蒙內鐵路混凝土耐久性設計要求及配合比

嚴 敏，陳 平，夏京亮，周永祥

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

當前，我國正在積極推進“一帶一路”發展戰略，肯尼亞是“一帶一路”戰略東非布局的首站，而蒙-內鐵路是我國企業在肯尼亞承建的重要工程。蒙內鐵路是連接東非最大港口城市蒙巴薩和首都內羅畢的標軌鐵路，正線采用單線，為內燃機系統，設計客運時速120 km、貨運時速80 km，設計運力2 500萬t，采用中國國鐵一級標準進行設計施工。遠期規劃，連接肯尼亞、坦桑尼亞、烏干達、盧旺達、布隆迪和南蘇丹等東非6國。蒙內鐵路是中國幫助肯尼亞修建的一條全線采用中國標準的標軌鐵路，是肯尼亞獨立以來的最大基礎設施建設項目，也是肯尼亞實現2030年國家發展愿景的“旗艦工程”，于2014年9月開工，2017年5月31日建成通車。蒙內鐵路是中非從次區域合作起步，共同建設非洲高速鐵路、高速公路和區域航空三大網絡的重大項目。東非地區乃至非洲實現互聯互通，將對非洲國家經濟發展起到重要支撐作用。

蒙內鐵路的修筑對于肯尼亞、東非地區意義重大，同時也有力地推動了國家“一帶一路”戰略在非洲地區的開展。蒙內鐵路對混凝土質量，尤其是混凝土耐久性要求較高。混凝土耐久性是指混凝土抵抗環境介質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]。該文分析了蒙內鐵路混凝土耐久性設計，及其相應的混凝土配合比，以期推動中國企業在東非地區進一步采用中國標準開展鐵路工程建設。

1 混凝土耐久性設計

蒙內鐵路部分混凝土耐久性設計要求見表1，該文選擇了7個橋梁混凝土的耐久性設計進行分析，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，各個橋的橋墩設計均為T2環境等級要求，混凝土強度等級均為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計環境等級要求為T2，強度等級為C35，拉斯特中橋橋臺混凝土耐久性設計環境等級要求為H3、Y4、L1，強度等級為C50，孔扎中橋橋臺混凝土耐久性設計環境等級要求為H3、L2，強度等級為C50，卡姆塞克大橋橋臺混凝土耐久性設計環境等級要求為L2、Y1，強度等級為C45，阿西河鎮大橋橋臺混凝土耐久性設計環境等級要求為H1、Y2、L2，強度等級為C40；孔扎南大橋、斯托尼阿西大橋承臺混凝土耐久性設計環境等級要求為T1，強度等級為C30，拉斯特中橋承臺混凝土耐久性設計環境等級要求為H3、Y4、L1，強度等級為C50，孔扎中橋承臺臺混凝土耐久性設計環境等級要求為H3、L2，強度等級為C50，卡姆塞克大橋承臺混凝土耐久性設計環境等級要求為L2、Y1，強度等級為C45，阿西河鎮大橋承臺混凝土耐久性設計環境等級要求為H1、Y2、L2，強度等級為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計環境等級要求為T1，強度等級為C30，拉斯特中橋樁基混凝土耐久性設計環境等級要求為H3、Y4、L1，強度等級為C50，孔扎中橋樁基混凝土耐久性設計環境等級要求為H3、L2，強度等級為C50，卡姆塞克大橋樁基混凝土耐久性設計環境等級要求為L2、Y1，強度等級為C45，阿西河鎮大橋樁基混凝土耐久性設計環境等級要求為H1、L2，強度等級為C40。

總體來說，混凝土耐久性設計上，環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境較為嚴峻，混凝土強度等級包括C30、C35、C40、C45、C50，范圍較廣。

表1 蒙內鐵路部分混凝土耐久性設計要求

2 環境等級等混凝土配合比的要求

根據標準《鐵路混凝土》TB/T 3275—2011的要求，設計使用年限100年環境作用等級下混凝土配合比要求見表2。由表2可知，不同環境作用等級下，混凝土強度等級包括了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，其中碳化環境T1混凝土最少膠凝材料用量最低為280 kg/m3，鹽類結晶破壞環境Y4混凝土最少膠凝材料用量最高為360 kg/m3。

表2 設計使用年限100年環境作用等級下混凝土配合比要求

3 混凝土配合比

蒙內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115 kg/m3，摻量最高的為C50混凝土，達到149 kg/m3；混凝土用水量控制較嚴格，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 蒙內鐵路部分混凝土配合比 /(kg·m-3)

4 保證混凝土耐久性的經濟性分析

蒙內鐵路為中國設計、施工及運營的鐵路，工程竣工后，由中國企業運營管理。提高混凝土耐久性、保證鐵路在長時間內安全運營，能夠節約混凝土維護與修復費用，降低運營管理成本，其經濟性不言而喻。

5 結 論

a.蒙內鐵路在混凝土耐久性設計上，環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境較為嚴峻，混凝土強度等級包括C30、C35、C40、C45、C50，范圍較廣。

b.蒙內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。

[1] 盧 木.混凝土耐久性研究現狀和研究方向[J].工業建筑,1997,27(5):1-6.

[2] 肖 佳,勾成福.混凝土碳化研究綜述[J].混凝土,2010(1):40-44.

[3] 陳肇元,徐有鄰,錢稼茹.土建結構工程的安全性與耐久性[J].建筑技術,2002,5(4):00057-00058.

[4] 楊少軍.西北地區鐵路橋梁混凝土耐久性研究[J].鐵道標準設計,2007(5):45-47.

[5] 李化建,謝永江.我國鐵路混凝土結構耐久性研究的進展及發展趨勢[J].鐵道建筑,2016(2):1-8.