高性能混凝土在客運(yùn)專線中的應(yīng)用

摘要:通過對哈大客運(yùn)專線C30高性能混凝土的抗?jié)B、抗氯離子滲透、抗裂性、耐腐蝕性、抗堿—骨料反應(yīng)等指標(biāo)進(jìn)行試驗，以確定哈大客運(yùn)專線所用的C30高性能混凝土的配合比，同時介紹了高性能混凝土的現(xiàn)場施工以及提高混凝土耐久性的施工技術(shù)措施等。

關(guān)鍵詞:哈大客運(yùn)專線高性能混凝土應(yīng)用

中圖分類號:TU7文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)03(a)-0048-02

1 工程概述

哈大客運(yùn)專線是當(dāng)前我國為了緩解客運(yùn)流量大的壓力和提高客運(yùn)質(zhì)量所修建的“八縱八橫”客運(yùn)專線中的一條，且要求使用年限為100年，具有工期短、地質(zhì)條件復(fù)雜、標(biāo)準(zhǔn)高等特點，因此混凝土的耐久性就顯得尤為重要。

高性能混凝土的核心是保證混凝土的耐久性。混凝土的耐久性一般包括混凝土的抗裂性、耐腐蝕性、抗凍性及抗堿—骨料反應(yīng)性等。混凝土耐久性指標(biāo)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限、所處的環(huán)境類別及作用等級等確定。耐久性對工程量巨大的混凝土工程來說意義非常重大，如果耐久性不足，將會產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果，甚至對未來社會造成極為沉重的負(fù)擔(dān)。用普通水泥混凝土所完成的工程不能滿足耐久性要求的根本原因在于混凝土本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。基于上述特點，高性能混凝土成為我國近期混凝土技術(shù)的主要發(fā)展方向。因此，高性能混凝土更要從提高混凝土耐久性入手，以降低巨額的維修和重建費用。

2 C30高性能混凝土配合比的選取

2.1 原材料基本情況

原材料的選取根據(jù)“就地取材、質(zhì)量合格、經(jīng)濟(jì)實惠”的原則進(jìn)行篩選，其全項指標(biāo)必須滿足《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)【2005】160號)及《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》(鐵科技【2005】101號)中的標(biāo)準(zhǔn)要求，具體情況如下。

2.1.1 水泥選用吉林亞泰鼎鹿水泥有限公司P.042.5級低堿水泥，其全項具體指標(biāo)如表1所示。

2.1.2 粉煤灰選用哈爾濱三電建材原料有限責(zé)任公司的F類粉煤灰，具體指標(biāo)如如表2所示。

2.1.3 細(xì)骨料選用榆樹市大坡河沙，具體指標(biāo)如表3所示。

2.1.4 粗骨料選用九臺市二道溝石場5～25mm連續(xù)級配碎石(5～10mm∶10～25mm=15%∶85%)，具體指標(biāo)如表4所示。

2.1.5 外加劑選用山東菏澤聯(lián)強(qiáng)建筑材料有限公司LQ-Ⅱ聚羧酸高性能減水劑，具體指標(biāo)如表5所示。

2.1.6 水選用地下水，其技術(shù)指標(biāo)滿足《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ63-2006)及《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)【2005】160號)中拌合用水標(biāo)準(zhǔn)。

由于上述選擇的細(xì)骨料及粗骨料堿活性均超過了＜0.10的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，所以應(yīng)采取有效措施控制混凝土單方堿含量不超過3.0kg/m3，如選用低堿水泥。

2.2 配合比設(shè)計

2.2.1 設(shè)計說明

哈大客運(yùn)專線第二松花江特大橋工程鉆孔灌注樁為C30高性能水下混凝土，設(shè)計使用年限100年，根據(jù)《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)【2005】160號)、《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》(鐵科技【2005】101號)及施工技術(shù)要求，混凝土主要技術(shù)要求如下:

(1)工作性能:坍落度200±20mm，混凝土和易性、流動性好、不泌水、不抓底;

(2)耐久性指標(biāo):環(huán)境作用等級為T1，含氣量≥2.0。抗裂性好，電通量＜1500C，堿含量≤3.0kg/m3。氯離子含量不超過膠凝材料總量的0.10%，膠凝材料抗蝕系數(shù)≥0.8。

(3)力學(xué)性能:根據(jù)《客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)【2005】160號)規(guī)定，水下混凝土試配強(qiáng)度應(yīng)提高10%，故C30水下混凝土試配強(qiáng)度為42.1MPa。

2.2.2 配合比選定

根據(jù)計算、試配、調(diào)整及強(qiáng)度、耐久性檢驗確定的設(shè)計配合比為(C∶F)∶S∶G∶W∶外加劑=(273∶117)∶760∶1094∶156∶3.9=(0.7∶0.3)∶1.95∶2.81∶0.40∶0.01，56d抗壓強(qiáng)度為52.0MPa。

2.2.3 混凝土各項指標(biāo)情況

(1)混凝土拌合物性能情況，如表6。

(2)單方混凝土總堿量計算:水泥、摻合料、外加劑、拌合水、總堿量為(273×0.59+117×0.7/6+3.9×0.8+156×0.0035)/100= 1.78kg/m3，符合標(biāo)準(zhǔn)不大于3.0kg/m3的要求。

(3)每方混凝土引入的氯離子總含量計算:水泥、砂、碎石、摻合料、外加劑、拌合水引入的氯離子總含量為(273×0.022%+117×0.004%+3.9×0.012%+156×0.0042%)/(273+117)=0.02%，符合標(biāo)準(zhǔn)不大于1.0%的要求。

