姚偉

（中國中鐵八局集團(tuán)有限公司，四川 成都 610000）

1 研究內(nèi)容和意義

高原高寒山區(qū)的氣候環(huán)境具有特殊性，其環(huán)境干燥，晝夜溫差大，這些環(huán)境因素將給混凝土工程的施工帶來巨大的影響，所以保證混凝土工程的施工質(zhì)量，則成為高寒山區(qū)混凝土施工中需要重點(diǎn)關(guān)注且必須解決的問題。

高原高寒山區(qū)混凝土施工配合比相比其他條件下的配合比有較大的不同點(diǎn)：①因高原高寒山區(qū)特殊環(huán)境的影響，對混凝土澆筑設(shè)備、人員、時(shí)間要求較高。②高寒環(huán)境對原材料及成品混凝土的考驗(yàn)，混凝土質(zhì)量難以保證。本研究項(xiàng)目將從原材的選取，包括外摻料的用量、種類、外加劑的使用、環(huán)境條件的模擬、配合比的優(yōu)化來設(shè)計(jì)優(yōu)化施工配合比，使選定的配合比在高原高寒環(huán)境條件下具有良好的工作性能，強(qiáng)度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，凍融循環(huán)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，各項(xiàng)耐久性指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，最終達(dá)到技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)合理的目的，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)成本最小化，利益最大化。

2 研究方法

試驗(yàn)在不同惡劣環(huán)境條件下，通過正交設(shè)計(jì)研究不同膠凝材料總量、不同外加劑摻量、不同礦物摻合料、不同砂石料含量等拌和物的性能結(jié)果對比，從而選擇不同水膠比、外加劑、不同品質(zhì)指標(biāo)礦物摻合料之間的最佳配比；對混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響程度。模擬現(xiàn)場的地質(zhì)環(huán)境條件、氣候條件對混凝土劣化情況進(jìn)行研究，以獲得技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理的混凝土配合比[1]。

2.1 環(huán)境分析

2.1.1 低溫環(huán)境

影響混凝土土的耐久性和強(qiáng)度，同時(shí)也容易導(dǎo)致混凝土構(gòu)件出現(xiàn)早期凍害[2]；混凝土水化反應(yīng)會大幅度減緩，澆筑完成后，混凝土的強(qiáng)度上升緩慢，出現(xiàn)水化熱，很容易受到低溫的影響而產(chǎn)生凍害；在低溫下進(jìn)行混凝土拌和，易導(dǎo)致外加劑的活性降低，影響混凝土的工作性能，增大澆筑難度，而且容易出現(xiàn)質(zhì)量問題；混凝土想要拌和均勻非常困難，其密實(shí)性會受到一定的影響，進(jìn)而導(dǎo)致耐久性變差；在混凝土養(yǎng)護(hù)過程中，過低的溫度會導(dǎo)致水分固結(jié)，熱脹冷縮，引發(fā)混凝土內(nèi)部裂縫[3]。

2.1.2 干燥環(huán)境

混凝土水分散失，容易引起開裂。

2.1.3 大風(fēng)環(huán)境

使混凝土表面迅速脫水，嚴(yán)重影響混凝土的實(shí)體質(zhì)量和強(qiáng)度。

2.2 技術(shù)參數(shù)及設(shè)計(jì)依據(jù)

混凝土設(shè)計(jì)信息如表1 所示，混凝土技術(shù)要求如表2 所示，混凝土最大水膠比限值如表3 所示，混凝土電通量設(shè)計(jì)依據(jù)如表4 所示，混凝土抗凍性設(shè)計(jì)依據(jù)如表5 所示。

表1 混凝土設(shè)計(jì)信息

表2 混凝土技術(shù)要求

表3 混凝土最大水膠比限值

表4 混凝土電通量設(shè)計(jì)依據(jù)

表5 混凝土抗凍性設(shè)計(jì)依據(jù)

2.3 配合比設(shè)計(jì)

