張孝斌

（中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

高性能混凝土又叫HPC，能在普通混凝土的基礎(chǔ)上加大性能。然后采用現(xiàn)代建筑混凝土配置技術(shù)，產(chǎn)生高質(zhì)量、高性能的工程混凝土。根據(jù)混凝土的不同使用需求，可在強(qiáng)度、工作性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性等諸多性能上有選擇地加以保證。高性能混凝土在配制過(guò)程中，通常具有水膠比低、原材料優(yōu)質(zhì)和摻量大等特點(diǎn)，對(duì)鐵路的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。基于此，有必要對(duì)鐵路橋梁高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行深入研究。

1 高性能混凝土的優(yōu)良性能

隨著交通運(yùn)輸?shù)牟粩喟l(fā)展，越來(lái)越多的新材料被應(yīng)用到工程中。與傳統(tǒng)混凝土相比，高性能混凝土在強(qiáng)度、穩(wěn)定性和使用壽命等方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，已成為工程研究的熱點(diǎn)之一[1]。

1.1 高耐久性

混凝土耐久性主要表現(xiàn)在混凝土是否能很好地抵抗外界環(huán)境帶來(lái)的破壞，保證工程的外觀完整性和功能性，使混凝土的結(jié)構(gòu)更安全，延長(zhǎng)使用年限。高性能混凝土的耐久性能減少高速鐵路被化學(xué)侵害的可能性。根據(jù)調(diào)查研究，在高速鐵路中使用高性能混凝土，能使安全壽命達(dá)50～100 a。

1.2 強(qiáng)度大

現(xiàn)在，高速鐵路越來(lái)越多，為了使鐵路的安全性提高，必須加強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度程度。高性能混凝土通過(guò)改善混凝土界面結(jié)構(gòu)，大大提高了混凝土的強(qiáng)度，在鐵路建設(shè)中顯示出其優(yōu)越性。

1.3 穩(wěn)定性好

高速鐵路作為城市的基礎(chǔ)設(shè)施，因?yàn)殚L(zhǎng)期使用，會(huì)造成很大的荷載?；炷恋姆€(wěn)定性能決定高速鐵路結(jié)構(gòu)的承載力。高性能混凝土采用高效減水劑，通過(guò)調(diào)整原材料的配比，提高混凝土的穩(wěn)定性，避免因溫度和應(yīng)力變化引起的混凝土破壞引起工程結(jié)構(gòu)變形。

2 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高性能鋼筋混凝土以其高品質(zhì)耐久性、高機(jī)械工作性、一定的抗強(qiáng)度、體積和高穩(wěn)定性與實(shí)用經(jīng)濟(jì)性而著稱。在我國(guó)高性能結(jié)構(gòu)混凝土研究發(fā)展應(yīng)用過(guò)程中，混凝土行業(yè)使用者往往過(guò)度注重使用混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而完全忽視了使用混凝土的整體彈性和結(jié)構(gòu)韌性。目前國(guó)內(nèi)使用的新型高性能鋼筋混凝土大多增長(zhǎng)過(guò)快，強(qiáng)度過(guò)高，使高性能鋼筋混凝土的整體彈性和結(jié)構(gòu)韌性明顯不足。高性能新型混凝土在發(fā)生變形時(shí)，其整體抗壓和變形腐蝕能力相對(duì)較差，降低了性能混凝土的使用耐久性。通過(guò)對(duì)部分高性能防水混凝土土質(zhì)配合結(jié)構(gòu)比的初步優(yōu)化分析設(shè)計(jì)，在充分保證性能混凝土使用所需結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基本前提下，盡可能多地降低部分高性能防水混凝土的土質(zhì)脆性，提高性能混凝土的防水抗壓和變形腐蝕能力[2]。

