浅谈铁路高性能混凝土配合比设计体会.pdf

2 0 1 1年 第 8 期 (总 第 2 6 2 期 ) N u mb e r 8 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M ED CONCRETE d o i ： 1 0 3 9 6 9 0 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 1 0 8 0 3 7 浅谈铁路高性能混凝土配合比设计体会 朱 文华 ( 中国水利水电 第十四工程局有限公司勘察设计研究院，云南 昆明 6 5 0 0 4 1 ) 摘要 ： 通过对贵广高速铁路高性能混凝土配合比的设计和施工 ， 铁路高性能混凝土配合比的设计也有自己的特点， 加以总结， 为以后 铁路混凝 土配合 比的设计提供有益的借鉴。 关键词 ： 高性能混凝土 ；配合 比设计 中图分类号 ： T U5 2 8 0 6 2 文献标志码 ： A 文章 编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) O 8 0 1 l 3 一 O 2 Conc i s e r e mar k s on t he e x per i e nc e o f h i gh -pe r f or ma nc e c on cr et e mi x de s i gn of r a i lway ZHU W e n - h a ( S u r v e y a n d De s i g nI n s t it u t e ， S i n o h y d r o B u r e a u 1 4C o ， L t d ， Ku n mi n g 6 5 0 0 4 1 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： W i t h t h e d e s i gn a n d a p p l i c a t i o n o f c o n c r e t e m i x d e s i gn i n Gui y an g - Gu a ng z h o u h i g h s p e e d r a i l wa y， i t i s f o u n d t h a t t h e h i g h p e r f o r - ma nc e c o n c r e t e mi x d e s i gn o fr a i l wa y a l s o h a s i t s o wn c h a r a c t e r i s t i c s He r e wi t h i t i s s u mma r i z e d t o p r o v i d e a s a u s e f ul s o ur c e o fr e f e r e n c e f o r t h e fut u r e r a i l wa y c o n c r e t e mi x d e s i gn Ke y wor ds ： h i g h p e r f o r ma n c e c o mr e t e； mi x d e s i g n 0 引言 近几 年来 ， 在铁路工 程建设 的过程 中 ， 高性能 混凝土越来 越显示出其重要的地位， 从铁道部到设计单位都非常的重视。 高 性能混凝土不仅要求混凝土的拌合物具有大流动性的施工性 能 ， 而且要求混凝土具有 良好的力学性能和耐久性。 通过贵广高 速铁路的配合此设计实践发现， 铁路高性能混凝土配合比设计 和水工混凝土相比， 有其 自己的特点 ， 现对铁路高性能混凝土 配合比的设计谈一下个人的理解。 铁路混凝土配合比设计主要依据为建筑物的设计使用年 限、 环境类别及其作用等级和混凝土耐久性指标。 铁路高性能混 凝土耐久性指标主要为护筋性 、 抗裂性 、 耐磨性、 抗碱一 骨料反 应 、 抗冻性 、 耐蚀性、 抗渗性等性能。 而水工上的大坝混凝土则 主要控制指标为混凝土极限抗拉强度、 弹模 、 抗冻 、 抗渗、 热学 性能及变形性能指标。 由于设计理念和对高性能混凝土考察的 指标不一样 ， 在混凝土配合比设计方法上 ， 铁路高性能混凝土 施工配合 比的设计也有其不同之处。 