鐵路工程高性能混凝土配比設計方案研究

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)

文章結合長昆動右云桂動左線黑龍潭特大橋工程實例，對墩身部分高性能混凝土配比設計相關問題展開了分析，研究了配比原料的基本要求以及關鍵參數的計算，給出了三組配比試驗方案，并通過對試驗數據的總結對比，得出了最佳的配比方案。

鐵路工程；高性能混凝土；配比方案；設計

由于鐵路工程承擔著鐵路運輸安全性與穩定性的重任，因此在鐵路工程建設中，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，箱梁施工中所使用的高性能混凝土配合比應當在遵循現行鐵路工程標準的基礎之上，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?，本文結合工程實例，對高性能混凝土配比設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潭特大橋工程。工程現場位于地方梁王路東側，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,主要承重結構按100年使用要求設計，梁部、墩身及基礎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，細度模數實測為：2.6，實測密度為：2680kg/m3，原料產地為：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，原料產地為：昆明經開區洛羊秋木箐砂石場；

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，原料產地為：昆明環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，原料產地為：山西凱迪建材有限公司；

3 配合比設計分析

1）配合比設計原則：結合本工程實際特點，在對高性能混凝土配比方案進行設計過程中，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?，提高其施工性能與水平。同時，在減水劑使用量的設計方面，需要對摻入量進行合理調整，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，影響后續施工。

遵循以上原則，在配合比設計過程中需要由現場驗室負責核對供應商提供的水泥熟料的化學成分和礦物組成、混合材種類和數量等資料，并根據設計要求，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。在此基礎之上，通過適當調整混凝土外加劑用量或砂率，調配出塌落度、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。調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）配比參數設計：

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，故經計算得到配制強度為38.2MPa；

第二，對水膠比進行計算，設計粉煤灰摻量為30.0%，根據56天抗壓齡期分別取影響系數γf=0.75，回歸系數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，根據經驗取W/B=0.45；

第三，對用水量進行計算，需要根據混凝土坍落度要求、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，根據前一步驟中所計算得到的膠材用量標準，按照設計粉煤灰摻量為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。根據前面數據，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，數據為4.37kg；

第八，對砂石用量進行計算，假定混凝土總容量為2360.0kg（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），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）技術標準

第一，要求配比混凝土坍落度控制在180.0mm～220.0mm范圍內；

第二，要求配比混凝土初凝時間控制在6.0h～8.0h范圍內；

第三，要求配比混凝土含氣量控制在2.0%～4.0%范圍內；

第四，要求混凝土終凝時間控制在10.0h～12.0h范圍內；

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 200次循環后，重量損失不應超過5.0%，相對動彈性模量不應低于60.0%，抗滲性大于P20，混凝土抗氯離子滲透值不大予1000C。

4 配比設計方案試驗比選

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

表1：三類配比設計方案試拌混凝土性能對比表

試配過程中三類配比設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，故不進行校正。且相關實驗數據均滿足現行《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》中的相關要求、

通過對表1中數據的觀察分析，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，對應每方用量如下表所示（見表2）。

表2：實驗室理論每方用量數據表

5 結束語

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

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1007-6344（2015）09-0310-01