高速鐵路高性能砼施工技術(shù)研究

朱志軍

摘 要：該文基于筆者多年從事高速鐵路施工的相關(guān)工作經(jīng)驗，以高速鐵路高性能砼施工技術(shù)為研究對象，論文首先分析了高性能混凝土原材料的質(zhì)量控制，進而探討了高性能混凝土配合比的選定，在此基礎(chǔ)上，論文分析了施工過程的質(zhì)量控制，全文是筆者長期工作實踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：高速鐵路 高性能砼 施工 質(zhì)量控制

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（b）-0025-02

高性能混凝土（High Performance Concrete簡寫為HPC）一詞是20世紀90年代前后提出的，我國學者認為高性能混凝土一種符合特殊性能組合和勻質(zhì)性要求的混凝土，它具有易于澆筑而不離析，力學性能穩(wěn)定、早強、韌性、體積穩(wěn)定性以及嚴酷環(huán)境下的高耐久性的特點。被廣泛用于高層建筑、公路、鐵路橋梁及海港碼頭建設(shè)工程中。

1 高性能混凝土原材料的質(zhì)量控制

原材料的選用對高性能混凝土質(zhì)量的重要性及影響。尤其在原材料方面，如粗、細集料的級配、水泥細度質(zhì)量，造成新拌混凝土和易性差、混凝土澆注過程中易磨損混凝土輸送管道，發(fā)生堵、爆管現(xiàn)象。因此對高性能混凝土的原材料質(zhì)量控制以及進行混凝土坍落度調(diào)整極為重要（見圖1）。

1.1 水泥

選用水泥的流變性比強度更重要，與減水劑相容性要好，不宜用早強水泥或其它摻混合材水泥。為避免混凝土因體積不穩(wěn)定而產(chǎn)生的變形，應(yīng)選擇堿、C3A、C3S含量低，質(zhì)量穩(wěn)定的水泥。采用4215級的低堿硅酸鹽或低堿普通硅酸鹽水泥，水泥熟料中C3A含量不應(yīng)大于8%，在強腐蝕環(huán)境下不應(yīng)大于5%；礦物摻和料僅限于磨細礦渣粉或粉煤灰。

1.2 骨料

混凝土中骨料體積約占混凝土總體積的75%～85%，優(yōu)質(zhì)且級配良好的骨料可以提高混凝土的密實度，從而提高新拌混凝土的工作性和硬化后的強度及耐久性。此外，骨料的種類對高性能的體積穩(wěn)定性也有顯著影響。粗骨料的巖石種類、粒徑、粒形、表面狀況、級配以及軟弱顆粒和石粉含量將會影響拌合物的和易性及硬化后的強度，而細骨料的粗細和級配對混凝土流變性能的影響更大。

（1）砂。宜選用質(zhì)地堅硬、級配良好的河砂，細度模數(shù)宜為2.6～3.0，通過0.315 mm篩孔的砂不應(yīng)少于15%，含泥量≤1.0%；泥塊含量≤1.0%；同時用不同粒徑的砂混合，調(diào)整砂級配。

（2）碎石。宜用質(zhì)地堅硬，級配良好的石灰?guī)r、花崗巖、輝綠巖等碎石或碎卵石，不得采用具有堿-碳酸鹽反應(yīng)的骨料，并應(yīng)優(yōu)先采用非活性骨料。母巖的立方抗壓強度fg≥2fcu以上；壓碎指標不應(yīng)大于10%，針、片狀含量≤5.0%，并不得混入軟弱顆粒；含泥量≤0.5%；泥塊含量≤0.5%；吸水率≤1.0%；一般最大粒徑Dmax≤25 mm，因為粒徑小時界面周長小，厚度也小，難以形成大缺陷，不僅有利于界面強度，也有利于抗?jié)B性；碎石的粒型、表面性質(zhì)、石粉含量也很重要，應(yīng)嚴格控制。

