高鐵高性能混凝土設計與應用

賈建良

（1.石家莊鐵道大學，河北 石家莊 430325；2.中鐵十八局，天津 300222）

高性能混凝土是一種采用新型高端制造技術打造出的一種質量國際領先的產品，各方面性能都高于普通混凝土.持久耐用、廣泛適用、經濟合理、性能穩(wěn)定是其主要特征.高性能混凝土之所以具有上述特點，主要是因為其在產品配置上的獨特性.它注重原材料質量、融入的水膠比低，還添加了足夠多的礦物摻料和高性能的外加劑，共同保證了高性能混凝土的效用.

1 高性能混凝土原材料設計

1.1 高性能混凝土原材料比例分配

高性能混凝土的主要原材料包括水泥、礦物摻加料、外加劑、粗骨料、細骨料等.要想更好地發(fā)揮高性能混凝土的效能，在混凝土制作中要嚴格控制各種原材料的添加比例.高性能混凝土所選水泥必須為普硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，水泥中不能有超過8%的C3A，堿濃度要高于0.8%，氯離子不超過0.1%，細密度不能高于10%.像食物一樣，它還有嚴格的保質期，按照要求，存放三天的水泥是最理想的.

1.1.1 高性能混凝土的主要特性

普通混凝土所能承受的壓力小，因而使用范圍狹窄，而高性能混凝土革新了這一不足.研發(fā)人員以持久耐用作為主要目標，制作過程中混凝土漿液流動性高，離析、泌水率低.用高性能混凝土澆筑成型的石塊形狀均勻、密度高、具有非常高的耐壓性，承重能力明顯優(yōu)于普通混凝土，且使用壽命長，抵抗外部侵蝕的能力較強.

1.1.2 高性能混凝土的原材料選擇

用來制作高性能混凝土的水泥之所以選用低堿硅酸鹽水和低堿普通硅酸鹽水，是因為這兩種水泥具有非常穩(wěn)定的品質，強度等級較低，原料中所含的C3A低于8%，這樣能增強混凝土的抗腐蝕性.摻入混凝土中的礦物應選用優(yōu)質粉煤灰或磨細了得礦渣粉，不能還有大塊的雜志，會破壞混凝土的粘合性.粉煤灰的兌水量要小于100%，燒失量應控制在3%以內，所摻合量以每千克400-500平方米為準.摻合的細骨料選用堅硬無雜質的天然河沙，沙子的粗細度應為2.6-3.0，保證沙子中的含泥量不能高于2%，盡量剔除較大的泥塊.粗骨料要選用碎度為10%的碎石，所選碎石的強度要與混凝土的預期強度持平，針片狀石塊不能超過5%，泥土含量不能超過0.5%，塊狀泥含量小于0.1%.選用的外加劑要具備減水率高、坍陷度小等性能，這樣的添加劑對水泥、水、空氣都有良好的適應性.攪拌混凝土所用的水也要符合飲用水標準，確保水中無雜質和沉淀物.

1.1.3 高性能混凝土的配合比參數(shù)的選擇

在給高性能混凝土配料時要注意水膠比率、摻合礦物料的添加比率、粗骨料、細骨料的添加比率，這些比率雖然繁瑣，但卻影響著混凝土的整體性能，需要認真對待.這些原材料之間的配比相互影響、相互制約，例如要想混凝土更耐用，配料時就要盡可能降低水膠比；要想提高混凝土的流動性可以增加砂的使用量；要想提高混凝土的強度則可以減少粗骨料，多用細骨料.選擇正確的原材料，確定正確的摻合比率，才會得到高效能的混凝土.下面大致列出了各個原材料之間的合理配比：

水膠比：從國內高性能混凝土的研發(fā)生產經驗來看，和理的水膠比應控制在0.30-0.33之間.

