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1、 高性能混凝土在重载铁路上的应用与试验 文中交二公局第四工程有限公司 杨富余【摘要】论述高性能混凝土在重载铁路上的配合比设计及质量控制，针对现浇梁施工的特点，通过配合比设计及原材料控制等方法，结合山西中南部铁路通道ZNTJ-17标四分部连续梁的施工，阐述在铁路工程现浇梁施工中高性能混凝土的质量控制与应用。【关键词】高性能混凝土；重载铁路；连续梁；质量控制与应用1、概述高性能混凝土是一种易于浇注、捣实、能长期保持高强、韧性与体积稳定性，在严酷环境下使用寿命长的特点，经常规材料拌和生产，混凝土力学性能、耐久性、工作性和体积稳定性比普通混凝土更优，混凝土浇筑具有高流动性、高粘聚性、自密实性优点，在铁
2、路工程施工与运营期，具有明显的环境条件的适应性和经济合理性。山西中南部铁路通道17标段是国家规划的大能力运煤通道建设项目，是“十一五”期间国家重点工程，路线设计等级为国铁I级重载铁路，设计轴重30t，时速120km/h；山西中南部铁路通道ZNTJ-17标四分部位于山东省，线路经过泰安市岱岳区到达莱芜市，穿越泰安市岱岳区鲁东冶新村、莱芜市三镇（牛泉镇、方下镇、口镇）一区（工业园区），沿线经32个行政村。路基填方200万方；挖方30万方；桥梁工程9748.24延米；框架小桥23座；框架涵45座，建设工期总共40个月。2、配合比设计时原材料的选择及技术指标要求2.1、原材料选用依据铁路混凝土工程施工
3、质量验收标准及铁路混凝土结构耐久性设计规范中的相关规定选用，技术指标必须符合规范要求。2.2、原材料技术指标汇总如下：2.2.1水泥选用山东鲁碧建材有限公司生产的P.O42.5水泥，技术指标见表1。2.2.2粉煤灰选用山东邹县发电厂生产的C50及以上的粉煤灰，技术指标见表2。2.2.3矿粉选用山东鲁碧建材有限公司生产的S95矿渣粉，技术指标见表3。2.2.4河砂选用牛泉砂场生产的中粗砂，技术指标见表4。2.2.5碎石选用生林石料厂生产的粒径5-20mm碎石，技术指标见表5。2.2.6外加剂选用山西华凯伟业生产的聚羧酸系高性能减水剂，技术指标见表6。3、混凝土配合比设计及混凝土性能要求山西中南部
4、铁路通道ZNTJ-17现浇梁混凝土设计强度等级为C50；设计使用年限为100年；坍落度160-200；含气量2.0%；环境作用等级T2；28d电通量3.55104Mpa；根据高性能混凝土的设计原理及施工工艺，通过计算、试配、试件检测，试验条件下混凝土技术指标为：坍落度190；含气量3.1%；28d抗压强度64.3Mpa；28d弹性模量3.69104Mpa；28d电通量560C；抗冻等级达到F200以上；每方碱含量2.42kg/m3、三氧化硫含量1.91%、氯离子含量0.042%。现浇梁具体配合比见表7。在配合比设计时，应根据设计使用年限、环境条件、和施工工艺进行设计，要重点突出混凝土耐久性的要
5、求，提高混凝土的密实性，减小混凝土的孔隙率，采取措施降低各种侵蚀介质和其它有害物质通过空隙混入混凝土内部。因此，在配合比设计时，要注意以下事项：3.1、选用优质原材料，水泥宜为硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，不宜使用早强水泥，且必须符合国家标准规；矿物掺和料应为性能稳定的粉煤灰、磨细矿渣粉、和硅灰，满足技术要求；细骨料选择质地坚硬、级配良好、吸水率低、孔隙率小的洁净天然中粗河砂；粗骨料选用级配合理、质地坚固线胀系数小的洁净碎石，不得使用砂浆棒膨胀率大于等于0.30%烦人骨料，不得使用具有碱-碳酸盐反应活性骨料；外加剂选用质量稳定，与水泥及矿物掺合料之间有良好的相容性；通过计算混凝土中由水泥、矿物掺