1.3 外摻料

采用F類Ⅰ級粉煤灰和礦渣粉是理想的礦物摻和料組合。摻入一定量的粉煤灰，既能充分發(fā)揮粉煤灰的滾珠效應(yīng)，又能減少水化熱，減小混凝土自身收縮膨脹，有利于高性能混凝土的耐久性，但不利于混凝土的早期強度增長。在保證高性能混凝土可泵送的前提下，適當增加坍落度，使其和易性好，黏聚性好，泌水性得到改善，提高早期強度；減少水泥用量，可以有效減少混凝土早期溫度收縮裂縫，使抗裂性得以加強，同時也可降低成本，提高經(jīng)濟效益。

1.4 外加劑

采用新一代的聚羧酸高效減水劑，減水效果好，氯離子含量少，與萘系減水劑相比，引氣及抗泌水效果更好，更有利于混凝土質(zhì)量控制。結(jié)果選定上海某公司生產(chǎn)的新型高效減水劑（實際摻量為1.1%，減水率為32%）。

上述材料除了符合已提出的技術(shù)指標要求外，如應(yīng)用于高鐵客運專線施工中還應(yīng)符合《350 km/h客運專線預應(yīng)力混凝土預制梁暫行技術(shù)條件》或《客運專線高性能混凝土暫行技術(shù)條件》的技術(shù)規(guī)定。

2 高性能混凝土配合比的選定

高鐵客專預制梁梁體設(shè)計混凝土強度等級為C50混凝土，28 d抗壓強度要求≥50.0 MPa，彈性模量強度≥35.0 GPa，耐久性要求等級不小于P20，環(huán)境侵蝕條件按T2處理?，F(xiàn)場施工為泵送連續(xù)施工工藝，要求砼坍落度較大且要求泵性良好，且充分要考慮模板、臺座生產(chǎn)周轉(zhuǎn)時間。因此梁體砼各項性能指標要求較高，不但考慮強度要求，還要充分考慮設(shè)計砼的早期強度、耐久性和工作性能。又梁體砼澆注因采用泵送工藝施工，砼拌合物的工作性能就顯的由為重要，因為它是保證砼澆筑質(zhì)量的關(guān)鍵所在，它要求砼拌合物有較高的流動性及可泵性，易于振搗。同時拌合物還要有良好的體積穩(wěn)定性、不離析、泌水等特征， 并還要考慮環(huán)境、溫度、攪拌運輸時間對砼的流動性損失。

為此選擇砼坍落度為180～220 mm。多數(shù)造成砼質(zhì)量劣化的物理、化學侵蝕介質(zhì)都是通過水侵入砼內(nèi)部而發(fā)生的，所以提高砼的抗?jié)B性能是提高砼耐久性的重要手段，而提高砼的抗?jié)B性能主要是改善砼內(nèi)部結(jié)構(gòu)、提高砼的密實性。因此，在配合比設(shè)計時通過摻加適當?shù)牡V粉、粉煤灰等礦物摻合料和高效減水劑等手段，降低砼的水灰比、水化熱，減小內(nèi)部溫升，防止砼的不良收縮等原因造成細微裂縫，提高砼拌和料的均勻性、穩(wěn)定性和硬化后砼的密實性，同時相應(yīng)也提高了砼的強度等級。

（1）預制箱梁C50混凝土試配強度的確定：根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ55-2000），混凝土的配制強度采用公式fcu，o=fcu，k+1.645σ進行計算確定。R取值為610MPa，則：fcu，o=59.9 MPa。（2）配合比各組分的確定：充分考慮含氣量的控制，設(shè)計含氣量為3.0%。配合比設(shè)計采用體積法，計算得出預制梁C50混凝土配合比，經(jīng)試驗室室內(nèi)試配、調(diào)整后配合比見表1。endprint

