文｜中交二公局第四工程有限公司 楊富余

1、概述

高性能混凝土是一種易于澆注、搗實(shí)、能長(zhǎng)期保持高強(qiáng)、韌性與體積穩(wěn)定性，在嚴(yán)酷環(huán)境下使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，經(jīng)常規(guī)材料拌和生產(chǎn)，混凝土力學(xué)性能、耐久性、工作性和體積穩(wěn)定性比普通混凝土更優(yōu)，混凝土澆筑具有高流動(dòng)性、高粘聚性、自密實(shí)性優(yōu)點(diǎn)，在鐵路工程施工與運(yùn)營(yíng)期，具有明顯的環(huán)境條件的適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)合理性。

山西中南部鐵路通道17標(biāo)段是國(guó)家規(guī)劃的大能力運(yùn)煤通道建設(shè)項(xiàng)目，是“十一五”期間國(guó)家重點(diǎn)工程，路線設(shè)計(jì)等級(jí)為國(guó)鐵I級(jí)重載鐵路，設(shè)計(jì)軸重30t，時(shí)速120km/h；山西中南部鐵路通道ZNTJ-17標(biāo)四分部位于山東省，線路經(jīng)過(guò)泰安市岱岳區(qū)到達(dá)萊蕪市，穿越泰安市岱岳區(qū)魯東冶新村、萊蕪市三鎮(zhèn)（牛泉鎮(zhèn)、方下鎮(zhèn)、口鎮(zhèn)）一區(qū)（工業(yè)園區(qū)），沿線經(jīng)32個(gè)行政村。路基填方200萬(wàn)方；挖方30萬(wàn)方；橋梁工程9748.24延米；框架小橋23座；框架涵45座，建設(shè)工期總共40個(gè)月。

2、配合比設(shè)計(jì)時(shí)原材料的選擇及技術(shù)指標(biāo)要求

2.1、原材料選用依據(jù)《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》及《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定選用，技術(shù)指標(biāo)必須符合規(guī)范要求。

表1 水泥技術(shù)指標(biāo)

表2 粉煤灰技術(shù)指標(biāo)

表3 礦渣粉技術(shù)指標(biāo)

表4 砂技術(shù)指標(biāo)

2.2、原材料技術(shù)指標(biāo)匯總?cè)缦拢?/p>

2.2.1 水泥選用山東魯碧建材有限公司生產(chǎn)的P.O42.5水泥，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

2.2.2 粉煤灰選用山東鄒縣發(fā)電廠生產(chǎn)的C50及以上的粉煤灰，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

2.2.3 礦粉選用山東魯碧建材有限公司生產(chǎn)的S95礦渣粉，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。

2.2.4 河砂選用牛泉砂場(chǎng)生產(chǎn)的中粗砂，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4。

2.2.5 碎石選用生林石料廠生產(chǎn)的粒徑5-20mm碎石，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表5。

2.2.6 外加劑選用山西華凱偉業(yè)生產(chǎn)的聚羧酸系高性能減水劑，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表6。

3、混凝土配合比設(shè)計(jì)及混凝土性能要求

山西中南部鐵路通道ZNTJ-17現(xiàn)澆梁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C50；設(shè)計(jì)使用年限為100年；坍落度160-200；含氣量＞2.0%；環(huán)境作用等級(jí)T2；28 d電通量＜1000C；彈性模量＞3.55×104 Mpa；根據(jù)高性能混凝土的設(shè)計(jì)原理及施工工藝，通過(guò)計(jì)算、試配、試件檢測(cè)，試驗(yàn)條件下混凝土技術(shù)指標(biāo)為：坍落度190；含氣量3.1%；28 d抗壓強(qiáng)度64.3 Mpa；28 d彈性模量 3.69×104 Mpa；28 d電通量560C；抗凍等級(jí)達(dá)到F200以上；每方堿含量2.42 kg/ m3、三氧化硫含量1.91%、氯離子含量0.042%?，F(xiàn)澆梁具體配合比見(jiàn)表7。

表5 碎石技術(shù)指標(biāo)

表6 碎石技術(shù)指標(biāo)

表7 現(xiàn)澆梁C50配合比

在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)使用年限、環(huán)境條件、和施工工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，要重點(diǎn)突出混凝土耐久性的要求，提高混凝土的密實(shí)性，減小混凝土的孔隙率，采取措施降低各種侵蝕介質(zhì)和其它有害物質(zhì)通過(guò)空隙混入混凝土內(nèi)部。因此，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，要注意以下事項(xiàng)：