2.1 膠材用量

膠凝復(fù)合材料一般泛指各種用于人工配制活性混凝土的活性膠凝礦物質(zhì)和摻合料（即例如膠凝水泥、粉煤灰、磨細(xì)粉的礦渣粉或結(jié)晶硅粉），統(tǒng)稱材料為活性混凝土料或膠凝復(fù)合材料。配制使用高性能鋼筋混凝土?xí)r，要對(duì)混凝膠料的使用進(jìn)行有效控制。當(dāng)不符合混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度控制要求的時(shí)候，適當(dāng)減輕對(duì)膠材的使用，選擇用一種良好的骨料。細(xì)砂砂骨料應(yīng)盡量多地選用不同級(jí)別匹配良好、潔凈的中性細(xì)砂，能有效減少各層混凝土內(nèi)部的空隙，減少混凝膠的使用量與內(nèi)部混凝土的自流和收縮。同時(shí)，由于混凝膠量的大大減少，能有效抑制建筑混凝土的內(nèi)部水化化學(xué)反應(yīng)與建筑混凝土的外部水化熱和內(nèi)部孔隙，改善建筑混凝土整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體密實(shí)度。

目前現(xiàn)場(chǎng)常用的煤粉外加劑的主要成分是有機(jī)粉煤灰。由于鋼筋粉煤灰的細(xì)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通水泥，比泥的表面積大，能很好地用于填充鋼筋混凝土內(nèi)部孔隙和上下水道，提高鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)密實(shí)度。而且由于粉煤灰的有機(jī)水化化學(xué)反應(yīng)處理周期長(zhǎng)，水化處理反應(yīng)慢，混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度含量可以不斷得到提高，對(duì)混凝土后期結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高有很大的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)。相同濃度條件下的摻粉對(duì)比測(cè)量試驗(yàn)結(jié)果表明，摻粉為褐煤灰后，強(qiáng)度提高10%～20%，在56 d內(nèi)達(dá)到30%以上。

對(duì)不同類型、不同摻量的礦物摻合料的室內(nèi)拌和結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，粉煤灰和礦渣微粉摻量分別為20%時(shí)，混凝土的耐久性、力學(xué)性能和其他性能均滿足設(shè)計(jì)要求[3]，見(jiàn)表1。摻粉煤灰后鋼筋混凝土早期水化強(qiáng)度繼續(xù)上升緩慢，28 d后強(qiáng)度明顯低于未再次摻粉煤灰時(shí)，但后期溫度強(qiáng)度繼續(xù)上升水化空間較大，說(shuō)明未摻粉煤灰對(duì)鋼筋混凝土早期控制水化化學(xué)反應(yīng)中具有很好的主動(dòng)控制水化作用，改善鋼筋混凝土基層內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高鋼筋混凝土基層密實(shí)度。那么在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中如何有效控制使用粉煤灰的廢氣摻量呢?理論上，20%～30%的鋼筋粉煤灰強(qiáng)度可以直接替代鋼筋水泥將其摻雜到鋼筋混凝土中，此時(shí)強(qiáng)度是最好的，但實(shí)際上，在鋼筋混凝土早期硬化強(qiáng)度不高時(shí)，有時(shí)強(qiáng)度可以直接達(dá)到40%以上。

表1 粉煤灰和礦渣粉的優(yōu)缺點(diǎn)

2.2 水膠比

水膠的配比不僅直接影響整體混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用耐久性，而且對(duì)整體混凝土的整體流動(dòng)性和阻力也是具有很大的直接影響。過(guò)大的混凝水膠比不利于建筑混凝土內(nèi)部和微觀整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)發(fā)展，會(huì)在建筑混凝土中直接形成大量的管道開(kāi)閉孔隙或壓縮氣泡，以及由于混凝水的快速運(yùn)動(dòng)而直接形成的管道貫通上下水道，將極大地影響建筑混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和建筑耐久性。因此，在確定高性能鋼筋混凝土水泥配合比例的設(shè)計(jì)中，水泥油膠比質(zhì)量是我們需要仔細(xì)考慮和嚴(yán)格控制的關(guān)鍵參數(shù)，一般正常情況下，水膠比最好控制在0.42以下，見(jiàn)表2。

表2 高性能混凝土水膠比

2.3 坍落度

目前，通過(guò)在摻雜材料中添加大量人工粉煤灰和其他施工外加劑，高性能新型鋼筋混凝土的施工簡(jiǎn)易性和工藝綜合性的工作性已經(jīng)分別得到了很大程度的提高，相對(duì)容易并且得到質(zhì)量保證也是能夠滿足降低建筑墻體坍落度的一種有效施工工藝。但由于我國(guó)建筑專用減水劑涂料整體使用性能的巨大性和不穩(wěn)定性以及受建筑施工現(xiàn)場(chǎng)自然環(huán)境、溫度等多種環(huán)境因素的雙重變化影響，坍落度經(jīng)常發(fā)生變化，特別是這一點(diǎn)對(duì)于建筑減水劑的施工質(zhì)量損失影響尤為重要，因此在建筑油水涂料配合使用比例的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中它還可以嚴(yán)格控制，降低建筑坍落度與造成質(zhì)量損失的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值?；炷龄摻钔瓿膳渲坪笤谑┕みM(jìn)行過(guò)程60 min內(nèi)對(duì)于墻體鋼筋坍塌剝落應(yīng)力度數(shù)的最大損失一般不應(yīng)達(dá)到或大于30 mm。