漿集比：確定好水膠比后，為滿足漿集比高性能混凝土的流動性大這一特點，需要適當增加膠凝材料用量.根據(jù)以往的成功的生產經驗，每立方米的混凝土中膠凝物總量不能超過500千克.需要注意的是，膠凝物的使用也不能過少，太少會影響混凝土成品的性能，會引發(fā)混凝土斷層、分裂，混凝土硬化后的抗腐蝕能力也會降低，減少混凝土的使用年限，因此，要確保高性能混凝土中膠凝材料的摻合量最少要達到每立方米300千克.

（3）礦物摻合料比例：在混凝土中添加礦物石料是為了提高混凝土的抗腐蝕性，減低混凝土應硬化、干縮而產生性能變化的可能性.所以，摻入優(yōu)質粉煤灰和細礦渣粉來代替水泥是必不可少的.

（4）砂率：確定砂率時應考慮到砂的粗細程度、砂的精細級別等.單靠砂自身的細度參數(shù)往往不能完全反映出砂的性能，因此在確定砂率時還要仔細辨別砂粒組成情況：所選砂以細顆粒為主時可適當降低砂的使用量，防止過多的細顆粒物導致水泥漿不足，增大管道潤滑層的摩擦；所選砂中細砂較少時要提高砂率，同時增加漿液的保水性，防止混凝土硬化后分裂.

1.2 高速鐵路混凝土配料注意事項

高速鐵路在大大提高了運行速度的同時，也給鐵路修筑技術和建筑材料的選擇帶來了大大的挑戰(zhàn).其中對澆筑鐵路路基的混凝土更是有著嚴格的質量要求.在配置高速鐵路混凝土時需添加一種外加劑，這種耐用性高、性價比高的聚羧酸系列產品以其獨特的性能優(yōu)勢得以廣泛運用.使用該外加劑時需要注意混凝土中其他材料的含量：其中堿水率要大于20%，所含氯離子不得超過0.2%，硫酸鈉含量、堿含量少于10%，空氣低于3%.這些數(shù)字看似無關緊要，但在配置混凝土時一定要嚴格按照要求嚴格檢測，以免配料失當帶來的損失.

1.3 高速鐵路混凝土生產注意事項

高速鐵路施工前首先要實地考察，落實相應地段的路況、氣候等情況.澆筑混凝土時，關鍵在于控制好坍落度，為此需要嚴格控制混凝土的制作過程.攪拌原材料前，需要測量出原材料的含水量，據(jù)此確定各材料的配比，務必確保所測量數(shù)據(jù)的準確性和材料配比的科學性.混凝土攪拌人員要有扎實的專業(yè)知識，每方混凝土要進行不少于兩次的測量，保證前后數(shù)據(jù)的一致.工作人員要認真負責，不能敷衍了事，對各項數(shù)據(jù)及時測量、核對.混凝土攪拌時，為了使生產出的成品更耐用、各方面性能更好，一定要嚴格按照程序進行攪拌，保證各個原材料充分融合、保證外加劑充分發(fā)揮其化學性能，攪拌時間要充足.

2 高性能混凝土的生產與質量控制

2.1 原材料的計量

高性能混凝土優(yōu)異性能，首先離不開對原材料的準確計量.可以說，原材料的配比是影響混凝土均與性、粘合性、耐壓性等的關鍵環(huán)節(jié).生產環(huán)節(jié)中原材料的測量結果誤差要控制在一定范圍中，盡可能使數(shù)據(jù)精確、科學.用于測量原材料的相關儀器在進行新一次測量時都應歸零校準，減少誤差.其中摻合粉煤灰和水泥、水、砂石之間有著嚴格配比，生產前應準確稱量出各原材料所需分量.還應考慮骨料中的含水量和施工時的天氣狀況來調整混凝土攪拌中需加的水量.