(4)電通量計算

計算結(jié)果:Q平均=786C

結(jié)果評定:該混凝土電通量小于1500C，滿足設(shè)計要求。

3 高性能混凝土的施工

3.1 混凝土的攪拌

(1)總攪拌時間控制在120～180s之間。

(2)嚴(yán)格控制混凝土施工配合比。原材料嚴(yán)格計量，并且不得隨意加減外加劑及水用量。

(3)注意各種材料投入攪拌機(jī)的順序，采用一次投料法時，其投料順序為砂、水泥、石;采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌的加料順序是先投入細(xì)骨料、水泥和粉煤灰，攪拌均勻后，再加入外加劑及所需用水量，待砂漿充分?jǐn)嚢韬笤偻度氪止橇希⒗^續(xù)攪拌至均勻為止，上述每一階段的攪拌時間不宜少于30s。

(4)冬季施工采用加熱水時，水溫不得高于80℃，且投料時水泥、粉煤灰不得直接與熱水接觸。

(5)控制干料總量。

(6)攪拌好的混凝土要卸盡，不得采取邊出料邊進(jìn)料的方法。

3.2 混凝土的澆筑、振搗

混凝土振搗是保證混凝土工程質(zhì)量的關(guān)鍵性工序。

混凝土澆筑一定要嚴(yán)格分層振搗，分層厚度不能超過30cm，澆筑盡可能連續(xù)進(jìn)行。普通混凝土施工中多采用插入式振搗器，為避免漏振、過振現(xiàn)象的發(fā)生，振搗時應(yīng)特別注意以下規(guī)定:(1)每一振點的振搗時間，應(yīng)保證混凝土振搗密實，即表面泛漿，不再出現(xiàn)氣泡。(2)采用插入式振搗器的移動間距，不宜大于作用半徑的1.5倍;振搗器距模板的距離應(yīng)保持5～10cm，并應(yīng)盡量避免碰撞鋼筋、模板、芯管、吊環(huán)、預(yù)埋件等;為使上下層混凝土結(jié)合成整體，振動器應(yīng)插入下層混凝土5～10cm。

3.3 混凝土的養(yǎng)護(hù)

普通混凝土一般在澆筑后12h內(nèi)開始養(yǎng)護(hù)。在氣溫高于5℃時一般采用灑水或蓄水養(yǎng)護(hù)即自然養(yǎng)護(hù)，如平均氣溫低于5℃，不得澆水，養(yǎng)護(hù)時間不能少于7d。對有防水及高耐久性要求的混凝土要延長養(yǎng)護(hù)時間，不能少于28d，且蓄水養(yǎng)護(hù)更優(yōu)于灑水養(yǎng)護(hù)。混凝土表面不便澆水時，應(yīng)涂刷保護(hù)層如薄膜養(yǎng)生液等。

4 提高混凝土耐久性的措施

4.1 摻入高效減水劑

在保證混凝土拌合物所需流動性的同時，盡可能降低用水量，減少水膠比，使混凝土的總孔隙，特別是毛細(xì)管孔隙率大幅度降低。研究表明，當(dāng)水膠比降低到0.40以下時，消除毛細(xì)管孔隙的目標(biāo)便可以實現(xiàn)，而摻入高效減水劑，完全可以將水膠比降低到0.40以下。

4.2 摻入高效活性礦物摻料

普通水泥混凝土的水泥石中水化物穩(wěn)定性的不足，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中摻入活性礦物的目的，在于改善混凝土中水泥石的膠凝物質(zhì)的組成。此外，還能改善集料與水泥石的界面結(jié)構(gòu)和界面區(qū)性能。這些重要的作用，對增進(jìn)混凝土的耐久性及強(qiáng)度都有本質(zhì)性的貢獻(xiàn)。

4.3 消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素

除了環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞以外，混凝土本身的一些物理化學(xué)因素，也可能引起混凝土結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞，致使混凝土失效。因此，要提高混凝土的耐久性，就必須減小或消除這些結(jié)構(gòu)破壞因素。限制或消除從原材料引入的堿、SO3、Cl-等可以引起破壞結(jié)構(gòu)和侵蝕鋼筋物質(zhì)的含量，加強(qiáng)施工控制環(huán)節(jié)，避免收縮及溫度裂縫產(chǎn)生，以提高混凝土的耐久性。

4.4 保證混凝土的強(qiáng)度

在混凝土能充分密實的條件下，隨著水膠比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的強(qiáng)度不斷提高。與此同時，隨著孔隙率降低，混凝土的抗?jié)B性提高，因而各種耐久性指標(biāo)也隨之提高。

在當(dāng)前的耐久性混凝土中，除摻入高效減水劑外，還摻入了活性礦物材料，它們不但增加了混凝土的密實性，而且也降低或消除了游離氧化鈣的含量。在大幅度提高混凝土強(qiáng)度的同時，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。

5 工程結(jié)語

耐久性混凝土在配制上的特點是低水灰比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，除水泥、水和骨料外，必須摻加足夠數(shù)量的礦物集料和高效減水劑，減少水泥用量，減少混凝土內(nèi)部孔隙率，減少體積收縮，提高強(qiáng)度，提高耐久性。

耐久性混凝土具有使用期限長、維修費用少等特點，在我國的鐵路建設(shè)中得到了應(yīng)用和推廣。因此，在未來的鐵路客運(yùn)專線建設(shè)中，提高混凝土的耐久性是混凝土發(fā)展的必然趨勢。

參考文獻(xiàn)

[1]高速與客運(yùn)專線鐵路施工工藝手冊，杜永昌(主編)，科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社(2006.10).

[2]客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)(鐵建設(shè)【2005】160號)，中國鐵道出版社(2006.11).

[3]山西建筑，2007年6月.