哈大鐵路客運(yùn)專線高性能混凝土28 d與56 d齡期性能指標(biāo)關(guān)系及應(yīng)用

張先軍，王基全，李新樂，雷 濤

(1.哈大鐵路客運(yùn)專線有限公司，沈陽 110002;2.大連民族學(xué)院土木建筑工程學(xué)院，大連 116600)

1 概述

《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》描繪了我國鐵路發(fā)展的宏偉藍(lán)圖。到2020年，我國鐵路營業(yè)總里程將達(dá)到10萬km，其中建設(shè)客車速度目標(biāo)值達(dá)到200 km/h及以上包括“四縱”、“四橫”及3個城際客運(yùn)系統(tǒng)(環(huán)渤海地區(qū)、長江三角洲地區(qū)、珠江三角洲地區(qū))的高速鐵路里程將達(dá)到1.2萬km以上。為了確保高速鐵路及客運(yùn)專線橋涵基礎(chǔ)、墩身及梁體、無砟軌道板等結(jié)構(gòu)物的強(qiáng)度、耐久性，我國鐵路研發(fā)了高性能混凝土，并在高速鐵路主體結(jié)構(gòu)全部普遍采用。高速鐵路驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)對高性能混凝土的性能評定采用的是56 d齡期指標(biāo)評定體系，從高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)過程來講，至少需要兩個月才能完成，如果進(jìn)行抗凍融等耐久性指標(biāo)試驗(yàn)(考慮300次循環(huán))，則需要3.5個月甚至更長。由于工程需要，客觀上要求開工后盡快展開全面施工，而配合比設(shè)計(jì)就需要2～3個月甚至更長時(shí)間，不能滿足工程建設(shè)需求。因此，本文對高性能混凝土28 d與56 d齡期性能指標(biāo)關(guān)系進(jìn)行了研究，提出了根據(jù)28 d試驗(yàn)結(jié)果審批配合比的思路，以期合理縮短配合比設(shè)計(jì)周期，在確保工程質(zhì)量的前提下，保證施工進(jìn)度和工期需求。

2 高性能混凝土配合比試配28 d與56 d齡期性能指標(biāo)

為了對高性能混凝土28 d與56 d齡期性能指標(biāo)關(guān)系有一個較全面的了解，對哈大鐵路客運(yùn)專線的高性能混凝土不同齡期指標(biāo)進(jìn)行研究，重點(diǎn)研究了C30～C45樁基、墩臺及C50箱梁高性能混凝土，主要考察了強(qiáng)度和電通量的28、56 d齡期的指標(biāo)關(guān)系，取得了有代表性的65組數(shù)據(jù)，同時(shí)研究驗(yàn)證了24組C30～C50混凝土的抗凍融性能指標(biāo)的關(guān)系。

由表1～表4和圖1、圖2可以看出:各個不同強(qiáng)度等級、不同材料的混凝土配合比56 d的性能指標(biāo)均優(yōu)于28 d指標(biāo)，考察的65組配合比中，65組28 d的強(qiáng)度指標(biāo)值達(dá)到了設(shè)計(jì)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值的要求，44組28 d齡期的電通量值達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，占68%。56 d相對于28 d齡期強(qiáng)度平均增長率為7.7%，電通量平均降低率為29.4%。

2.1 混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由表1和圖1可以看出，56 d相對于28 d的強(qiáng)度平均增長率為7.7%，最大增長率為24.5%，最小增長率為3.6%，其中強(qiáng)度增長率在5%～20%的共57組，占總組數(shù)的87.7%。

表1 哈大客運(yùn)專線混凝土28、56 d強(qiáng)度結(jié)果對比

圖1 強(qiáng)度增長率分布百分比

2.2 電通量指標(biāo)變化關(guān)系情況

哈大客運(yùn)專線高性能混凝土28 d、56 d齡期電通量試驗(yàn)結(jié)果見表2和圖2，由表2和圖2可以看出，56 d相對于28 d的電通量平均降低率為29.4%，最大降低率為54.8%，最小降低率為8.1%，其中電通量降低率在10～40%范圍的共53組，占總組數(shù)的81.5%。

圖2 電通量降低百分比

2.3 哈大客專高性能混凝土抗凍性試驗(yàn)結(jié)果(表3)

由表3可以看出C50箱梁經(jīng)200次凍融循環(huán)后，混凝土28、56 d抗凍指標(biāo)變化不大，且均遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足規(guī)范要求(質(zhì)量損失不大于5%，相對凍彈模量不低于60%)。質(zhì)量損失28 d平均值為0.98%，56 d為0.92，平均降低了6.3%;相當(dāng)動彈模量28 d為89.3%，56 d為92.3%，平均降低了3.4%。

由表4可以看出，C30～C45墩臺混凝土經(jīng)300次凍融循環(huán)后，質(zhì)量損失及相對動彈模量值均較C50箱梁高，質(zhì)量損失28 d平均為2.01%，56 d為1.88%;相對動彈模量28 d平均為73.4%，56 d為76.0%，平均質(zhì)量損失降低率和平均相對動彈模增長率同C50箱梁相當(dāng)，分別為6.1%和3.8%。