2.4 混凝土含氣量

含水排氣量對(duì)于目前高性能鋼筋混凝土含氣配合比例的設(shè)計(jì)應(yīng)用有著重要的指導(dǎo)作用。混凝土的內(nèi)部空氣量不但有可能使其具有很好的防水抗凍性，還有可能直接影響涉及到鋼筋混凝土的拌合容易性、流動(dòng)性和耐久性。混凝土吸水中的氣體含水空氣量較高，能在固體混凝土中迅速產(chǎn)生大量的白色球形球狀氣泡，在不同含氣介質(zhì)的吸水界面之間可以起到良好的吸水潤(rùn)滑保護(hù)作用，并在固體混凝土中逐漸形成均勻密度分布的小孔。這些立體孔隙結(jié)構(gòu)能有效防止堵塞內(nèi)部空氣通孔，減少內(nèi)部毛細(xì)水的大量滲透和吸收，保護(hù)和抵抗外部有害化學(xué)品的侵蝕。這些通道孔隙主要是由混凝土中均勻緊密分布的各種氣泡混合形成的一種封閉通道孔隙，與混凝水膠比過(guò)大或由于水路通道連接不良引起的孔隙缺陷也與通道孔隙有一定本質(zhì)區(qū)別，二者不能互相混淆。雖然這種混凝土的材質(zhì)含量和氣量較有利于提高混凝土的材質(zhì)耐久性和耐磨和易性，但是所含有的氣量一般不宜過(guò)大?；炷恋墓腆w含水摻氣量主要是由固體摻氣吸水劑或其他具有摻氣吸水作用的固體減水劑引起的。如果建筑空氣氣泡含量過(guò)大，一方面可能會(huì)使建筑混凝土材料內(nèi)部空間不斷充滿大量建筑氣泡，導(dǎo)致建筑混凝土內(nèi)部混合土材料表觀結(jié)構(gòu)密度明顯降低，混凝土內(nèi)部密實(shí)度明顯不足，強(qiáng)度和損失大；另一方面，由于內(nèi)部大量氣泡隨著施工時(shí)間的持續(xù)推移不斷發(fā)生破裂，流動(dòng)的建筑混凝土不斷減少，導(dǎo)致建筑混凝土內(nèi)部坍落度和損失較大，在國(guó)家規(guī)定的施工時(shí)間內(nèi)根本無(wú)法完全滿足建筑施工工藝上的要求。

3 鐵路高性能混凝土配合比配置途徑分析

3.1 配比設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作

高性能混凝土有和易性的特征，在混凝土混合料成型期間不能離析。在設(shè)計(jì)配合比之前，要預(yù)先做準(zhǔn)備，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該好注意幾個(gè)問(wèn)題：（1）充分消化設(shè)計(jì)圖紙，了解其對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的系列要求，嚴(yán)格控制各種參數(shù)：構(gòu)件截面尺寸、鋼筋布置密度與材料的強(qiáng)度和耐久性；（2）執(zhí)行混凝土成果要求，確定需要何種水泥和粗骨料的粒徑；（3）熟悉、掌握運(yùn)輸與澆筑過(guò)程的具體方法和機(jī)械化水平，在選擇外加劑和用量時(shí)能正確掌握凝結(jié)時(shí)間；（4）了解可采購(gòu)材料的品種、質(zhì)量和供應(yīng)能力。在相關(guān)數(shù)據(jù)的指導(dǎo)下，更好地選擇合適的配合比設(shè)計(jì)方案。

