橋梁隧道高性能混凝土配合比優化

陳細蓮

摘 要：在高速鐵路項目不斷增多的背景下，橋梁隧道工程的數量也愈來愈多，目前，國內已經在橋梁隧道施工工程中大規模應用高性能混凝土。高性能混凝土是由各種原材料按照一定的配合比混合拌制而成的，配合比設計工作對高性能混凝土的性能有著巨大的影響。

關鍵詞：橋梁；隧道；高性能混凝土

現階段，高性能混凝土在橋梁隧道建設項目中使用頻率較高，有效地延長了橋梁隧道的使用壽命，并保障了橋梁隧道的安全。在拌制高性能混凝土的過程中，應當采用最佳配合比，如此方能在保障混凝土性能的前提下最大程度地節約生產成本。配合比優化工作不僅能夠有效地延長橋梁隧道整體結構的使用壽命，還能在一定程度上提升施工效率。

1 S工程概況

S工程為國家重點高速鐵路項目，全線長450千米，線路要通過山區，為此必須要建造大量的橋梁與隧道。經過建模分析與計算，確定工程大概需要使用30萬立方米的高性能混凝土。為了保障工程的質量，最大限度地延長橋梁隧道的使用壽命，需要優化工程所用高性能混凝土的配合比。

2 高性能混凝土配合比的設計要求

高性能混凝土配合比優化工作涉及多個技術領域、具有較高的難度，所以在實際優化過程中，技術人員必須綜合考慮配合比的設計要求。通常情況下，30年、60年以及100年等時間節點是混凝土的使用年限。不同環境下的高性能混凝土的性質要有所不同，如果高性能混凝土將被用于強酸環境中，則配合比優化工作要確保混凝土較強的抗酸能力。依照高性能混凝土結構的應用環境類型與作用等級開展相應的配合比優化工作，通常情況下，在碳化環境下為T1～T3，腐蝕環境下為M1～M3，化學環境下為H1～H4。

不同工程對高性能混凝土的作用等級、結構性質與使用時間等參數的要求有所差異，所以技術人員應當根據工程對混凝土性能指標的要求來確定高性能混凝土各類原料的配合比例。

3 做好配合比原料檢驗工作

石子是高性能混凝土的主要原材料，因此施工人員必須要細致地檢查所用石子的質量。經驗表明，石子的堿活性以及氯離子含量會對石子的性質產生一定的影響，就目前情況而言，大部分石場并不會提供石子堿活性與氯離子含量檢驗報告，所以技術人員應當主動展開針對石子的堿活性與氯離子含量檢測工作.

除此之外，還需要做好砂子與碎石的取樣檢查工作。技術人員應將采集的試樣送至權威檢測部門進行檢測，試樣檢查工作的主要目的也是了解材料的堿活性與氯離子含量。各種原材料可能夾雜著一定量的放射性物質以及有毒物質，因此要及時開展混凝土有害物質與有毒物質檢測與計算工作，從而確保施工人員的生命財產安全與混凝土的性能。

4 高性能混凝土配合比初次確定工作

4.1 摻合料的確定。高性能混凝土摻合料的確定工作非常重要，其質量甚至決定了混凝土的最終質量。混凝土的力學性能、工作性能、所處環境條件以及耐久性能等指標是混凝土摻合料確定工作需要考慮的因素，整個摻合料確定工作需要在相應的技術框架與施工規范中進行。S工程中，施工單位要求技術人員嚴格遵守國家相關的混凝土摻合料規定，在施工過程中，技術人員在每一道投料工序完畢后都詳盡地記錄了摻料的重量與投放時間，并將數據以書面形式保存。

4.2 集料級配、單位用水量以及最佳砂含量的確定工作。在進行石子拌和操作前，需要從堆中與成品料中取樣石子，在拌和工作結束后，應當及時對石子的松散密度以及緊密度進行檢查測算。集料級配確定工作應當小心細致、科學規范，為了實現這一目的，技術人員必須要充分結合施工工藝狀況與施工現場實際情況來確定最大顆粒的直徑。

4.3 單位用水量的確定。水作為一種無機溶劑，是高性能混凝土的重要組分。高性能混凝土單位用水量確定工作的質量直接影響成品的膠著度與密實性。單位用水量確定工作要兼顧最高水灰比、最佳膠凝材料以及鋼筋混凝土使用量的設計。S工程中，施工單位安排了富有經驗的施工人員負責單位用水量確定工作，在正式調配工序開啟前進行了大量的試配工作，最終確定了最佳單位用水量數據。