表2 哈大客運(yùn)專線混凝土28、56 d電通量結(jié)果對比

表3 哈大客運(yùn)專線混凝土抗凍性試驗(yàn)結(jié)果(箱梁)

表4 哈大客運(yùn)專線混凝土抗凍性試驗(yàn)結(jié)果(墩臺)

3 不同齡期高性能混凝土微觀結(jié)構(gòu)

混凝土作為一種水硬性混合材，隨齡期的增長，各項(xiàng)指標(biāo)也相應(yīng)發(fā)生變化，隨著水化反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，以及高性能混凝土摻加粉煤灰或磨細(xì)礦渣粉后所產(chǎn)生的火山灰二次反應(yīng)，生成凝膠體，進(jìn)一步填充混凝土中的空隙，強(qiáng)度會進(jìn)一步增長，密實(shí)度增加。表現(xiàn)在指標(biāo)上就是56 d的強(qiáng)度比28 d強(qiáng)度高，電通量指標(biāo)56 d比28 d低。因此高性能混凝土后期強(qiáng)度及耐久性能指標(biāo)會有較大程度提高。圖3及圖4為選取的C30高性能混凝土28、56 d水化產(chǎn)物的電鏡照片，從照片可以看出，56 d結(jié)構(gòu)比28 d要致密，水化更充分，這也正是56 d強(qiáng)度、電通量、抗凍性等物理性能指標(biāo)優(yōu)于28 d的微觀表現(xiàn)。

圖3 C30高性能混凝土28 d電鏡照片

圖4 C30高性能混凝土56 d電鏡照片

4 高性能混凝土28 d與56 d齡期性能指標(biāo)關(guān)系的應(yīng)用

通過對哈大客運(yùn)專線不同強(qiáng)度等級、不同原材料、不同配合比的分析表明，高性能混凝土56 d的性能指標(biāo)是優(yōu)于28 d指標(biāo)的，當(dāng)硬化混凝土的配合比驗(yàn)證指標(biāo):強(qiáng)度、電通量、抗凍性(由于抗?jié)B性指標(biāo)和電通量為同一類型的表征指標(biāo)，而且抗?jié)B強(qiáng)度等級指標(biāo)對高性能混凝土表征意義不大，故未專門研究)等指標(biāo)的28 d結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，56 d指標(biāo)一般會更符合設(shè)計(jì)，因此本著保守原則，在28 d結(jié)果合格的情況下，可以審批高性能混凝土配合比，待56 d結(jié)果出來后進(jìn)行調(diào)整。目前客運(yùn)專線執(zhí)行的《高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》對各種環(huán)境條件下的混凝土原材料質(zhì)量、配合比參數(shù)(如水膠比、水泥用量、摻合料比例等)都進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定要求，按照這些規(guī)定，大部分選定的配合比28 d的指標(biāo)均能達(dá)到或超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值，或者試驗(yàn)配合比中水膠比較小的配合比(偏保守)28 d指標(biāo)就可滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。

根據(jù)這個思路，哈大客運(yùn)專線公司下發(fā)了《關(guān)于按28 d結(jié)果審批配合比的要求的通知》，明確規(guī)定，施工、監(jiān)理單位可以按上述原則試驗(yàn)和審批配合比，全線共按28 d試驗(yàn)結(jié)果審批配合比103組，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證其56 d試驗(yàn)結(jié)果均超過了28 d試驗(yàn)結(jié)果，滿足設(shè)計(jì)要求。通過這一舉措，既保證了混凝土配合比的質(zhì)量，又加快了施工進(jìn)度。在施工過程中，對于重要的結(jié)構(gòu)，也應(yīng)用這一關(guān)系和思路進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，如墩臺齡期未到，可否架設(shè)箱梁，經(jīng)測試28 d的性能指標(biāo)，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，則可以驗(yàn)收通知，進(jìn)行下道工序。

5 結(jié)論

(1)對高性能混凝土來說，由于摻加了活性摻和料，其56 d的強(qiáng)度、電通量、抗凍性等指標(biāo)要優(yōu)于28 d指標(biāo)，28 d齡期的強(qiáng)度、電通量、抗凍性等指標(biāo)滿足要求后，56 d齡期該項(xiàng)指標(biāo)也達(dá)到或超過28 d指標(biāo)值。

(2)對于執(zhí)行《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》的客運(yùn)專線及其他相關(guān)混凝土工程可以按照本文提到原則按28 d試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行混凝土配合比的配和審批，但要注意該結(jié)果是偏于保守的，必要時(shí)應(yīng)按56 d試驗(yàn)結(jié)果再進(jìn)行調(diào)整。

［1］鐵道部建設(shè)管理司.鐵建設(shè)［2005］160號 鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:鐵道部建設(shè)管理司，2005.

［2］鐵道部科學(xué)技術(shù)司.科技基［2005］101號 客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件［S］.北京:鐵道部科學(xué)技術(shù)司，2005.

［3］鐵道部建設(shè)管理司.鐵建設(shè)［2005］157號 鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定［S］.北京:鐵道部建設(shè)管理司，2005.

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