3.2 混凝土配置的途徑及方法

在配置高性能混凝土的過(guò)程中，要注意混凝土中常見(jiàn)礦物的配置，即在實(shí)際配置中要掌握礦物與混凝土的比例。當(dāng)高性能混凝土應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，是為了讓高性能混凝土的礦物組成來(lái)減低裂縫的溫度，當(dāng)水泥水化之后，就會(huì)在混凝土界面處產(chǎn)生氫氧化鈣和二氧化硅沉淀現(xiàn)象。在產(chǎn)生反應(yīng)的時(shí)候，因?yàn)楦咝阅軌A水劑的結(jié)合使混凝土拌合料中出現(xiàn)了很多的凝膠顆粒。在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，凝膠粒子會(huì)形成荷電反應(yīng)，被電排斥現(xiàn)象所分散，最終使混凝土的應(yīng)用具有流動(dòng)性。

3.3 混凝土配置的過(guò)程分析

在對(duì)鐵路混凝土應(yīng)用配比的過(guò)程基本上有6個(gè)方面。第一方面是計(jì)算混凝土構(gòu)型含水率，應(yīng)根據(jù)混凝土構(gòu)型的具體應(yīng)用材料進(jìn)行估算和計(jì)算；第二方面是計(jì)算混合膏體的體積。在此過(guò)程中，應(yīng)預(yù)估摻有粉煤灰和凝膠顆粒的混凝土體積。同時(shí)，在混凝土體積預(yù)測(cè)過(guò)程中，應(yīng)測(cè)量混凝土攪拌時(shí)的孔隙，基本上，混凝土孔隙率是在0.35%～0.45%中間；第三方面是計(jì)算混凝土骨料消耗。在這過(guò)程中，要憑借現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程的所需量來(lái)進(jìn)行計(jì)算混凝土配合比骨料；第四方面是分析混凝土攪拌中所用的材料。在這期間，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)混凝土實(shí)施混合攪拌，攪拌混合時(shí)要注意不同材料的密度和體積；第五方面是混料實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)際需要對(duì)計(jì)算出的混凝土和各種材料進(jìn)行專題試驗(yàn)，挑選任何一個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)作試驗(yàn)場(chǎng)地，在試驗(yàn)過(guò)程中要適當(dāng)改變混凝土的配合比和配料，以便更好地實(shí)施；第六方面是根據(jù)不同的地區(qū)分析不同的特殊實(shí)驗(yàn)材料。在使用混凝土進(jìn)行配合比時(shí)，不能忽視區(qū)域因素。因?yàn)殍F路施工的環(huán)境各不相同，在實(shí)際施工中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地理環(huán)境進(jìn)行特殊的配合比設(shè)計(jì)。

3.4 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量控制

在完成混凝土澆筑之后，要加強(qiáng)保護(hù)工作?；旧蠌?個(gè)部分著手：（1）從各式各樣的施工環(huán)境、施工對(duì)象、水泥的種類、外加劑和混凝土性能上，挑選出詳細(xì)適合的保護(hù)措施，關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)的保養(yǎng)方案和維護(hù)時(shí)間都必須按要求來(lái)制定；（2）一旦新澆結(jié)構(gòu)和流水融合在一起，就得強(qiáng)化防水方案，避免混凝土在保護(hù)過(guò)程中受到水流的破壞；（3）當(dāng)混凝土拆掉模具后，應(yīng)該在上面加蓋保溫保濕的無(wú)紡?fù)凉げ蓟蚵榇瑫r(shí)固定澆水達(dá)到保溫保濕。每天澆水的次數(shù)取決于環(huán)境濕度；澆水時(shí)要使混凝土的表面一直濕潤(rùn)，使質(zhì)量得到保障。（4）混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，應(yīng)派專人保持混凝土濕潤(rùn)。在進(jìn)行澆水時(shí)，混凝土和水溫之間的溫度差不能大于15℃，而當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，混凝土表面禁止灑水。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在鐵路高性能混凝土的配置中，應(yīng)該選擇用低水膠比，適當(dāng)?shù)販p輕混凝土單位的用水量；選擇用高性能減水劑，加大外加劑的使用性，節(jié)約水泥使用；降低混凝土內(nèi)部孔隙率，縮減體積，使混凝土更實(shí)用?；炷聊途眯灾饕w現(xiàn)在混凝土電通量、抗?jié)B性、抗凍融性、抗裂性、鋼筋防護(hù)性和抗堿集料等耐久性指標(biāo)上。