鐵路高性能混凝土配合比設計

摘要：高性能混凝土是一種新型高技術混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作的。它的高性能主要體現在良好的耐久性上，是以耐久性為主要設計指標的。使用優質的原材料如水泥和集料，再摻加足夠數量的礦物活性細摻料和高性能外加劑，從而獲得混凝土的高性能。在鐵路工程上使用高性能混凝土，能夠大幅度減少后期維護費用，符合當前世界可持續發展的戰略方針。

關鍵詞：鐵路；高性能混凝土；配合比；設計

一、配合比設計要求

鐵路混凝土配合比設計主要依據為建筑物的設計使用年限、環境類別及其作用等級和混凝土耐久性指標。鐵路高性能混凝上耐久性指標主要為護筋性、抗裂性、耐磨性、抗堿一骨料反應、抗凍性、耐蝕性、抗滲性等性能，而水工大壩混凝土主要控制指標則為混凝土極限抗拉強度、彈性模量、抗凍、抗滲、熱學性能及變形性能指標。由于設計理念和對高性能混凝土考察指標的差別，在混凝土配合比設計方法上，施工配合比的設計也有其不同之處。

1、設計控制指標要求

（1）混凝土結構的設計使用年限：一般為30年、60年、100年。

（2）混凝土結構所處環境類別及作用等級：碳化環境（Tl～T3）.氯鹽環境（L1～L3）、化學侵蝕環境（H1～H4）、凍融破壞環境（Dl～D4）及磨蝕環境（M1～M3）。

（3）根據設計使用年限級別、混凝土結構所處環境類別及作用等級明確高性能混凝土配合比設計力學控制指標、耐久性指標，包括混凝土電通量、抗滲性、抗凍融、抗裂性、護筋性、抗堿一骨料等耐久性指標。

2、混凝土原材料要求

（1）水工骨料料場的選擇由設計單位在工程前期勘察后確定，骨料母材的全性能指標檢驗已由設計單位完成。施工單位進場后，可以根據設計提供的資料選定石料加工場，不需要施工單位對石料場進行堿活性、氯離子等試驗。而鐵路工程施工單位需要派專業人員對標段沿線的石料場進行普查，對可能用的石料場（砂場）由監理工程師見證取樣，送有資質并經監理工程師同意的檢測機構進行骨料堿活性、氯離子等全性能指標檢驗，以判別該料場是否可用。

二、高性能混凝土配合比設計要點

1、膠材用量

膠材指用于配制混凝土的水泥、粉煤灰、磨細礦渣粉或硅粉等活性礦物摻合料的總稱，統稱為混凝土膠凝材料。在配制高性能混凝土時應嚴格控制膠材用量，在能夠滿足混凝土強度需求的情況下，盡量減少膠材用量，而增加級配良好、形狀規則、表面粗糙、線膨脹系數小、材質優良潔凈的粗骨料，細骨料盡量采用級配良好、干凈的中砂，這樣會有效地減少混凝土內部空隙，可以降低膠材用量，減少混凝土自縮。同時，因膠材用量的減少，可有效的抑制混凝土的水化反應，減少水化熱和混凝土內部毛細孔，改善混凝土內部結構，增強結構密實性。

活性摻合料的摻量同樣對混凝土的耐久性起到非常關鍵的作用，高性能混凝土與普通混凝土配合比區別所在無非有兩個方面：一方面摻加高效減水劑，減少混凝土單方用水量，降低了水膠比；另一方面在混凝土中加人活性摻合料（如粉煤灰、硅粉等），可很好的改善混凝土性能，減少水泥用量，增強混凝土和易性和密實性，抑制混凝土過快的水化反應，減少因早期強度過高而造成混凝土內部產生的缺陷性裂縫。所以在混凝土內摻入一定比例的活性礦物摻合料是提高混凝土耐久性的有效途徑。目前，現場普遍采用的摻合料主要是粉煤灰，因粉煤灰的細度比水泥細度小得多，有著較大的比表面積，可以很好的填充混凝土內部毛細孔和水路，增強混凝土密實性，而且粉煤灰的水化反應周期長，水化反應遲緩，可持續增長混凝土強度，對混凝土后期強度貢獻較大，我們在同種條件下進行的對比實驗表明，摻加粉煤灰后56d強度增長可達10%～20%，最高可達30%以上。