3.1、選用優(yōu)質(zhì)原材料，水泥宜為硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，不宜使用早強(qiáng)水泥，且必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)；礦物摻和料應(yīng)為性能穩(wěn)定的粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉、和硅灰，滿足技術(shù)要求；細(xì)骨料選擇質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好、吸水率低、孔隙率小的潔凈天然中粗河砂；粗骨料選用級(jí)配合理、質(zhì)地堅(jiān)固線脹系數(shù)小的潔凈碎石，不得使用砂漿棒膨脹率大于等于0.30%煩人骨料，不得使用具有堿-碳酸鹽反應(yīng)活性骨料；外加劑選用質(zhì)量穩(wěn)定，與水泥及礦物摻合料之間有良好的相容性；通過(guò)計(jì)算混凝土中由水泥、礦物摻合料、骨料、外加劑和拌和用水等引入氯離子含量不超標(biāo)，避免對(duì)鋼筋的銹蝕，確?；炷恋哪途眯?。

3.2、摻入礦物摻合料提高高性能混凝土的高工作性和高耐久性。礦物摻合料填充膠凝材料的空隙，使膠凝采用有更好的級(jí)配，通過(guò)膠凝材料的水化反應(yīng)，提高混凝土的密實(shí)度、耐久性和強(qiáng)度。優(yōu)質(zhì)礦物摻合料在抑制堿-骨料反應(yīng)、降低水化熱、方面起到重要作用。如粉煤灰火山灰效應(yīng)提高混凝土的化學(xué)抗侵蝕性能，微集料效應(yīng)不但改善集料的級(jí)配，還增強(qiáng)了混凝土的流動(dòng)性，又可以增加混凝土的自密實(shí)性和入模能力。因此，混凝土中摻入礦物摻合料，在改善混凝土性能，降低水化熱，防止溫升裂縫、提高混凝土的長(zhǎng)期強(qiáng)度、提高混凝土的耐久性和抗侵蝕作用、抑制堿-骨料反映抑制方面起到重要作用。

3.3、添加聚羧酸系高性能減水劑能提高混凝土的各種優(yōu)良特性，在配合比設(shè)計(jì)選擇外加劑必須要具備這些性能的條件，聚羧酸高性能減水劑減水率能達(dá)到30%左右，降低水灰比，增強(qiáng)混凝土的粘性，為了保證混凝土有良好的和工作性能，設(shè)計(jì)坍落度控制在20厘米左右。聚羧酸高性能減水劑具有一定的緩凝性與引氣性，正好能滿足泵送性能要求，且通過(guò)調(diào)整適合的含氣量，提高混凝土的耐久性。

3.4、配合比設(shè)計(jì)過(guò)程及有害物質(zhì)的確定，設(shè)計(jì)過(guò)程按照《鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南》中規(guī)定的方法計(jì)算、試配、和調(diào)整。首先根據(jù)混凝土的性質(zhì)、設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)、和耐久性指標(biāo)要求，結(jié)合工程上所選水泥的性能、外加劑性能、初步確定膠凝材料總用量，礦物摻合料的種類及摻量、外加劑的摻量、水膠比和砂率，并計(jì)算出單位體積的水泥用量、礦物摻合料的用量、用水量以及外加劑的用量，其次根據(jù)體積法計(jì)算砂、石用量，核算單方混凝土的堿含量、氯離子含量、三氧化硫含量、漿體體積是否滿足要，根據(jù)確定的單方原材料用量拌和混凝土，測(cè)試混凝土的坍落度、泌水率、凝結(jié)時(shí)間、和含氣量等性能指標(biāo)。為了滿足高耐久性和高強(qiáng)度的要求，要按照《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定確定電通量、礦物摻合料摻量范圍、最大水膠比，最小水膠比是否滿足要求，試驗(yàn)室經(jīng)過(guò)試拌確定工作性能優(yōu)良、強(qiáng)度和耐久性滿足設(shè)計(jì)和施工要求，經(jīng)濟(jì)又合理的原則，選定最終的試驗(yàn)室理論配合比，通過(guò)測(cè)定混凝土拌和物表觀密度，對(duì)試驗(yàn)室理論配合比校正，確定混凝土的實(shí)際理論配比。計(jì)算凝土中由水泥、礦物摻合料、骨料、外加劑和拌和用水等引入的堿含量、三氧化硫含量、氯離子含量等有害物質(zhì)是否超過(guò)規(guī)范有求。保證高性能混凝土高強(qiáng)度、高耐久性和施工工藝的要求。

