潘 飛

(中鐵九局集團(tuán)工程檢測(cè)試驗(yàn)有限公司，遼寧省沈陽(yáng)市 110020)

鐵路工程高性能混凝土配比設(shè)計(jì)方案研究

潘 飛

(中鐵九局集團(tuán)工程檢測(cè)試驗(yàn)有限公司，遼寧省沈陽(yáng)市 110020)

文章結(jié)合長(zhǎng)昆動(dòng)右云桂動(dòng)左線黑龍?zhí)短卮髽蚬こ虒?shí)例，對(duì)墩身部分高性能混凝土配比設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題展開了分析，研究了配比原料的基本要求以及關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算，給出了三組配比試驗(yàn)方案，并通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)對(duì)比，得出了最佳的配比方案。

鐵路工程；高性能混凝土；配比方案；設(shè)計(jì)

由于鐵路工程承擔(dān)著鐵路運(yùn)輸安全性與穩(wěn)定性的重任，因此在鐵路工程建設(shè)中，混凝土需要具備特殊的力學(xué)性能，同時(shí)在耐久性方面也有嚴(yán)格要求。特別是對(duì)箱梁部分而言，作為鐵路工程的承重基礎(chǔ)，箱梁施工中所使用的高性能混凝土配合比應(yīng)當(dāng)在遵循現(xiàn)行鐵路工程標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上，通過(guò)對(duì)比工作性能、力學(xué)性能、耐久性能的方式確定。除此以外，配合比設(shè)計(jì)方案中還需要對(duì)混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)，最大水膠比，最小水泥用量等進(jìn)行限制，盡可能的減少膠凝材料中的水泥使用量。基于上述要求，本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)高性能混凝土配比設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析探討。

1 工程概況

本工程為長(zhǎng)昆動(dòng)右云桂動(dòng)左線黑龍?zhí)短卮髽蚬こ?。工程現(xiàn)場(chǎng)位于地方梁王路東側(cè)，施工起訖里程HYD1K1+687.219～HYD1K3+48.083，橋梁全長(zhǎng)1360.819 m。墩臺(tái)共計(jì)44個(gè)，其中C30砼工程量為9742.9m3,主要承重結(jié)構(gòu)按100年使用要求設(shè)計(jì)，梁部、墩身及基礎(chǔ)混凝土要滿足耐久性和安全性要求。本工程中墩身部分混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度按照C30等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，坍落度要求滿足160.0～200.0mm要求。

2 原料要求

1）水泥原料：標(biāo)號(hào)為：P·O42.5，實(shí)測(cè)密度為：3.04g/cm3，原料產(chǎn)地為：紅獅控股集團(tuán)宜良紅獅水泥有限公司；

2）機(jī)制砂原料：標(biāo)準(zhǔn)為：中砂，細(xì)度模數(shù)實(shí)測(cè)為：2.6，實(shí)測(cè)密度為：2680kg/m3，原料產(chǎn)地為：昆明如宏建材有限公司；

3）碎石原料：粒徑標(biāo)準(zhǔn)為：5-20mm，級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)為：40.0%比例為粒徑5.0～10mm＋60.0%比例為粒徑 10.0～20mm，實(shí)測(cè)密度為：2700kg/m3，原料產(chǎn)地為：昆明經(jīng)開區(qū)洛羊秋木箐砂石場(chǎng)；

4）水原料：來(lái)源為：地下水，實(shí)測(cè)密度為1000kg/m3；

5）粉煤灰：標(biāo)準(zhǔn)為：F類，實(shí)測(cè)密度為：2.26g/cm3，原料產(chǎn)地為：昆明環(huán)恒粉煤灰有限責(zé)任公司；

6）外加劑：標(biāo)準(zhǔn)為：緩凝型聚羧酸減水劑，實(shí)測(cè)密度為：1.029g/cm3，原料產(chǎn)地為：山西凱迪建材有限公司；