以下主要针对不同点， 对 高铁混凝土施工配合比的设计过程加以阐述。 1 设计要 求不一样 铁路商陛 能混凝土配合比的设计要求主要表现在以下方面： ( 1 ) 混凝土结构的设计使用年限( 般为 1 0 0 年、 6 O 年、 3 0 年) 。 ( 2 ) 混凝土结构所处环境类别及作用等级： 碳化环境( T1 T 3 ) 、 氯盐环境( L 1 L 3 ) 、 化学侵蚀环境( H1 | 4 ) 、 冻融破坏环境( D1 D 4 ) 及磨蚀 环境 ( Ml M3 ) 。 ( 3 ) 根据设计使用年限级别 、 混凝土结构所处环境类别及 作用等级明确高性能混凝土配合比设计耐久性指标( 包括混凝 收稿 日期 ：2 0 1 l 2 2 5 土电通量、 抗渗性、 抗冻融 、 抗裂性 、 护筋性、 抗碱一 骨料等耐久 性指标 ) 。 2 混凝 土配合比用原材料的检 验 首先 ， 在骨料选择方面。 水工骨料料场的选择由设计单位 在工程前期勘察后确定 ， 骨料母材的全性能指标检验已由设计 单位完成， 施工单位进场后可以根据设计提供的资料选定石料 加工场， 不需要施工单位对石料场进行碱活性、 氯离子等试验。 而铁路工程就完全不一样。 一进场， 就需要派专业人员对标段 沿线 的石料场进行普查 ， 对可能用 的石料场 ( 砂 场 ) 需监理 见证 取样 ， 送到有资质并经监理同意的检测机构进行骨料碱活性、 氯离子等全性能指标检验 ， 以判别该料场是否能用。 只有满足 规范要求 ， 才能作为混凝土配合比设计的材料使用。 其次 ， 混凝土配合比试验用原材料检验必须按铁建设 2 0 0 5 f 1 6 0 号文件和 客运专线高性能混凝土暂行技术条件 做全项 目检验， 在混凝土有害物质计算时， 要用其中的试验结果。 3配 合 比 初 选 3 1 骨料级配、 最佳砂率及单位 用水量的确定 ( 1 ) 骨料级配确定： 粗骨料从拌和楼成品料堆取样 ， 按不同 的石子比例混合 ， 检测松散密度和紧密密度。 确定骨料级配的原 则 ： 根据施工工艺及现场情况选择骨料级配最大粒径； 选择孔 隙率较小密度最大的级配组合( 孔隙率应小于4 0 ) 。 ( 2 ) 最佳砂率及单位用水量的确定： 按照 客运专线高性 能混凝土暂行技术条件 对钢筋混凝土、 预应力混凝土和素混 凝土的最大水灰比、 最小胶凝材料用量要求及混凝土施工工艺 要求 ， 确定混凝土单位用水量 ； 根据混凝土单位胶凝材料用 l 1 3 量 、 混凝土施T工艺及混凝土粗骨料最大粒径的要求 ， 选择合 适砂 率 ( 最优 ) ， 使混凝 土拌合物满 足施工 和易性要 求 ； 根据 以上单位用水量 、 最优砂率试验成果 ， 初步拟定混凝土单位用 水量 和最优砂率 。 3 2 混凝土掺合料 的掺量确定 混凝土掺合料的掺量应根据混凝土结构工作环境、 拌合物 的性能、 力学性能以及耐久性能指标， 通过试验成果， 并依据标 准、 规范及技术条件要求进行确定。 4混 凝 土试 拌 配合 比的 确 定 4 1 混凝 土 配制 强度 依据 J G J 5 5 2 0 【 】 0 普通混凝土配合比设计规程 的规定， 混凝土配制强度按公式计算 ： 配制强度 设计强度 ， k + 概率度系数 t X 标准差 r ， 注： 水下混凝土的配制强度应较设计要求提高 1 O 2 O 。 当混凝土强度保证率19 5 ， 概率度系数为 1 6 4 5 。 标准差盯 按相关规范取值。 根据计算所得的混凝土配制强度 ， 计算出配制 混凝土所 用的水胶 比。 由次 可计算 出胶凝 材料 的总用量 。 并根 据外掺料掺量可计算出各外掺料及水泥的用量。 4 2 混凝土配合比设计时应 注意的一般要 求 ( 1 ) C 3 0 及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于4 0 0 k g m ， C 3 5 C 4 0混凝土不宜高于 4 5 0 k g m ， C 5 0 7 昆凝 土不 宜高于 50 0k g m 。 ( 2 ) 混凝土中宜适量掺加符合技术要求的粉煤灰 、 矿渣粉 或硅灰等矿物掺合料。 不同矿物掺合料的掺量应根据混凝土的 施工环境条件特点 、 拌合物性能 、 力学性能以及耐久性要求通 过试验确定。 