通過對比可見，摻加粉煤灰后，混凝土的前期強度上升遲緩，28d強度明顯低于不摻加粉煤灰的情況，但后期強度上升空間較大，這就說明粉煤灰對控制混凝土早期水化反應，改善混凝土內部結構，提高混凝土密實性能夠起到很好的作用。那么在實際運用中粉煤灰的摻量是如何控制的，理論上粉煤灰在混凝土中以可替代水泥用量的20%～30%為最佳，但實際上在對混凝土早期強度要求不高的情況下，有時可達40%以上，我們在對長沙灣特大橋的配合比設計中，粉煤灰的摻量按25%等量替代水泥。

2、水膠比

水膠比不僅對混凝土強度、耐久性有影響，而且對混凝土的流動阻力也有很大影響。過大的水膠比特別不利于混凝土內部微觀結構的發展，將會在混凝土內部形成大量的開口和閉口空隙或氣泡，以及因水分的移動形成的貫通水路，極大的影響到混凝土的強度和耐久性，所以在高性能混凝土的配合比設計時，水膠比是重點考慮和控制的參數，一般以控制在0.42以下為最佳。

3、砂率

混凝土要具有良好的工作性、泵送時不堵塞泵機和管道、澆筑成型時易振搗、好抹面，選擇合理的砂率就尤為重要。砂率過小，混凝土中砂漿量小，拌合物的流動性小，同時也容易產生石子離析；砂率過大，不僅會影響混凝土的工作性和強度，而且會增大收縮和產生裂縫。高性能混凝土的砂率一般宜控制在35%～45%，但為了保證混凝土強度，砂率最好控制在40%以內。

4、坍落度

目前的高性能混凝土由于摻加了粉煤灰、外加劑，混凝土的和易性和工作性都得到了很大改善，保證滿足施工工藝的坍落度相對比較容易，但因目前減水劑性能的不穩定性，以及施工現場自然環境、溫度等因素的影響，坍落度常常會發生變化，尤其是減水劑的影響尤為重要，所以在進行配合比設計時應重點對坍落度損失值進行控制，一般情況下在配制混凝土時60min坍落度損失不應大于30mm。

5、混凝土含氣量

在對高性能混凝土配合比設計時，含氣量也是一個必須考慮的指標之一，混凝土含氣量除對混凝土抗凍性能起到很好的作用外，對混凝土的和易性、流動性和耐久性等指標也有明顯的影響，混凝土的含氣量可在混凝土中產生大量的球形氣泡，在不同介質界面之間起到很好的潤滑作用，并在混凝土內形成均布的細小微孔，這些微孔可以有效的阻斷內部貫通的毛細孔通路，降低毛細水的滲透，并可吸收和抵抗外界化學侵蝕，這些毛細孔是由混凝土中分布的均勻的氣泡產生的閉口空隙，與因水膠比過大或水路貫通而產生的缺陷孔道有本質上的區別，二者不能混為一談。雖然混凝土的含氣量對混凝土的耐久性和工作性有一定的好處，但含氣量也不能過大，混凝土的含氣量主要是由引氣劑或有引氣功能的減水劑引起的，如果含氣量過大，一方面混凝土內部空間會充滿大量氣泡，造成混凝土拌合物表觀密度降低，混凝土密實性不夠，強度損失較大；另一方面流動的混凝土也會因時間的推移，內部的氣泡不斷發生破裂而減少，造成混凝土坍落度損失較大，在規定的時間內無法滿足施工工藝的要求。

結語

綜上所述，鐵路高性能混凝土在配制上的特點為：采用低水膠比，盡量降低混凝土單位用水量；選用高性能減水劑，摻入較多的摻合料，以減少水泥用量；減小混凝土內部孔隙率，減小體積收縮，提高混凝土耐久性。混凝土耐久性主要通過混凝土電通量、抗滲性、抗凍融、抗裂性、護筋性、抗堿骨料等耐久性指標來反映。

參考文獻：

[1]劉和彪 薛小偉：《京滬高速鐵路混凝土欄桿預制與安裝技術》，《水利水電施工》，2011年03期

[2]朱文華.淺談鐵路高性能混凝土配合比設計體會[J].混凝土，2011（8）：113-116.