3 配合比設(shè)計(jì)分析

1）配合比設(shè)計(jì)原則：結(jié)合本工程實(shí)際特點(diǎn)，在對(duì)高性能混凝土配比方案進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須滿足以下幾個(gè)方面的原則與要求：第一，需要盡量減少水泥使用量，以降低混凝土內(nèi)部溫升，減少早期收縮，提高配合混凝土彈性模量以及體積穩(wěn)定性；第二，通過(guò)摻入減水劑外加劑的方式，降低混凝土水膠比，以確保混凝土強(qiáng)度為前提，提高其施工性能與水平。同時(shí)，在減水劑使用量的設(shè)計(jì)方面，需要對(duì)摻入量進(jìn)行合理調(diào)整，以滿足最佳施工性能，同時(shí)還需要對(duì)摻入總量進(jìn)行嚴(yán)格控制，以免造成過(guò)大坍落度損失，影響后續(xù)施工。

遵循以上原則，在配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中需要由現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)室負(fù)責(zé)核對(duì)供應(yīng)商提供的水泥熟料的化學(xué)成分和礦物組成、混合材種類和數(shù)量等資料，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求，初步選定混凝土的水泥礦物摻合料、骨料、外加劑、拌合水的品種以及水膠比、膠凝材料總用量、礦物摻臺(tái)料和外加劑的摻量。在此基礎(chǔ)之上，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整混凝土外加劑用量或砂率，調(diào)配出塌落度、含氣量、泌水率符合要求的混凝土配合比。改變基準(zhǔn)配合比的水膠比、膠凝材料用鼉、礦物佟臺(tái)料摻量或砂率等參數(shù)。調(diào)配出拌合物性能與要求值基本接近的配合比方案，一般情況下需要提供 3～5個(gè)配合比方案然后進(jìn)行驗(yàn)證。

2）配比參數(shù)設(shè)計(jì)：

第一，對(duì)混凝土配制強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，配制強(qiáng)度需滿足以下要求：

cu，0≥(cu，k+ 1.645σ)該式中，σ為標(biāo)準(zhǔn)差，取值為5.0MPa，故經(jīng)計(jì)算得到配制強(qiáng)度為38.2MPa；

第二，對(duì)水膠比進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)粉煤灰摻量為30.0%，根據(jù)56天抗壓齡期分別取影響系數(shù)γf=0.75，回歸系數(shù)αa=0.53、αb=0.20，水泥 28d 膠砂抗壓強(qiáng)度 ?ce=47.6MPa，膠凝材料28d 膠砂抗壓強(qiáng)度?b=γfce=35.7MPa，水膠比W/B=（αab）/（ ?CU,0+αaαbb）=0.45，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取W/B=0.45；

第三，對(duì)用水量進(jìn)行計(jì)算，需要根據(jù)混凝土坍落度要求、骨料、外加劑減水率、含氣量、及膠凝材料的減水作用等經(jīng)驗(yàn)確定單位用水量，為164.0kg；

第四，對(duì)膠材用量進(jìn)行計(jì)算，具體方法為根據(jù)單位用水量164.0kg/0.45，計(jì)算得到膠材用量為364.0kg；

第五，對(duì)粉煤灰用量進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)前一步驟中所計(jì)算得到的膠材用量標(biāo)準(zhǔn)，按照設(shè)計(jì)粉煤灰摻量為30.0%，計(jì)算得到粉煤灰用量為109.0kg；

第六，對(duì)水泥用量進(jìn)行計(jì)算，水泥用量為膠材用量－粉煤灰用量。根據(jù)前面數(shù)據(jù)，計(jì)算得到其用量為255.0kg；

第七，對(duì)外加劑用量進(jìn)行計(jì)算，即按照膠凝材料用量的 1.2%計(jì)算，數(shù)據(jù)為4.37kg；

第八，對(duì)砂石用量進(jìn)行計(jì)算，假定混凝土總?cè)萘繛?360.0kg（包括水泥用量、粉煤灰用量、砂子用量、碎石用量、以及水用量在內(nèi)），按照45.0%計(jì)算砂率，可得到砂子用量為824.0kg，碎石用量為1008.0kg。

