混凝土用材料選優(yōu)方案

宮展蒙

(中鐵十二局集團第四工程公司，陜西 西安 710021)

1 概述

鐵路客運專線與普通鐵路相比，具有運行速度高、設計使用年限久等特點，某鐵路客運專線設計時速為250 km/h，設計使用年限為100年，因此對于建設過程中各個環(huán)節(jié)都是從高從嚴要求，尤其對于結構方面起主要作用的混凝土更是特別嚴格，從選材、配合比的設計及施工質量控制都相當苛刻。

針對橋梁工程配筋密、間距小、外觀質量要求高的特點，經(jīng)討論決定，采用粉煤灰及磨細礦渣粉雙摻的方法，配合使用高效聚羧酸減水劑，配置高耐久性，大流動度，高坍落度保持的高性能混凝土[1-3]。

2 原材料

2.1 水泥

試驗所用的水泥為強度等級42.5的硅酸鹽水泥，水泥主要性能指標見表1。

表1 42.5型普通硅酸鹽水泥主要性能指標

2.2 細骨料

配制砂漿用砂采用GB 178規(guī)定的標準砂。配制混凝土用砂為河砂，細度模數(shù)為 Mx=2.6，堆積密度為1.56 g/cm3，表觀密度為 2.60 g/cm3。

2.3 粗骨料

最大公稱粒徑為20 mm～40 mm，連續(xù)級配，表觀密度為2.66 g/cm3，堆積密度為 1.60 g/cm3。經(jīng)過人工沖洗，篩分為兩檔:細檔(≤10 mm)，粗檔(＞10 mm)。試驗搭配分析研究，細檔與粗檔的比例為3∶7時，粗骨料的堆積密度最大。因此，試驗中采用此搭配的粗骨料。

2.4 水

配制時采用自來水。

2.5 摻合料

試驗中采用的摻合料主要有粉煤灰、磨細礦渣粉、硅粉，具體化學成分見表2。

2.6 外加劑

外加劑品種有:萘系減水劑JM8;某建材公司聚羧酸高效減水劑SP8，某建材公司生產(chǎn)的聚羧酸類高效減水劑SX-C，SR3。

3 混凝土材料的選優(yōu)及配合比的設計

表2 摻合料的化學成分

3.1 配合比的對比分析

鐵道部于2005年頒布了《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》，依此作為本項目的技術準則。文件中對混凝土結構耐久性指標作了具體規(guī)定，對混凝土碳化指標、電通量指標、抗凍融及耐磨等指標進行了細化。遵照《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》和本工程的地理條件，對于本工程中所要求的高性能混凝土配合比，我們咨詢過多位專家，專家們進行過詳盡的分析，提出解決方案。通過增加混凝土的密實度提高其抗?jié)B性能，減少拌和物中的堿含量和金屬鹽含量來降低其通電能力，在合理的范圍內降低混凝土用水量來減少其毛細孔隙等。并推薦幾種方案，具體如下:

第一方案:應用聚羧酸系列減水劑來提高混凝土性能。

第二方案:應用萘系減水劑并摻加硅灰以提高混凝土性能。

第三方案:摻加應用萘系減水劑并摻加專用防腐劑以提高混凝土耐腐蝕性能。

以上三種方案在鐵路客運專線都有所應用，表3列出了三種方案的配合比(以水下混凝土C30為例，單位:kg/m3)。

表3 三種方案配合比

3.2 混凝土試配情況

A0為不摻礦物摻合料的基準混凝土，用以對比礦物摻合料對混凝土性能的影響。

從表4中可以看出，各組混凝土的初始坍落度基本都在16 cm～22 cm之間，但使用聚羧酸類減水劑拌制的混凝土初始坍落度在20 cm以上，而且表現(xiàn)出良好的坍落度保持性能。

A1，A2，A3，A4與A1對比可以看出，對于新拌混凝土摻合料的加入，對水泥顆粒起到潤滑分散作用，更多的漿體游離出來，使骨料得到潤滑并改善混凝土的和易性，最直觀的表現(xiàn)即混凝土坍落度的增加以及保水性和抗離析能力的增強。且摻入摻合料后，混凝土密實度得以提高，后期強度都比不摻摻合料的混凝土要大。

A0，A1，A2與A3，A4對比可以看出聚羧酸減水劑比傳統(tǒng)萘系減水劑具有更高的減水效果，膠材總量大大降低，并且對于坍落度的保持效果更好，A3，A4兩組1 h后混凝土的施工性能明顯下降，已經(jīng)不能滿足泵送要求，配合比單方用水量較多，它們的后期強度也比較低，會大大提高混凝土的電通量，對耐久性能影響較大。

表4 試配情況表

對比A1與A2可以看出聚羧酸減水劑配制的混凝土，1 h混凝土坍落度仍保持在20 cm左右，而后期強度比其他組高。在保證混凝土密實的條件下，膠材的減少不僅節(jié)約了混凝土的成本，更有助于混凝土整體耐久性的提高。