4.4 最優砂含量的確定。砂石的含量影響著高性能混凝土的強度，技術人員必須依照高性能混凝土施工工藝標準與要求以及膠凝材料使用量等因素來展開最佳砂含量的確定工作。

5 混凝土試拌配合比的確定

5.1 基本要求。（1）減水劑的選擇。為了有效提升高性能混凝土的工作性能并大幅延長其使用壽命，應當在混凝土中摻入適量的減水劑。大量事實表明，聚羧酸減水劑的性能頗佳，成本也相對適中，因此建議在混凝土中摻合聚羧酸減水劑。（2）膠凝料含量控制。不同等級的高性能混凝土所用的膠凝料重量有所差異。通常情況下，對C30之下的混凝土而言，每立方米的膠泥料重量不得大于400千克。如果混凝土的等級在C50以上，此時每立方米的膠凝料重量與C30混凝土相比要有所提高，但同時也不得大于500千克。除此之外，如果混凝土的級配處于C35至C40之間，則每立方米的膠凝料重量不得大于450千克。（3）粉煤灰等原料摻合比例的確定。粉煤灰、礦渣粉以及硅灰等物質是高性能混凝土的原料，不同類型的高性能混凝土中上述原料的含量有所差異。一般來說，如果制作在嚴寒環境下的高性能混凝土，則混凝土中粉煤灰的含量最好不要大于30%。礦物摻合料一般占總膠凝材料量的20%至50%為佳。高性能混凝土拌制過程中通常需要使用多種類型的礦物摻合料，為了確保混凝土的質量，應當開展礦物摻合料比例試驗工作。（4）氯離子含量的控制。氯離子含量計算與控制是保障預應力混凝土結構質量的主要手段。通常情況下，預應力混凝土結構中氯離子含量低于膠凝材料總量的0.06%最佳。對于鋼筋混凝土結構而言，應當確保氯離子含量不高于膠凝材料總量的0.1%。

5.2 混凝土配合比的計算。（1）有害物質的計算。混凝土中有害物質劑量超標會影響混凝土的性能，所以要做好混凝土有害物質的計算與控制工作。業界將混凝土中的氯離子與堿離子定義為有害物質。判斷混凝土配合比正確與否或者配合比優化質量是否可靠的有效途徑之一便是計算混凝土中有害物質的含量，如果有害物質劑量超標，則說明混凝土的配合比不合理。（2）混凝土的試配與調整。水灰比確定工作的主要依據是各類原材料的檢測數據，試拌工作要在合理的理論框架下進行。做好對拌合物的性能檢查工作，主要對象是拌合物的泌水率、擴展度、含氣量以及凝結時間等指標。對諸如單位用水量、含砂率等數據開展調整工作的過程中，要確保混凝土水灰比不發生改變。（3）配合比的優化。對膠凝材料使用量進行合理的組合是高性能混凝土配合比優化的主要目標。對于高性能混凝土而言，良好的工作性能與強度是必要條件，因此配合比優化需要在確保上述條件穩定的前提下提高混凝土的耐性指標。現階段，國內高性能混凝土配合比優化工作的主要內容是調整膠凝材料量、粉煤灰總量以及礦渣粉摻量。以下是高性能混凝土配合比數據范例：

橋梁承臺以及隧道襯砌等工程所用的C30混凝土配合比：水泥：粉煤灰：細集料：礦粉：減水劑：粗集料：水=186：149：856：37：4.09：1014：160。橋梁支撐結構所用C70混凝土水灰比在0.26至0.28時性能最佳。在支座墊石以及現澆梁中應用的C60混凝土配合比；水：水泥：砂：石子=178.262：536.508：672.663：1042.567。

6 結語

高性能混凝土應用廣泛、效果卓越，對我國的發展作出了積極的貢獻，為此應當做好高性能混凝土質量控制與配合比優化工作，不同環境下的高性能混凝土需使用不同的配合比，技術人員應努力提升自身綜合素質，善于總結借鑒經驗，如此方能最大程度地保障高性能混凝土配合比優化工作的質量。

參考文獻

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