2.3.1 正交設(shè)計(jì)方法

配合比設(shè)計(jì)采用正交設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)來處理混凝土拌和過程中的多種因素，通過利用正交表，合理安排不同條件試驗(yàn)，選取較少的試驗(yàn)次數(shù)得到預(yù)期的且準(zhǔn)確率較高的試驗(yàn)結(jié)論，在進(jìn)行對試驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)及統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，可以更加清晰明了的掌握全面、系統(tǒng)的試驗(yàn)結(jié)果，得出正確結(jié)論[4]。

2.3.2 正交設(shè)計(jì)

在試驗(yàn)前，根據(jù)高原高寒地區(qū)外部條件的特殊性，通過理論分析及模擬外部條件試驗(yàn)來確定各個影響因素，并把主要因素的各影響水平定在合適的范圍內(nèi)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定水膠比和粉煤灰摻量為高原高寒地區(qū)混凝土質(zhì)量控制的主要因素。對這兩個主要因素進(jìn)行試驗(yàn)，因素1（水膠比）：分別為0.33、0.35、0.37（以C40為例），因素2（粉煤灰摻量）：分別為30%、20%、10%。

2.3.3 試拌參數(shù)選擇

試拌參數(shù)主要考慮水泥、砂含量、用水量、骨料、外加劑。

2.4 配合比試拌及其試驗(yàn)結(jié)果

針對所選配合比對其進(jìn)行抗凍、抗?jié)B、抗硫酸鹽侵蝕[5]、氣泡間距系數(shù)等性能進(jìn)行試驗(yàn)分析，結(jié)果如下?；炷猎嚢枧浜媳热绫? 所示，配合比強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表7 所示，粉煤灰摻量與強(qiáng)度關(guān)系如圖1 所示，抗凍性能如表8 所示，抗?jié)B性能如表9 所示，抗硫酸鹽侵蝕如表10 所示，氣泡間距系數(shù)如表11 所示。

圖1 粉煤灰摻量與強(qiáng)度關(guān)系

表6 混凝土試拌配合比

表7 配合比試件強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表8 抗凍性能

表9 抗?jié)B性能

表10 抗硫酸鹽侵蝕

表11 氣泡間距系數(shù)

2.5 對混凝土性能的影響分析

2.5.1 引氣劑摻量對混凝土性能的影響

增加引氣劑的摻量，相對而言混凝土內(nèi)部氣泡也會增多，這些氣泡會對混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)面影響，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土抗凍性下降。因此在不加其他外加劑的情況下，引氣劑的摻量不宜過高。

2.5.2 粉煤灰摻量對混凝土性能的影響

粉煤灰的適量摻入會改善混凝土的和易性并降低水化熱，保證工程質(zhì)量，并且減少投資。推薦混凝土施工配合比如表12 所示。

表12 推薦混凝土施工配合比

3 結(jié)論

基于以上分析，本研究提出了高原高寒山區(qū)混凝土配合比設(shè)計(jì)的具體步驟，包括原材料的選擇和性能測試，配合比設(shè)計(jì)方法和步驟。在原材料的選擇上，建議選擇性能穩(wěn)定的材料，并通過試驗(yàn)來確定其性能。對于配合比的設(shè)計(jì)，提出了混凝土三要素配比法，即按照最大骨料粒徑選定配合比，確定不同骨料級配系數(shù)和水膠比，以達(dá)到理想的強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)。通過對高原高寒山區(qū)某工程現(xiàn)場進(jìn)行混凝土配合比實(shí)際應(yīng)用效果分析，研究發(fā)現(xiàn)，采用該混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，可以滿足工程強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)的要求，并且在施工過程中具有很好的可操作性。

混凝土抗凍性能也就是混凝土抵御凍融破壞的能力，是混凝土耐久性尤其是高原高寒地區(qū)最重要的指標(biāo)之一?；炷猎诤罄m(xù)暴露過程中因凍融環(huán)境破壞結(jié)構(gòu)與混凝土本身性能相關(guān)，在長時(shí)間暴露過程中多次凍融循環(huán)的作用下，結(jié)構(gòu)損傷會逐步加劇，最終導(dǎo)致混凝土開裂和散裂。通過降低水膠比，增加水化產(chǎn)物，改善孔結(jié)構(gòu)，都將使混凝土的密實(shí)性增加，從而提高混凝土的抗凍性能。