對A1，A2，A3，A4進行耐久性試驗研究。

3.3 混凝土耐久性研究

3.3.1 抗?jié)B性

根據(jù)規(guī)定，成型了的混凝土抗?jié)B試件，標準養(yǎng)護56 d后進行了抗?jié)B性試驗。在試驗水壓從0.1 MPa開始，每隔8 h增加水壓0.1 MPa，加壓到3.0 MPa，并恒壓8 h后，發(fā)現(xiàn)四組配合比的混凝土均無透水現(xiàn)象，表明各組的混凝土抗?jié)B壓力大于3 MPa。劈開后，測量各配比混凝土的滲水高度，結果見圖1。

從圖1中可以看出，4組的滲水高度都小于30 mm，A3，A4滲水高度在18 mm～26 mm之間，而A1，A2都在15 mm以下，這是因為聚羧酸減水劑減水率高，用水量少，混凝土更加密實。A1較A2具有更好的抗?jié)B性能，A1的滲水高度在12 mm以下，能夠滿足特殊環(huán)境下抗?jié)B混凝土的配制。

3.3.2 干燥收縮

混凝土的干燥收縮試件采用100 mm×100 mm×515 mm標準試件，按標準條件下養(yǎng)護及檢測。但在1 d脫模后，測試其初始長度。收縮率為同組三個試件的平均值。結果見表5和圖2。

表5 各組混凝土的干縮性能

圖2 不同配合比的干縮曲線

表5和圖2給出了不同齡期下不同配合比的混凝土的干燥收縮率。從中可以看到，采用萘系減水劑的混凝土收縮率較大，這是因為膠材用量大，單方用水量大都會使混凝土的收縮性能變大，A1較A2具有更好的抗收縮性能。

3.3.3 抗硫酸鹽侵蝕

配制濃度為10%的硫酸鈉溶液，將測試試件在標準養(yǎng)護28 d后取出，浸入清水以及上述溶液中，要求液面高出試件上表面20 mm，溶液溫度保持在(20±3)℃。90 d后取出試件，用清水沖洗其表面，然后放入標準養(yǎng)護室中2 d，取出測定強度值。不同配合比混凝土抗硫酸鹽侵蝕結果見表6。

表6 混凝土在不同介質中浸泡3個月后的強度變化

從表6的數(shù)據(jù)中可以看出，各組混凝土在硫酸鈉溶液中浸泡后，強度均比在清水中浸泡的混凝土強度低，但使用聚羧酸減水劑的A1，A2兩組，混凝土強度損失率更小，僅為0.5%和2.6%。膠凝材料用量的降低，以及活性摻合料的使用，都降低了C3A相對于硅酸鹽水泥的含量，同時混凝土密實度的提高控制了硫酸鹽離子往混凝土中的侵入，因而A1混凝土表現(xiàn)出更好的抗硫酸鹽侵蝕能力。

3.3.4 抗凍融能力

根據(jù)規(guī)定，采用快凍法對混凝土進行了抗凍性試驗，凍融循環(huán)300次后的試件重量及動彈性模量結果見表7，表8。

表7 各組混凝土經(jīng)300次凍融循環(huán)后試件平均重量的變化 kg

表8 各組混凝土經(jīng)300次凍融循環(huán)后動彈性模量的變化 GPa

從表8可以看出，不同配合比的混凝土都表現(xiàn)出良好的抗凍融循環(huán)能力，活性摻合料的加入細化了混凝土的孔結構，使水分難以滲入混凝土試件內部。A1仍然表現(xiàn)出了最好的抗凍融性能。

綜合以上實驗結果看出按A1配合比配制的混凝土表現(xiàn)出了最好的混凝土新拌性能、可施工性能、力學性能和耐久性能，并且在C35，C40，C45，C50混凝土中優(yōu)越性更大。因此選擇摻加礦物摻合料和某建筑材料有限公司生產(chǎn)的高效聚羧酸減水劑配制高性能混凝土。

4 綜合性價比分析

根據(jù)工地所在地的材料，對三種方案進行造價分析:

水泥350元/t、粉煤灰180元/t、礦粉260元/t、硅粉500元/t、砂30元/t、碎石 45元/t、JM8減水劑 3 800元/t、SP8減水劑7 800元/t、聚羧酸減水劑7 500元/t、防腐劑3 000元/t。

以上述C30混凝土每立方米為例對三種方案造價列表9。

表9 三種方案造價比較

5 結語

1)使用聚羧酸減水劑拌制的混凝土，具有更好的坍落度保持能力;摻合料的使用提高了混凝土的和易性并增強了混凝土后期強度。2)使用聚羧酸減水劑，降低了膠凝材料總量，混凝土仍具有較大的坍落度及強度和高耐久性。3)使用方案1和聚羧酸減水劑獲得了最大的經(jīng)濟效益，大大降低了總造價。

[1] 吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中國鐵路出版社，1998.

[2] 陳肇元，朱金銓，吳佩剛.高強混凝土及其應用[M].北京:清華大學出版社，1992.

[3] 孫振平，蔣正武，金慧忠，等.聚羧酸系減水劑在鋼管混凝土橋拱施工中的應用[J].建筑技術，2009(2):31-35.

[4] 郭延輝，郭京育.聚羧酸系高性能減水劑及其應用技術[M].北京:機械工業(yè)出版社，2005:216-222.