3）配比設(shè)計(jì)方案：

A方案：W/B=0.44，具體配比標(biāo)準(zhǔn)為：1（C）:0.43（F）:2.99（S）:3.81（G）:0.61（W1）:0.017（WJ）；

B方案：W/B=0.46，具體配比標(biāo)準(zhǔn)為：1（C）:0.43（F）:3.23（S）:3.95（G）:0.64（W1）:0.017（WJ）；

C方案：W/B=0.48，具體配比標(biāo)準(zhǔn)為：1（C）:0.43（F）:3.48（S）:4.09（G）:0.67（W1）:0.017（WJ）；

3）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

第一，要求配比混凝土坍落度控制在180.0mm～220.0mm范圍內(nèi)；

第二，要求配比混凝土初凝時(shí)間控制在6.0h～8.0h范圍內(nèi)；

第三，要求配比混凝土含氣量控制在2.0%～4.0%范圍內(nèi)；

第四，要求混凝土終凝時(shí)間控制在10.0h～12.0h范圍內(nèi)；

第五，要求配比混凝土長(zhǎng)期性和耐久性指標(biāo)要求抗凍性的耐久性搖數(shù) 200次循環(huán)后，重量損失不應(yīng)超過(guò)5.0%，相對(duì)動(dòng)彈性模量不應(yīng)低于60.0%，抗?jié)B性大于P20，混凝土抗氯離子滲透值不大予1000C。

4 配比設(shè)計(jì)方案試驗(yàn)比選

按照以上三類配比設(shè)計(jì)方案，均試拌20.0L混凝土用量，對(duì)拌合混凝土性能進(jìn)行對(duì)比觀察。具體數(shù)據(jù)如下表所示（見表1）。

表1：三類配比設(shè)計(jì)方案試拌混凝土性能對(duì)比表

試配過(guò)程中三類配比設(shè)計(jì)方案中配合比表觀密度實(shí)測(cè)值與計(jì)算值之差的絕對(duì)值均在計(jì)算值*2.0%允許范圍內(nèi)，故不進(jìn)行校正。且相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿足現(xiàn)行《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》中的相關(guān)要求、

通過(guò)對(duì)表1中數(shù)據(jù)的觀察分析，最終選擇A方案，即W/B=0.44方案作為本工程墩身高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)方案。實(shí)驗(yàn)室理論配合比為C:F:S:G:W1:WJ=1:0.43:2.99:3.81:0.61:0.017，對(duì)應(yīng)每方用量如下表所示（見表2）。

表2：實(shí)驗(yàn)室理論每方用量數(shù)據(jù)表

5 結(jié)束語(yǔ)

在鐵路工程建設(shè)中，高性能混凝土配比的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)根據(jù)原料品質(zhì)、混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)、施工工藝、混凝土耐久性等關(guān)鍵指標(biāo)的要求，按照計(jì)算→試配→調(diào)整的方式，最終確定設(shè)計(jì)方案。按照該配比設(shè)計(jì)方案所配置的高性能混凝土應(yīng)當(dāng)滿足施工要求，且在強(qiáng)度、耐久性等關(guān)鍵參數(shù)方面與工程所處環(huán)境要求相契合。故而，本文分析了高性能混凝土配比設(shè)計(jì)方案在計(jì)算與綜合比選中的關(guān)鍵問(wèn)題，望引起重視。

[1]劉萍華,許志敏,殷波等.大摻量粉煤灰高性能混凝土試驗(yàn)研究[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2007,10(1):67-71.

[2]蒲心誠(chéng),王沖,劉芳等.特超強(qiáng)高性能混凝土的研制與展望[J].混凝土與水泥制品,2008,(2):1-5.

[3]馬保國(guó),王信剛,李相國(guó)等.高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)及其存在的問(wèn)題[J].混凝土,2005,(2):12-15.

[4]周守升,郝曉紅.高性能混凝土原材料及其配比問(wèn)題探討[J].建筑·建材·裝飾,2015,(3):4-5.

U45

B

1007-6344（2015）09-0310-01