蒙內(nèi)鐵路混凝土耐久性設(shè)計(jì)要求及配合比

嚴(yán) 敏，陳 平，夏京亮，周永祥

(1.中國路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100011；2.中國建筑科學(xué)研究院，北京 100013)

當(dāng)前，我國正在積極推進(jìn)“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略，肯尼亞是“一帶一路”戰(zhàn)略東非布局的首站，而蒙-內(nèi)鐵路是我國企業(yè)在肯尼亞承建的重要工程。蒙內(nèi)鐵路是連接?xùn)|非最大港口城市蒙巴薩和首都內(nèi)羅畢的標(biāo)軌鐵路，正線采用單線，為內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)客運(yùn)時速120 km、貨運(yùn)時速80 km，設(shè)計(jì)運(yùn)力2 500萬t，采用中國國鐵一級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。遠(yuǎn)期規(guī)劃，連接肯尼亞、坦桑尼亞、烏干達(dá)、盧旺達(dá)、布隆迪和南蘇丹等東非6國。蒙內(nèi)鐵路是中國幫助肯尼亞修建的一條全線采用中國標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)軌鐵路，是肯尼亞獨(dú)立以來的最大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，也是肯尼亞實(shí)現(xiàn)2030年國家發(fā)展愿景的“旗艦工程”，于2014年9月開工，2017年5月31日建成通車。蒙內(nèi)鐵路是中非從次區(qū)域合作起步，共同建設(shè)非洲高速鐵路、高速公路和區(qū)域航空三大網(wǎng)絡(luò)的重大項(xiàng)目。東非地區(qū)乃至非洲實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，將對非洲國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到重要支撐作用。

蒙內(nèi)鐵路的修筑對于肯尼亞、東非地區(qū)意義重大，同時也有力地推動了國家“一帶一路”戰(zhàn)略在非洲地區(qū)的開展。蒙內(nèi)鐵路對混凝土質(zhì)量，尤其是混凝土耐久性要求較高?；炷聊途眯允侵富炷恋挚弓h(huán)境介質(zhì)作用并長期保持其良好的使用性能和外觀完整性的能力，包括抗凍性能、抗碳化性能、硫酸鹽侵蝕、氯離子滲透等[1-5]。該文分析了蒙內(nèi)鐵路混凝土耐久性設(shè)計(jì)，及其相應(yīng)的混凝土配合比，以期推動中國企業(yè)在東非地區(qū)進(jìn)一步采用中國標(biāo)準(zhǔn)開展鐵路工程建設(shè)。

1 混凝土耐久性設(shè)計(jì)

蒙內(nèi)鐵路部分混凝土耐久性設(shè)計(jì)要求見表1，該文選擇了7個橋梁混凝土的耐久性設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，包括孔扎南大橋、拉斯特中橋、孔扎中橋、斯托尼阿西大橋、卡姆塞克大橋、卡姆塞克中橋和阿西河鎮(zhèn)大橋，工程部位包括橋墩、橋臺、承臺和樁基。

由表1可知，各個橋的橋墩設(shè)計(jì)均為T2環(huán)境等級要求，混凝土強(qiáng)度等級均為C35；孔扎南大橋、斯托尼阿西大橋和卡姆塞克中橋的橋臺混凝土耐久性設(shè)計(jì)環(huán)境等級要求為T2，強(qiáng)度等級為C35，拉斯特中橋橋臺混凝土耐久性設(shè)計(jì)環(huán)境等級要求為H3、Y4、L1，強(qiáng)度等級為C50，孔扎中橋橋臺混凝土耐久性設(shè)計(jì)環(huán)境等級要求為H3、L2，強(qiáng)度等級為C50，卡姆塞克大橋橋臺混凝土耐久性設(shè)計(jì)環(huán)境等級要求為L2、Y1，強(qiáng)度等級為C45，阿西河鎮(zhèn)大橋橋臺混凝土耐久性設(shè)計(jì)環(huán)境等級要求為H1、Y2、L2，強(qiáng)度等級為C40；孔扎南大橋、斯托尼阿西大橋承臺混凝土耐久性設(shè)計(jì)環(huán)境等級要求為T1，強(qiáng)度等級為C30，拉斯特中橋承臺混凝土耐久性設(shè)計(jì)環(huán)境等級要求為H3、Y4、L1，強(qiáng)度等級為C50，孔扎中橋承臺臺混凝土耐久性設(shè)計(jì)環(huán)境等級要求為H3、L2，強(qiáng)度等級為C50，卡姆塞克大橋承臺混凝土耐久性設(shè)計(jì)環(huán)境等級要求為L2、Y1，強(qiáng)度等級為C45，阿西河鎮(zhèn)大橋承臺混凝土耐久性設(shè)計(jì)環(huán)境等級要求為H1、Y2、L2，強(qiáng)度等級為C45；孔扎南大橋、斯托尼阿西大橋和卡姆塞克中橋樁基混凝土耐久性設(shè)計(jì)環(huán)境等級要求為T1，強(qiáng)度等級為C30，拉斯特中橋樁基混凝土耐久性設(shè)計(jì)環(huán)境等級要求為H3、Y4、L1，強(qiáng)度等級為C50，孔扎中橋樁基混凝土耐久性設(shè)計(jì)環(huán)境等級要求為H3、L2，強(qiáng)度等級為C50，卡姆塞克大橋樁基混凝土耐久性設(shè)計(jì)環(huán)境等級要求為L2、Y1，強(qiáng)度等級為C45，阿西河鎮(zhèn)大橋樁基混凝土耐久性設(shè)計(jì)環(huán)境等級要求為H1、L2，強(qiáng)度等級為C40。