該配合比經(jīng)現(xiàn)場試拌、試驗后確定混凝土工作性能、抗壓強度、靜壓彈性模量及混凝土耐久性均能夠滿足設(shè)計要求。

3 施工過程的質(zhì)量控制

3.1 混凝土拌制

（1）高性能混凝土拌制時，要嚴格控制配合比中各種原材料的計量，保證配料數(shù)量誤差在施工規(guī)范要求之內(nèi)。水膠比很低的高性能砼對用水量和材料用量變化非常敏感，所以要認真對待原材料的計量。應(yīng)定期對攪拌站計量系統(tǒng)進行檢定。另每班混凝土澆注前，應(yīng)對攪拌站計量系統(tǒng)均要進行零點校核，確保混凝土澆注過程中混凝土組成材料計量結(jié)果偏差符合相關(guān)規(guī)定見表2、表3。

（2）高性能混凝土拌制時，必須準確控制用水量，應(yīng)在砼生產(chǎn)前及生產(chǎn)過程中及時對砂、石料進行含水量測定，當含水率發(fā)生明顯變化時，增加檢測頻率并依據(jù)檢測結(jié)果及時調(diào)整混凝土用水量和骨料用量。嚴禁在材料出機后加水。

（3）因摻加了粉煤灰和硅粉等顆粒較細的材料，施工中要嚴格控制各種材料特別是細料的用量，同時要采取防風、防雨、密閉等措施。

3.2 混凝土澆注

（1）高性能混凝土中由于摻加了粉煤灰和礦渣粉，和易性較好，不易產(chǎn)生離析的現(xiàn)象，同時由于混凝土中的各種成分之間黏結(jié)能力比普通混凝土增強，以及由于摻加了多種外摻料，在不同溫度下混凝土的坍落度損失亦不同。因此，混凝土澆注時要根據(jù)現(xiàn)場施工溫度選擇適宜的混凝土坍落度，提供給拌和站進行調(diào)整。（2）混凝土澆筑過程中，注意振搗，特別是箱梁腹板與底板及頂板的承托、預應(yīng)力鋼束錨固鋼筋密集部位，由于鋼筋比較密集，建議采用直徑稍小的振動棒，適當延長振搗時間，并配合附著式振搗器，確保不漏振、不過振，保證箱梁的外觀質(zhì)量。（3）混凝土澆筑完成，表面收漿干燥后，應(yīng)及時養(yǎng)護和抽動波紋管內(nèi)芯棒。

3.3 混凝土養(yǎng)護、拆模

高性能砼因水膠比低，早期強度并不比同強度的普通砼的低。摻入大量細摻料的高性能砼需要盡早保水養(yǎng)護。早期保水養(yǎng)護不足對所有砼的強度發(fā)展和耐久性都有不利的影響。摻加粉煤灰的砼拌和物對濕度和溫度尤其敏感，澆注過程中，混凝土表面失水較快，在其表面形成一道硬殼，即“假凝”現(xiàn)象。如養(yǎng)護不及時，則有可能在混凝土表面形成微小網(wǎng)狀干縮裂縫。所以要求砼澆筑完畢待終凝后立即灑水覆蓋或蒸汽養(yǎng)護，養(yǎng)護期間不少于7 d，控制拆模強度為梁體同條件養(yǎng)護試件強度達到砼設(shè)計強度的60%方可拆模。

4 結(jié)語

高性能混凝土質(zhì)量控制，牽涉到原材料選擇、配合比設(shè)計、施工工藝等諸多因素，為充分發(fā)揮高性能混凝土的性能，應(yīng)在配制高性能混凝土原材料選擇上加以重視，并加強高性能混凝土施工生產(chǎn)、運輸、澆注、及養(yǎng)護過程中的質(zhì)量控制，從而保證工程質(zhì)量要求。

參考文獻

[1] 張少鋒.客運專線箱梁預制質(zhì)量控制要點[J].鐵道標準設(shè)計，2007（6）.