3.5、滿足混凝土澆筑工藝要求，連續(xù)梁施工中，高性能混凝土因?yàn)閺?qiáng)度等級(jí)高、粘度大，影響混凝土的流動(dòng)性，混凝土泵送時(shí)造成吸入效率低，泵送阻力大，致使泵送困難，效率低，甚至出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，如果長(zhǎng)時(shí)間高壓泵送，混凝土的穩(wěn)定性和工作性變差。連續(xù)梁施工中為了增強(qiáng)混凝土的泵送的連續(xù)性，要求高性能混凝土具有良好的和易性和抗分離性，因此，在配合比設(shè)計(jì)中，通過(guò)確定最佳砂率、漿骨比、在水灰比不變的情況下，增加膠凝材料用量和拌合水用量，降低高性能混凝土的粘性，提高混凝土的可泵性。

4、高性能混凝土在現(xiàn)澆梁施工中的質(zhì)量控制

在山西中南部鐵路通道ZNTJ-17標(biāo)四分部現(xiàn)澆梁的施工中，為了保證高性能混凝土的質(zhì)量的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)耐久性的要求，試驗(yàn)室在新拌高性能混凝土質(zhì)量控制中采取了如下措施：

4.1、高性能混凝土要采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌，對(duì)計(jì)量器具定期檢定，在每一盤正式稱量前，對(duì)計(jì)量設(shè)備需自行檢查，原材料稱量最大允許誤差滿足膠凝材料±1%、外加劑±1%、粗細(xì)骨料±2%、拌和用水±1%。

4.2、高性能混凝土攪拌前，測(cè)定粗、細(xì)骨料的含水率，及時(shí)調(diào)整施工配合比，確?；炷恋乃z比不發(fā)生變化。

4.3、注意投料順序及拌和時(shí)間，為了保證高性能混凝土攪拌的均勻，拌和機(jī)計(jì)量系統(tǒng)對(duì)混凝土原材料計(jì)量后，投料順序按照先投放骨料、水泥和礦物摻和料后，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝螅谔砑影韬陀盟途埕人岣咝阅軠p水劑，直至攪拌均勻?yàn)橹?。同時(shí)，由于現(xiàn)澆梁施工配合比水膠比低，膠凝材料用量大，粘性大，通過(guò)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，一般控制不低于2min，確保了混凝土拌和物均勻，工作性能和可泵性良好，便于現(xiàn)澆梁澆筑和振搗，澆筑后的混凝土面觀光澤，無(wú)麻面蜂窩現(xiàn)象。

4.4、高性能混凝土運(yùn)輸要求。本項(xiàng)目在現(xiàn)澆梁施工中，由于高性能混凝土粘性大，攪拌時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，配備了4輛攪拌罐車運(yùn)輸混凝土，在運(yùn)輸過(guò)程中，運(yùn)輸車裝料前將筒內(nèi)水排除干凈，嚴(yán)禁添加計(jì)量外用水，確保了混凝土連續(xù)澆筑和混凝土的水膠比不發(fā)生變化。

4.5、澆筑現(xiàn)場(chǎng)混凝土工作性檢測(cè)及澆筑?；炷吝\(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，首要要進(jìn)行坍落度、含氣量、泌水率、勻質(zhì)性和拌和溫度等技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)，保證混凝土滿足施工工藝、可泵性及設(shè)計(jì)要求。連續(xù)梁混凝土在澆筑時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置專職技術(shù)人員指揮，加強(qiáng)與攪拌站、罐車、泵車操作人員送等保持通信暢通，按照事先確認(rèn)的施工方案合理調(diào)度，混凝土連續(xù)澆筑，一次成型，滿足了在混凝土初凝前澆筑的要求。混凝土在澆筑過(guò)程中，采用高頻振動(dòng)器振動(dòng)成型，在混凝土粘稠時(shí)，要加密振點(diǎn)分部，應(yīng)特別注意二次振搗和二次振搗的機(jī)會(huì)。同時(shí)避免由于漏振和過(guò)振，造成混凝土不密實(shí)、泌水、離析和產(chǎn)生砂紋，有效控制混凝土密實(shí)澆筑。