6、合料、骨料、外加剂和拌和用水等引入氯离子含量不超标，避免对钢筋的锈蚀，确保混凝土的耐久性。3.2、掺入矿物掺合料提高高性能混凝土的高工作性和高耐久性。矿物掺合料填充胶凝材料的空隙，使胶凝采用有更好的级配，通过胶凝材料的水化反应，提高混凝土的密实度、耐久性和强度。优质矿物掺合料在抑制碱-骨料反应、降低水化热、方面起到重要作用。如粉煤灰火山灰效应提高混凝土的化学抗侵蚀性能，微集料效应不但改善集料的级配，还增强了混凝土的流动性，又可以增加混凝土的自密实性和入模能力。因此，混凝土中掺入矿物掺合料，在改善混凝土性能，降低水化热，防止温升裂缝、提高混凝土的长期强度、提高混凝土的耐久性和抗侵蚀作用、抑制碱-
7、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减水剂能提高混凝土的各种优良特性，在配合比设计选择外加剂必须要具备这些性能的条件，聚羧酸高性能减水剂减水率能达到30%左右，降低水灰比，增强混凝土的粘性，为了保证混凝土有良好的和工作性能，设计坍落度控制在20厘米左右。聚羧酸高性能减水剂具有一定的缓凝性与引气性，正好能满足泵送性能要求，且通过调整适合的含气量，提高混凝土的耐久性。3.4、配合比设计过程及有害物质的确定，设计过程按照铁路混凝土工程施工技术指南中规定的方法计算、试配、和调整。首先根据混凝土的性质、设计强度等级、和耐久性指标要求，结合工程上所选水泥的性能、外加剂性能、初步确定胶凝
8、材料总用量，矿物掺合料的种类及掺量、外加剂的掺量、水胶比和砂率，并计算出单位体积的水泥用量、矿物掺合料的用量、用水量以及外加剂的用量，其次根据体积法计算砂、石用量，核算单方混凝土的碱含量、氯离子含量、三氧化硫含量、浆体体积是否满足要，根据确定的单方原材料用量拌和混凝土，测试混凝土的坍落度、泌水率、凝结时间、和含气量等性能指标。为了满足高耐久性和高强度的要求，要按照铁路混凝土结构耐久性设计规范中的相关规定确定电通量、矿物掺合料掺量范围、最大水胶比，最小水胶比是否满足要求，试验室经过试拌确定工作性能优良、强度和耐久性满足设计和施工要求，经济又合理的原则，选定最终的试验室理论配合比，通过测定混凝土拌
9、和物表观密度，对试验室理论配合比校正，确定混凝土的实际理论配比。计算凝土中由水泥、矿物掺合料、骨料、外加剂和拌和用水等引入的碱含量、三氧化硫含量、氯离子含量等有害物质是否超过规范有求。保证高性能混凝土高强度、高耐久性和施工工艺的要求。3.5、满足混凝土浇筑工艺要求，连续梁施工中，高性能混凝土因为强度等级高、粘度大，影响混凝土的流动性，混凝土泵送时造成吸入效率低，泵送阻力大，致使泵送困难，效率低，甚至出现堵管现象，如果长时间高压泵送，混凝土的稳定性和工作性变差。连续梁施工中为了增强混凝土的泵送的连续性，要求高性能混凝土具有良好的和易性和抗分离性，因此，在配合比设计中，通过确定最佳砂率、浆骨比、在
10、水灰比不变的情况下，增加胶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、高性能混凝土在现浇梁施工中的质量控制在山西中南部铁路通道ZNTJ-17标四分部现浇梁的施工中，为了保证高性能混凝土的质量的稳定性和结构耐久性的要求，试验室在新拌高性能混凝土质量控制中采取了如下措施：4.1、高性能混凝土要采用强制式搅拌机搅拌，对计量器具定期检定，在每一盘正式称量前，对计量设备需自行检查，原材料称量最大允许误差满足胶凝材料1%、外加剂1%、粗细骨料2%、拌和用水1%。4.2、高性能混凝土搅拌前，测定粗、细骨料的含水率，及时调整施工配合比，确保混凝土的水胶比不发生变化。4.3、注意投料
11、顺序及拌和时间，为了保证高性能混凝土搅拌的均匀，拌和机计量系统对混凝土原材料计量后，投料顺序按照先投放骨料、水泥和矿物掺和料后，充分搅拌均匀后，在添加拌和用水和聚羧酸高性能减水剂，直至搅拌均匀为止。同时，由于现浇梁施工配合比水胶比低，胶凝材料用量大，粘性大，通过延长搅拌时间，一般控制不低于2min，确保了混凝土拌和物均匀，工作性能和可泵性良好，便于现浇梁浇筑和振捣，浇筑后的混凝土面观光泽，无麻面蜂窝现象。4.4、高性能混凝土运输要求。本项目在现浇梁施工中，由于高性能混凝土粘性大，搅拌时间长的特点，配备了4辆搅拌罐车运输混凝土，在运输过程中，运输车装料前将筒内水排除干净，严禁添加计量外用水，确保