[2] 胡耀華.高強.高性能混凝土質(zhì)量監(jiān)控探討[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2005（2）.endprint

該配合比經(jīng)現(xiàn)場試拌、試驗后確定混凝土工作性能、抗壓強度、靜壓彈性模量及混凝土耐久性均能夠滿足設(shè)計要求。

3 施工過程的質(zhì)量控制

3.1 混凝土拌制

（1）高性能混凝土拌制時，要嚴格控制配合比中各種原材料的計量，保證配料數(shù)量誤差在施工規(guī)范要求之內(nèi)。水膠比很低的高性能砼對用水量和材料用量變化非常敏感，所以要認真對待原材料的計量。應(yīng)定期對攪拌站計量系統(tǒng)進行檢定。另每班混凝土澆注前，應(yīng)對攪拌站計量系統(tǒng)均要進行零點校核，確?；炷翝沧⑦^程中混凝土組成材料計量結(jié)果偏差符合相關(guān)規(guī)定見表2、表3。

（2）高性能混凝土拌制時，必須準確控制用水量，應(yīng)在砼生產(chǎn)前及生產(chǎn)過程中及時對砂、石料進行含水量測定，當含水率發(fā)生明顯變化時，增加檢測頻率并依據(jù)檢測結(jié)果及時調(diào)整混凝土用水量和骨料用量。嚴禁在材料出機后加水。

（3）因摻加了粉煤灰和硅粉等顆粒較細的材料，施工中要嚴格控制各種材料特別是細料的用量，同時要采取防風、防雨、密閉等措施。

3.2 混凝土澆注

（1）高性能混凝土中由于摻加了粉煤灰和礦渣粉，和易性較好，不易產(chǎn)生離析的現(xiàn)象，同時由于混凝土中的各種成分之間黏結(jié)能力比普通混凝土增強，以及由于摻加了多種外摻料，在不同溫度下混凝土的坍落度損失亦不同。因此，混凝土澆注時要根據(jù)現(xiàn)場施工溫度選擇適宜的混凝土坍落度，提供給拌和站進行調(diào)整。（2）混凝土澆筑過程中，注意振搗，特別是箱梁腹板與底板及頂板的承托、預應(yīng)力鋼束錨固鋼筋密集部位，由于鋼筋比較密集，建議采用直徑稍小的振動棒，適當延長振搗時間，并配合附著式振搗器，確保不漏振、不過振，保證箱梁的外觀質(zhì)量。（3）混凝土澆筑完成，表面收漿干燥后，應(yīng)及時養(yǎng)護和抽動波紋管內(nèi)芯棒。

3.3 混凝土養(yǎng)護、拆模

高性能砼因水膠比低，早期強度并不比同強度的普通砼的低。摻入大量細摻料的高性能砼需要盡早保水養(yǎng)護。早期保水養(yǎng)護不足對所有砼的強度發(fā)展和耐久性都有不利的影響。摻加粉煤灰的砼拌和物對濕度和溫度尤其敏感，澆注過程中，混凝土表面失水較快，在其表面形成一道硬殼，即“假凝”現(xiàn)象。如養(yǎng)護不及時，則有可能在混凝土表面形成微小網(wǎng)狀干縮裂縫。所以要求砼澆筑完畢待終凝后立即灑水覆蓋或蒸汽養(yǎng)護，養(yǎng)護期間不少于7 d，控制拆模強度為梁體同條件養(yǎng)護試件強度達到砼設(shè)計強度的60%方可拆模。

4 結(jié)語

高性能混凝土質(zhì)量控制，牽涉到原材料選擇、配合比設(shè)計、施工工藝等諸多因素，為充分發(fā)揮高性能混凝土的性能，應(yīng)在配制高性能混凝土原材料選擇上加以重視，并加強高性能混凝土施工生產(chǎn)、運輸、澆注、及養(yǎng)護過程中的質(zhì)量控制，從而保證工程質(zhì)量要求。

參考文獻

[1] 張少鋒.客運專線箱梁預制質(zhì)量控制要點[J].鐵道標準設(shè)計，2007（6）.