一般情况下， 矿物掺合料掺量不宜小于胶凝材料总 量的 2 0 。 当混凝土中粉煤灰掺量大于 3 0 时， 混凝土的水胶比 不宜大于 0 4 5 。 预应力混凝土以及处于冻融环境中的混凝土中 粉煤灰的掺量不宜大于 3 0 。 ( 3 ) 混凝土中宜适量掺加能提高混凝土耐久性能的减水剂， 宜选用多功能复合减水剂。 ( 4 ) 当骨料 的碱一 硅酸反应 砂浆棒 膨胀 率在 0 1 0 0 2 0 时， 混凝土的碱含量应满足表 1规定， 当骨料的砂浆棒膨胀率 在 0 2 0 - 0 3 O O o n ,j - ， 除了混凝土的碱含量应满足表 1 规定外， 混凝 土中还应掺加具有明显抑制效能的矿物掺合料和外加剂， 并经 试验证明抑制有效。 表 1 混凝土最大碱 含量 k g m ( 5 ) 钢筋混凝土结构的混凝土氯离子总含量( 包括水泥 、 矿 物掺合料 、 粗骨料 、 细骨料、 水 、 外加剂等所含氯离子含量之和) 不应超过胶凝材料总量的0 1 0 ， 预应力混凝土结构的混凝土氯 离子总含量不应超过胶凝材料总量的 0 0 6 。 ( 6 ) 混凝土最大碱含量不得超过规范的规定值。 4 3 混凝土配合 比应注意的参考限值 ( 1 ) 不同环境条件下钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土结构的 混凝土最大水胶比、 最小胶凝材料用量应满足铁建设 2 o o 5 1 1 6 o号 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准 中相应的规定。 1 1 4 ( 2 ) 不同环境条件下素混凝土结构的混凝土最大水胶 比、 最小胶凝材料用量应满足铁建设 2 0 0 5 1 1 6 0号 铁路混凝土工 程施工质量验收补 充标准 中相应 的规定 。 ( 3 ) 当化学侵蚀 介质为硫 酸时 ， 配合 比参 数应 除 了应满 足 上述规定外， 硫酸盐侵蚀环境下混凝土的胶凝材料组成还应满 足相应规范的规定 ， 且胶凝材料的抗蚀系数应不小于 0 8 。 4 4 混凝土配合比计算 每立方米混凝土中各种原材料用量的计算方法有两种： 假 定密度法和绝对体 积法 。 计算方法按规 范进行 ， 在此不赘述 。 ( 1 ) 计算有 害物质含量 。 混凝土 中有 害物质 的计算是 铁路 高性能混凝土配合比设计过程 中的一个特点 ， 是必须进行的。 需 计算的有害物质主要为每立方米混凝土中的总碱含量和总氯离 子含量。 具体计算方法为： 根据拟定的配合比， 并依据原材料有 害物质的检测结果， 计算每立方米混凝土有害物质的含量是否 超标。 如混凝土配合比有害物质含量超标， 则否定该选定的配合 比， 重新依据规范 、 标准 、 技术条件及设计要求调整选定配合 比， 直至满足有害物质含量的要求为止。 ( 2 ) 混凝土配合 比试配和调整 。 根据试拌混凝土和易性 ， 确 定基准配合 比的砂率 、 掺合料用量等参数： 根据对混凝土所用 原材料的检测情况及以上各条的规定， 确定水灰 比， 并计算理 论配合比进行试拌 ， 检查拌合物的性能。 检验项目主要有 ： 坍落 度 、 扩展度及其 0 5 h损失、 泌水率( 对泵送混凝土检测压力泌 水率) 、 含气量、 表观密度 、 凝结时间。 当试拌得出的7 昆 凝土拌合 物性能检测结果不能满足要求时 ， 应在保证 水灰 比不变 的条件 下调整单位用水量或外加剂掺量或砂率 ， 直至符合要求 为止 。 然 后提出供检验混凝土各项性能试验用的基准配合比。 5 混凝土配合 比的确定与校验 ( 1 ) 混凝土配合比的确定。 根据以上试验选定的基准配合 比为基准， 试拌 3 个( 至少 3个 ) 不同水胶比的配合比( 另外两 个配合比的水胶比宜较基准配合比分别增加和减少0 0 2 ,4 ) 0 3 ， 砂 率相 应减 少和增加 1 ) ， 混凝 土配 合 比选 定试 验 的检验项 目主要 有 ： 坍落度 、 扩展度 及其 0 5 、 1 h损失 、 泌水率 ( 对泵送 混凝土 检测 压力泌水 率 ) 、 含气量 、 表观 密度 、 凝 结 时间 、 抗 裂 性 、 抗压强度 、 电通量、 弹性模量( 对预应力混凝土) 、 抗冻性 、 耐磨性 、 抗渗性及抗蚀系数( 对胶凝材料 ) 、 有害物质的计算 。 