鐵路工程高性能混凝土配比設(shè)計方案研究

潘 飛

(中鐵九局集團工程檢測試驗有限公司，遼寧省沈陽市 110020)

鐵路工程高性能混凝土配比設(shè)計方案研究

潘 飛

(中鐵九局集團工程檢測試驗有限公司，遼寧省沈陽市 110020)

文章結(jié)合長昆動右云桂動左線黑龍?zhí)短卮髽蚬こ虒嵗?，對墩身部分高性能混凝土配比設(shè)計相關(guān)問題展開了分析，研究了配比原料的基本要求以及關(guān)鍵參數(shù)的計算，給出了三組配比試驗方案，并通過對試驗數(shù)據(jù)的總結(jié)對比，得出了最佳的配比方案。

鐵路工程；高性能混凝土；配比方案；設(shè)計

由于鐵路工程承擔著鐵路運輸安全性與穩(wěn)定性的重任，因此在鐵路工程建設(shè)中，混凝土需要具備特殊的力學性能，同時在耐久性方面也有嚴格要求。特別是對箱梁部分而言，作為鐵路工程的承重基礎(chǔ)，箱梁施工中所使用的高性能混凝土配合比應(yīng)當在遵循現(xiàn)行鐵路工程標準的基礎(chǔ)之上，通過對比工作性能、力學性能、耐久性能的方式確定。除此以外，配合比設(shè)計方案中還需要對混凝土最低強度等級，最大水膠比，最小水泥用量等進行限制，盡可能的減少膠凝材料中的水泥使用量?；谏鲜鲆?，本文結(jié)合工程實例，對高性能混凝土配比設(shè)計方案進行分析探討。

1 工程概況

本工程為長昆動右云桂動左線黑龍?zhí)短卮髽蚬こ獭９こ态F(xiàn)場位于地方梁王路東側(cè)，施工起訖里程HYD1K1+687.219～HYD1K3+48.083，橋梁全長1360.819 m。墩臺共計44個，其中C30砼工程量為9742.9m3,主要承重結(jié)構(gòu)按100年使用要求設(shè)計，梁部、墩身及基礎(chǔ)混凝土要滿足耐久性和安全性要求。本工程中墩身部分混凝土設(shè)計強度按照C30等級標準，坍落度要求滿足160.0～200.0mm要求。

2 原料要求

1）水泥原料：標號為：P·O42.5，實測密度為：3.04g/cm3，原料產(chǎn)地為：紅獅控股集團宜良紅獅水泥有限公司；

2）機制砂原料：標準為：中砂，細度模數(shù)實測為：2.6，實測密度為：2680kg/m3，原料產(chǎn)地為：昆明如宏建材有限公司；

3）碎石原料：粒徑標準為：5-20mm，級配標準為：40.0%比例為粒徑5.0～10mm＋60.0%比例為粒徑 10.0～20mm，實測密度為：2700kg/m3，原料產(chǎn)地為：昆明經(jīng)開區(qū)洛羊秋木箐砂石場；

4）水原料：來源為：地下水，實測密度為1000kg/m3；

5）粉煤灰：標準為：F類，實測密度為：2.26g/cm3，原料產(chǎn)地為：昆明環(huán)恒粉煤灰有限責任公司；

6）外加劑：標準為：緩凝型聚羧酸減水劑，實測密度為：1.029g/cm3，原料產(chǎn)地為：山西凱迪建材有限公司；

3 配合比設(shè)計分析

1）配合比設(shè)計原則：結(jié)合本工程實際特點，在對高性能混凝土配比方案進行設(shè)計過程中，必須滿足以下幾個方面的原則與要求：第一，需要盡量減少水泥使用量，以降低混凝土內(nèi)部溫升，減少早期收縮，提高配合混凝土彈性模量以及體積穩(wěn)定性；第二，通過摻入減水劑外加劑的方式，降低混凝土水膠比，以確?；炷翉姸葹榍疤幔岣咂涫┕ば阅芘c水平。同時，在減水劑使用量的設(shè)計方面，需要對摻入量進行合理調(diào)整，以滿足最佳施工性能，同時還需要對摻入總量進行嚴格控制，以免造成過大坍落度損失，影響后續(xù)施工。

遵循以上原則，在配合比設(shè)計過程中需要由現(xiàn)場驗室負責核對供應(yīng)商提供的水泥熟料的化學成分和礦物組成、混合材種類和數(shù)量等資料，并根據(jù)設(shè)計要求，初步選定混凝土的水泥礦物摻合料、骨料、外加劑、拌合水的品種以及水膠比、膠凝材料總用量、礦物摻臺料和外加劑的摻量。在此基礎(chǔ)之上，通過適當調(diào)整混凝土外加劑用量或砂率，調(diào)配出塌落度、含氣量、泌水率符合要求的混凝土配合比。改變基準配合比的水膠比、膠凝材料用鼉、礦物佟臺料摻量或砂率等參數(shù)。調(diào)配出拌合物性能與要求值基本接近的配合比方案，一般情況下需要提供 3～5個配合比方案然后進行驗證。