12、了混凝土连续浇筑和混凝土的水胶比不发生变化。4.5、浇筑现场混凝土工作性检测及浇筑。混凝土运输到施工现场，首要要进行坍落度、含气量、泌水率、匀质性和拌和温度等技术指标检测，保证混凝土满足施工工艺、可泵性及设计要求。连续梁混凝土在浇筑时，现场设置专职技术人员指挥，加强与搅拌站、罐车、泵车操作人员送等保持通信畅通，按照事先确认的施工方案合理调度，混凝土连续浇筑，一次成型，满足了在混凝土初凝前浇筑的要求。混凝土在浇筑过程中，采用高频振动器振动成型，在混凝土粘稠时，要加密振点分部，应特别注意二次振捣和二次振捣的机会。同时避免由于漏振和过振，造成混凝土不密实、泌水、离析和产生砂纹，有效控制混凝土密实浇筑
13、。4.6、加强混凝土的后期养护，由于高性能混凝土胶凝材料用量大、水胶比小，水化反应速度块，容易使高性能混凝土中毛细管中断，若养护期水不能及时进入混凝土参与水化反应，将影响水化效果，易影响混凝土力学性能，所以高性能混凝土应在早期加强养护。在现浇梁浇筑的前期养护中，采用洒水和塑料薄膜覆盖措施减少水分蒸发，养生期间，确保混凝土芯部与表面、表面与环境之间的温差不超过15的要求，保证混凝土不产生干缩和温缩裂纹，增强混凝土的耐久性要求。5、高性能混凝土在现浇梁施工的应用情况在山西中南部铁路通道ZNTJ-17标四分部现浇梁的施工中，通过对高性能配合比设计、质量控制、及合理的施工组织设计和调度，所设计的高性能
14、混凝土各项技术指标均能满足现浇梁设计规范要求、施工工艺要求及功能要求，主要表现在一下几方面：5.1、高工作性要求：现浇梁C50混凝土出机坍落度控制在16-200mm，含气量控制在2%-4%之间。混凝土拌和物工作性能及匀质良好，无泌水、离析现象，混凝土在入模过程中不分层、不离析，可泵性、自密实性能效果良好，减轻施工劳动强度,节约施工能耗。5.2、力学指标要求：现浇梁C50混凝土28d平均抗压强度值64.3Mpa，28d弹性模量3.69104Mpa；本项目在混凝土拌和时计量准确，原材料选择上选用优质原材，及在现浇梁施工中采取的各项措施，保证了所生产的混凝土在质量上优良，力学指标满足规范设计要求。5
15、.3、高耐久性要求：现浇梁C50混凝土以低水灰比配制，选用优质原材料，除水泥、水和骨料外，掺加性能稳定的聚羧酸系高性能减水剂，减少水泥用量，减少混凝土内部孔隙率，减少体积收缩，28d电通量达到560C，抗冻等级达到F200以上，每方混凝土中碱含量2.42kg/m3、三氧化硫含量1.91%、氯离子含量0.042%，耐久性满足设计规范要求。5.4、高稳定性要求：在现浇梁施工中，由于配制时掺入了30%的矿物掺和料，混凝土在硬化早期水化热较低，硬化后期养护措施落实到位，能确保混凝土弹性模量较高、收缩与徐变较低、温缩变形较小的特点，体现了高稳定性要求。6、结论在山西中南部铁路通道ZNTJ-17标四分部现
16、浇梁的施工中，通过混凝土配合比设计，原材料优选及混凝土质量控制，生产的混凝土在工作性、耐久性，可泵性和稳定性上满足高性能混凝土的要求。但混凝土配制上的特点是水灰比低，混凝土容重大，流动性能差，通过试配掺加合理用量的矿物集料和聚羧酸系高效减水剂，选用最佳砂率，降低水泥用量，增强混凝土的工作性能，在施工中便于混凝土的浇筑，同时由于矿物掺合料的加入，增强了混凝土的体积稳定性，提高了混凝土的强度及耐久性。高性能混凝土技术指标控制中，其核心是保证耐久性，所以在施工中加强对高性能混凝土的试验研究，关注施工中出现的问题,并及时总结，对优化施工工艺、保障工程质量，为我们今后施工积累丰富经验。【参考文献】1、高性能混凝土应用技