4.6、加強(qiáng)混凝土的后期養(yǎng)護(hù)，由于高性能混凝土膠凝材料用量大、水膠比小，水化反應(yīng)速度塊，容易使高性能混凝土中毛細(xì)管中斷，若養(yǎng)護(hù)期水不能及時(shí)進(jìn)入混凝土參與水化反應(yīng)，將影響水化效果，易影響混凝土力學(xué)性能，所以高性能混凝土應(yīng)在早期加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。在現(xiàn)澆梁澆筑的前期養(yǎng)護(hù)中，采用灑水和塑料薄膜覆蓋措施減少水分蒸發(fā)，養(yǎng)生期間，確?；炷列静颗c表面、表面與環(huán)境之間的溫差不超過(guò)15℃的要求，保證混凝土不產(chǎn)生干縮和溫縮裂紋，增強(qiáng)混凝土的耐久性要求。

5、高性能混凝土在現(xiàn)澆梁施工的應(yīng)用情況

在山西中南部鐵路通道ZNTJ-17標(biāo)四分部現(xiàn)澆梁的施工中，通過(guò)對(duì)高性能配合比設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制、及合理的施工組織設(shè)計(jì)和調(diào)度，所設(shè)計(jì)的高性能混凝土各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能滿足現(xiàn)澆梁設(shè)計(jì)規(guī)范要求、施工工藝要求及功能要求，主要表現(xiàn)在一下幾方面：

5.1、高工作性要求：現(xiàn)澆梁C50混凝土出機(jī)坍落度控制在16-200mm，含氣量控制在2%-4%之間。混凝土拌和物工作性能及勻質(zhì)良好，無(wú)泌水、離析現(xiàn)象，混凝土在入模過(guò)程中不分層、不離析，可泵性、自密實(shí)性能效果良好，減輕施工勞動(dòng)強(qiáng)度,節(jié)約施工能耗。

5.2、力學(xué)指標(biāo)要求：現(xiàn)澆梁C50混凝土28 d平均抗壓強(qiáng)度值64.3 Mpa，28 d彈性模量3.69×104 Mpa；本項(xiàng)目在混凝土拌和時(shí)計(jì)量準(zhǔn)確，原材料選擇上選用優(yōu)質(zhì)原材，及在現(xiàn)澆梁施工中采取的各項(xiàng)措施，保證了所生產(chǎn)的混凝土在質(zhì)量上優(yōu)良，力學(xué)指標(biāo)滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。

5.3、高耐久性要求：現(xiàn)澆梁C50混凝土以低水灰比配制，選用優(yōu)質(zhì)原材料，除水泥、水和骨料外，摻加性能穩(wěn)定的聚羧酸系高性能減水劑，減少水泥用量，減少混凝土內(nèi)部孔隙率，減少體積收縮， 28d電通量達(dá)到560C，抗凍等級(jí)達(dá)到F200以上，每方混凝土中堿含量2.42 kg/ m3、三氧化硫含量1.91%、氯離子含量0.042%，耐久性滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

5.4、高穩(wěn)定性要求：在現(xiàn)澆梁施工中，由于配制時(shí)摻入了30%的礦物摻和料，混凝土在硬化早期水化熱較低，硬化后期養(yǎng)護(hù)措施落實(shí)到位，能確?；炷翉椥阅Ａ枯^高、收縮與徐變較低、溫縮變形較小的特點(diǎn)，體現(xiàn)了高穩(wěn)定性要求。

6、結(jié)論

在山西中南部鐵路通道ZNTJ-17標(biāo)四分部現(xiàn)澆梁的施工中，通過(guò)混凝土配合比設(shè)計(jì)，原材料優(yōu)選及混凝土質(zhì)量控制，生產(chǎn)的混凝土在工作性、耐久性，可泵性和穩(wěn)定性上滿足高性能混凝土的要求。但混凝土配制上的特點(diǎn)是水灰比低，混凝土容重大，流動(dòng)性能差，通過(guò)試配摻加合理用量的礦物集料和聚羧酸系高效減水劑，選用最佳砂率，降低水泥用量，增強(qiáng)混凝土的工作性能，在施工中便于混凝土的澆筑，同時(shí)由于礦物摻合料的加入，增強(qiáng)了混凝土的體積穩(wěn)定性，提高了混凝土的強(qiáng)度及耐久性。高性能混凝土技術(shù)指標(biāo)控制中，其核心是保證耐久性，所以在施工中加強(qiáng)對(duì)高性能混凝土的試驗(yàn)研究， 關(guān)注施工中出現(xiàn)的問(wèn)題, 并及時(shí)總結(jié)，對(duì)優(yōu)化施工工藝、保障工程質(zhì)量，為我們今后施工積累豐富經(jīng)驗(yàn)。