總體來說，混凝土耐久性設(shè)計(jì)上，環(huán)境作用等級要求包括了T1、T2、L1、L2、H1、H3、Y1、Y2、Y4，混凝土耐久性服役環(huán)境較為嚴(yán)峻，混凝土強(qiáng)度等級包括C30、C35、C40、C45、C50，范圍較廣。

表1 蒙內(nèi)鐵路部分混凝土耐久性設(shè)計(jì)要求

2 環(huán)境等級等混凝土配合比的要求

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路混凝土》TB/T 3275—2011的要求，設(shè)計(jì)使用年限100年環(huán)境作用等級下混凝土配合比要求見表2。由表2可知，不同環(huán)境作用等級下，混凝土強(qiáng)度等級包括了C30、C35、C40、C45、C50，最少膠凝材料用量包括了280 kg/m3、300 kg/m3、320 kg/m3、340 kg/m3、360 kg/m3，其中碳化環(huán)境T1混凝土最少膠凝材料用量最低為280 kg/m3，鹽類結(jié)晶破壞環(huán)境Y4混凝土最少膠凝材料用量最高為360 kg/m3。

表2 設(shè)計(jì)使用年限100年環(huán)境作用等級下混凝土配合比要求

3 混凝土配合比

蒙內(nèi)鐵路混凝土配合比見表3。由表3可知，混凝土配合比從C30到C50，水膠比普遍較低，最大水膠比為0.37，這主要是考慮，混凝土配合比中礦物摻合料粉煤灰摻量較大，均在30%以上，如果水膠比過高，混凝土強(qiáng)度不容易保證；水泥用量較低，C30普通混凝土水泥用量為296 kg/m3，最高的水泥用量為C50混凝土，僅為348 kg/m3；粉煤灰摻量普遍較高，摻量最低的是C30混凝土，也高達(dá)115 kg/m3，摻量最高的為C50混凝土，達(dá)到149 kg/m3；混凝土用水量控制較嚴(yán)格，都在150～160 kg/m3之間，最低用水量為C30混凝土，為152 kg/m3，最高用水量為C40水下混凝土，為157 kg/m3；所有混凝土配合比均采用聚羧酸系高性能減水劑，減水劑摻量在5.3～6.5 kg/m3之間，最低用水量為C30混凝土，為5.34 kg/m3，最高用水量為C50水下混凝土，為6.46 kg/m3。

表3 蒙內(nèi)鐵路部分混凝土配合比 /(kg·m-3)

4 保證混凝土耐久性的經(jīng)濟(jì)性分析

蒙內(nèi)鐵路為中國設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營的鐵路，工程竣工后，由中國企業(yè)運(yùn)營管理。提高混凝土耐久性、保證鐵路在長時間內(nèi)安全運(yùn)營，能夠節(jié)約混凝土維護(hù)與修復(fù)費(fèi)用，降低運(yùn)營管理成本，其經(jīng)濟(jì)性不言而喻。

5 結(jié) 論

a.蒙內(nèi)鐵路在混凝土耐久性設(shè)計(jì)上，環(huán)境作用等級要求包括了T1、T2、L1、L2、H1、H3、Y1、Y2、Y4，混凝土耐久性服役環(huán)境較為嚴(yán)峻，混凝土強(qiáng)度等級包括C30、C35、C40、C45、C50，范圍較廣。

b.蒙內(nèi)鐵路混凝土配合比從C30到C50，水膠比普遍較低，最大水膠比為0.37；混凝土配合比中礦物摻合料粉煤灰摻量較大，均在30%以上；水泥用量較低，C30普通混凝土水泥用量為296 kg/m3，最高的水泥用量為C50混凝土，僅為348 kg/m3；混凝土用水量控制較嚴(yán)格，都在150 ～160 kg/m3之間，最低用水量為C30混凝土，為152 kg/m3，最高用水量為C40水下混凝土，為157 kg/m3。

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