(cè)無(wú)論外觀還是強(qiáng)度耐久性均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析此次重載鐵路高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)比較成功的，對(duì)今后重載鐵路高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。重載鐵路高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：即采用低水膠比，盡量降低混凝土單位用水量，選用高性能減水劑，摻入較多的摻合料，以減少水泥用量，減少混凝土內(nèi)部孔隙率，減少體積收縮，提高混凝土耐久性。

參考文獻(xiàn)：

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[3]TB10424-2010.鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn).中國(guó)鐵道出版社.2011

[4]鐵建設(shè)[2010]241號(hào).鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南.中國(guó)鐵道出版社.2010