[2] 胡耀華.高強.高性能混凝土質(zhì)量監(jiān)控探討[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2005（2）.endprint

該配合比經(jīng)現(xiàn)場試拌、試驗后確定混凝土工作性能、抗壓強度、靜壓彈性模量及混凝土耐久性均能夠滿足設(shè)計要求。

3 施工過程的質(zhì)量控制

3.1 混凝土拌制

（1）高性能混凝土拌制時，要嚴格控制配合比中各種原材料的計量，保證配料數(shù)量誤差在施工規(guī)范要求之內(nèi)。水膠比很低的高性能砼對用水量和材料用量變化非常敏感，所以要認真對待原材料的計量。應(yīng)定期對攪拌站計量系統(tǒng)進行檢定。另每班混凝土澆注前，應(yīng)對攪拌站計量系統(tǒng)均要進行零點校核，確?；炷翝沧⑦^程中混凝土組成材料計量結(jié)果偏差符合相關(guān)規(guī)定見表2、表3。

（2）高性能混凝土拌制時，必須準確控制用水量，應(yīng)在砼生產(chǎn)前及生產(chǎn)過程中及時對砂、石料進行含水量測定，當含水率發(fā)生明顯變化時，增加檢測頻率并依據(jù)檢測結(jié)果及時調(diào)整混凝土用水量和骨料用量。嚴禁在材料出機后加水。

（3）因摻加了粉煤灰和硅粉等顆粒較細的材料，施工中要嚴格控制各種材料特別是細料的用量，同時要采取防風、防雨、密閉等措施。

3.2 混凝土澆注

（1）高性能混凝土中由于摻加了粉煤灰和礦渣粉，和易性較好，不易產(chǎn)生離析的現(xiàn)象，同時由于混凝土中的各種成分之間黏結(jié)能力比普通混凝土增強，以及由于摻加了多種外摻料，在不同溫度下混凝土的坍落度損失亦不同。因此，混凝土澆注時要根據(jù)現(xiàn)場施工溫度選擇適宜的混凝土坍落度，提供給拌和站進行調(diào)整。（2）混凝土澆筑過程中，注意振搗，特別是箱梁腹板與底板及頂板的承托、預應(yīng)力鋼束錨固鋼筋密集部位，由于鋼筋比較密集，建議采用直徑稍小的振動棒，適當延長振搗時間，并配合附著式振搗器，確保不漏振、不過振，保證箱梁的外觀質(zhì)量。（3）混凝土澆筑完成，表面收漿干燥后，應(yīng)及時養(yǎng)護和抽動波紋管內(nèi)芯棒。

3.3 混凝土養(yǎng)護、拆模

高性能砼因水膠比低，早期強度并不比同強度的普通砼的低。摻入大量細摻料的高性能砼需要盡早保水養(yǎng)護。早期保水養(yǎng)護不足對所有砼的強度發(fā)展和耐久性都有不利的影響。摻加粉煤灰的砼拌和物對濕度和溫度尤其敏感，澆注過程中，混凝土表面失水較快，在其表面形成一道硬殼，即“假凝”現(xiàn)象。如養(yǎng)護不及時，則有可能在混凝土表面形成微小網(wǎng)狀干縮裂縫。所以要求砼澆筑完畢待終凝后立即灑水覆蓋或蒸汽養(yǎng)護，養(yǎng)護期間不少于7 d，控制拆模強度為梁體同條件養(yǎng)護試件強度達到砼設(shè)計強度的60%方可拆模。

4 結(jié)語

高性能混凝土質(zhì)量控制，牽涉到原材料選擇、配合比設(shè)計、施工工藝等諸多因素，為充分發(fā)揮高性能混凝土的性能，應(yīng)在配制高性能混凝土原材料選擇上加以重視，并加強高性能混凝土施工生產(chǎn)、運輸、澆注、及養(yǎng)護過程中的質(zhì)量控制，從而保證工程質(zhì)量要求。

參考文獻

[1] 張少鋒.客運專線箱梁預制質(zhì)量控制要點[J].鐵道標準設(shè)計，2007（6）.

[2] 胡耀華.高強.高性能混凝土質(zhì)量監(jiān)控探討[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2005（2）.endprint