2）配比參數(shù)設(shè)計：

第一，對混凝土配制強度進行計算，配制強度需滿足以下要求：

cu，0≥(cu，k+ 1.645σ)該式中，σ為標準差，取值為5.0MPa，故經(jīng)計算得到配制強度為38.2MPa；

第二，對水膠比進行計算，設(shè)計粉煤灰摻量為30.0%，根據(jù)56天抗壓齡期分別取影響系數(shù)γf=0.75，回歸系數(shù)αa=0.53、αb=0.20，水泥 28d 膠砂抗壓強度 ?ce=47.6MPa，膠凝材料28d 膠砂抗壓強度?b=γfce=35.7MPa，水膠比W/B=（αab）/（ ?CU,0+αaαbb）=0.45，根據(jù)經(jīng)驗取W/B=0.45；

第三，對用水量進行計算，需要根據(jù)混凝土坍落度要求、骨料、外加劑減水率、含氣量、及膠凝材料的減水作用等經(jīng)驗確定單位用水量，為164.0kg；

第四，對膠材用量進行計算，具體方法為根據(jù)單位用水量164.0kg/0.45，計算得到膠材用量為364.0kg；

第五，對粉煤灰用量進行計算，根據(jù)前一步驟中所計算得到的膠材用量標準，按照設(shè)計粉煤灰摻量為30.0%，計算得到粉煤灰用量為109.0kg；

第六，對水泥用量進行計算，水泥用量為膠材用量－粉煤灰用量。根據(jù)前面數(shù)據(jù)，計算得到其用量為255.0kg；

第七，對外加劑用量進行計算，即按照膠凝材料用量的 1.2%計算，數(shù)據(jù)為4.37kg；

第八，對砂石用量進行計算，假定混凝土總?cè)萘繛?360.0kg（包括水泥用量、粉煤灰用量、砂子用量、碎石用量、以及水用量在內(nèi)），按照45.0%計算砂率，可得到砂子用量為824.0kg，碎石用量為1008.0kg。

3）配比設(shè)計方案：

A方案：W/B=0.44，具體配比標準為：1（C）:0.43（F）:2.99（S）:3.81（G）:0.61（W1）:0.017（WJ）；

B方案：W/B=0.46，具體配比標準為：1（C）:0.43（F）:3.23（S）:3.95（G）:0.64（W1）:0.017（WJ）；

C方案：W/B=0.48，具體配比標準為：1（C）:0.43（F）:3.48（S）:4.09（G）:0.67（W1）:0.017（WJ）；

3）技術(shù)標準

第一，要求配比混凝土坍落度控制在180.0mm～220.0mm范圍內(nèi)；

第二，要求配比混凝土初凝時間控制在6.0h～8.0h范圍內(nèi)；

第三，要求配比混凝土含氣量控制在2.0%～4.0%范圍內(nèi)；

第四，要求混凝土終凝時間控制在10.0h～12.0h范圍內(nèi)；

第五，要求配比混凝土長期性和耐久性指標要求抗凍性的耐久性搖數(shù) 200次循環(huán)后，重量損失不應(yīng)超過5.0%，相對動彈性模量不應(yīng)低于60.0%，抗?jié)B性大于P20，混凝土抗氯離子滲透值不大予1000C。

4 配比設(shè)計方案試驗比選

按照以上三類配比設(shè)計方案，均試拌20.0L混凝土用量，對拌合混凝土性能進行對比觀察。具體數(shù)據(jù)如下表所示（見表1）。

表1：三類配比設(shè)計方案試拌混凝土性能對比表

試配過程中三類配比設(shè)計方案中配合比表觀密度實測值與計算值之差的絕對值均在計算值*2.0%允許范圍內(nèi)，故不進行校正。且相關(guān)實驗數(shù)據(jù)均滿足現(xiàn)行《客運專線高性能混凝土暫行技術(shù)條件》中的相關(guān)要求、

通過對表1中數(shù)據(jù)的觀察分析，最終選擇A方案，即W/B=0.44方案作為本工程墩身高性能混凝土配合比設(shè)計方案。實驗室理論配合比為C:F:S:G:W1:WJ=1:0.43:2.99:3.81:0.61:0.017，對應(yīng)每方用量如下表所示（見表2）。

表2：實驗室理論每方用量數(shù)據(jù)表

5 結(jié)束語

在鐵路工程建設(shè)中，高性能混凝土配比的設(shè)計應(yīng)當根據(jù)原料品質(zhì)、混凝土設(shè)計強度等級、施工工藝、混凝土耐久性等關(guān)鍵指標的要求，按照計算→試配→調(diào)整的方式，最終確定設(shè)計方案。按照該配比設(shè)計方案所配置的高性能混凝土應(yīng)當滿足施工要求，且在強度、耐久性等關(guān)鍵參數(shù)方面與工程所處環(huán)境要求相契合。故而，本文分析了高性能混凝土配比設(shè)計方案在計算與綜合比選中的關(guān)鍵問題，望引起重視。

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1007-6344（2015）09-0310-01