2.2 攪拌

高性能混凝土的攪拌時間比普通混凝土長，且摻合的原材料之間不斷發(fā)生化學反應，因此攪拌是否充分決定著生產出的混凝土的質量高低.攪拌前，可先加入相同配比的水泥漿空轉幾分鐘之后倒掉，這樣做是為了使攪拌桶濕潤.然后加入細骨料、礦物材料、水泥等原材料攪拌30秒至原材料均勻混合.再加水和減水劑繼續(xù)攪拌，攪拌時間不得少于兩分鐘.減水劑也可分次摻加，分別在攪拌時和混凝土運送到工地使用前摻加，這樣做有利于較低坍落度，適用于混凝土需遠距離運送的工程.

2.3 澆筑

從以往的施工經驗可以看出，澆筑過程對混凝土的質量也有著重大影響.澆筑前，需要測定清楚工地的工作性能，確保其適合澆筑.輸送混凝土的布料盡量對準澆筑點，以免二次移動破壞混凝土的粘合性，布料距離澆筑地面的高度不能超過1.5米，防止在下落過程中混凝土離析.鋪料時最好采用人工鋪，鋪設的混凝土層要保持水平，分層厚度30厘米左右，方便振動棒將上下層振搗成整體.鋪設時四周高于中間，要將邊緣的粗骨料鏟放到中間.澆筑過程要持續(xù)，避免中斷，防止混凝土硬化后的混凝土的新混凝土不能粘合，澆筑前要先將路面、鋼筋等浸濕，增強混凝土的凝固性.

2.4 振搗

攪拌好的混凝土中還含有許多空氣，澆筑混凝土時，又因為其粘合性阻滯了空氣的流動，接觸了模板、鋼筋和其它物體后，還會產生大大小小的孔洞.這就需要振搗來增加混凝土的密實度.振搗混凝土時要注意不能將粗集料分離出來，要將其均勻鋪設在混凝土層中并搗實，避免產生蜂窩狀的空隙.振搗時，震動棒垂直插入混凝土中，每一片混凝土都要搗實，震動間距不能過大.同時，也不能過度震動，防止破壞其它組件，見混凝土不在下沉、不冒氣泡、表面平坦、泛漿即可.

2.5 拆模

混凝土澆筑成型硬化后即可拆模，在給混凝土拆模之前要確定澆筑的混凝土結構具備了足夠強度，切不可過早拆模，這樣會使混凝土表面被拆走的模拉散，棱角處也容易破損，一定要等混凝土充分硬化可承受一定外力時再拆卸.一般要求在混凝土強度達到2.5MPa時才可拆模，最好選擇天氣晴好、氣溫較高時拆，避免混凝土因溫差大、收縮幅度大而產生裂縫.

2.6 養(yǎng)護

硬化成型后的混凝土還需要配合科學的養(yǎng)護工作，才能延長使用壽命.尤其是剛剛澆筑成型的混凝土，在其正式投入使用之前，還要渡過一段水化反應期，這段時間的合理養(yǎng)護是今后混凝土實現(xiàn)其耐用性、耐壓性的關鍵所在.當混凝土表層干燥硬化，濕度降到75%一下時，水泥將停止水化，這會破壞混凝土的各項性能.因此，在水化反應期間，要將混凝土適當覆蓋、定時澆水，尤其是天氣炎熱干燥時，防止混凝土出現(xiàn)裂縫.初期，白天可用草簾、麻袋蓋住混凝土表面，每隔兩小時就要澆一次水；夜晚，最少澆水兩次.后期可適當減少.注意澆水養(yǎng)護在混凝土凝固后要立即開始.

3 總結

通過以上分析，我們了解了高性能混凝土的原材料設計方法，明白了只有保證原材料的優(yōu)質和材料配比的科學性才能充分發(fā)揮高性能混凝土的獨特性能.通過對高性能混凝土生產過程的解析，我們可以清楚知道了如何生產出高性能混凝土和如何在各環(huán)節(jié)保證混凝土質量.只有打造出高性能混凝土，才能為高鐵的安全通行添一份保障.在今后的工作中，我們還要不斷總結經驗、發(fā)展創(chuàng)新，為高鐵事業(yè)提供更多的技術支持.

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