根据试验得出的胶水比及其相对应混凝土强度关系，用作图 或计算法求出与混凝土配制强度相对应的胶水 比值， 并按下列 原 则确 定每 立方米 混凝 土 的材 料用 量 ： 用水 量取 基准 配合 比 中的用水量 ， 并根据制作强度试件时测得的坍落度进行调整； 胶凝材料用量取用水量乘以选定出的胶水 比计算而得， 从而 根据各外掺料的掺量计算出各外掺料及水泥的用量 ； 粗 、 细骨 料取基准配合比中的粗细骨料用量， 至此得出混凝土的初步配 合比。 ( 2 ) 在确定出初步配合比后 ， 还应进行混凝土表观密度校 正， 首先计算出其校正系数： 用表观密度的实测值除以表观密 度的计算值。 当表观密度的实测值与表观密度的计算值之差的 绝对值不超过表观密度的计算值的2 时， 则上述初步配合比可 确定为混凝土的正式配合比设计值， 当其超过 2 时， 则将初步 配合比中每项材料用量均乘以校正系数， 所得配合比就是混凝 土正式配合比。 下转第 1 3 O页 表 7 巾 2 0 0 0 minx 1 0 0 0 mm 普通硅 酸盐水 泥混凝 土温度 表 8 巾 1 0 0 0 mmx 5 0 0 mm普通硅酸盐水泥混凝土温度 分析表 9可以看出， 使用冷却水控制混凝土温度 ， 高贝利 特水泥混凝土比普通硅酸盐水泥混凝土能显著节约冷却水用 量。 尺寸为 1 0 0 0 mmx 5 0 0 m m 的高贝利特水泥混凝土试件 比 普通硅酸盐水泥混凝土节约冷却水 0 9 1 T I ， 1 m， 混凝土平均节 一HBC一( b 40 0 0mm20 0 0mm 卜PC一 4000m m x 200 0 mm H BC- 2 0 00 mm x 1 000m m PC一也2 0 0 0IT I T II X1 0 0 0mm - 一 HBC一士1 0 0 0 n l I n x 5 0 0mm 表 9 不 同尺 寸的普通硅酸盐水泥混凝土冷却水用量 土节约冷却水 1 9 3 m ， 1 m 混凝土平均节约冷却水 6 1 5 r n ， 。 混 凝土试件尺寸越大 ， 混凝土试件冷却用水量和 1 m 混凝土平均 节约冷却水越显著。 4 0 0 0 mmx 2 0 0 0 mm的高贝利特水泥混凝 土节约冷却水 2 6 7 4 m ， 1 m， 混凝土平均节省冷却水 1 0 6 4 m3 。 2 高贝利特 水泥混凝土冷却效益分析 假设混凝土所用冷却水价格为 5 元 m ， 尺寸为 1 0 0 0 mn 5 0 0 mm的高贝利特水泥比普通硅酸盐水泥节省 1 1 5 5元 m ， ， 2 0 0 0 mmx 1 0 0 0 m i n的高贝利特水泥混凝土节约 3 0 7 5 元 m ， 4 0 0 0 mmx 2 0 0 0 m m的试件， 高贝利特水泥混凝土节省费用更 大 ， 为 5 3 2 元 m 。 用量， 具有较低的冷却费用和较高的温控效益。 试件尺寸越大， 1 m 混凝土平均节约冷却水量越多， 经济效益越显著。 参考文献 ： 1 】王波 ， 肖志辉 大体积混凝土通水冷却实用性计算 J l _四川 水力发电 ， 2 0 0 9， 2 8 ( 6 ) ： 4 6 2 刘林生锦屏一级水电站大坝混凝土温控研究 川 人民长江， 2 0 0 9 ， 4 0 ( 8 ) ： 9 1 9 6 3 】 舒光胜小湾水电站拱坝混凝土温控措施研究 J I_ 水力发电， 2 0 0 5 ， 3 1 ( 1 o ) ： 7 4 7 6 4 】李金玉， 彭小平， 曹建国， 等 高贝利特水泥低热高抗裂大坝混凝土 性能的研究 硅酸盐学报， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 3 ) ： 3 6 4 3 7 1 3 结论 作者简介 试件尺寸相同， 用冷却水控制混凝土温度基本相近， 高贝 联系地址 利特水泥? 昆 凝土比普通硅酸盐水泥混凝土能显著节约冷却水 联系电 话 上接第 1 1 4页 6结语 综上所述即为商性能混凝土在配制上的特点： 即采用低水胶 比， 尽量降低混凝土单位用水量， 选用商性能减水剂 ， 掺人较多的 掺合料， 以减少水泥用量， 减少混凝土内部孔隙率， 减少体积收缩， 提高混凝土耐久l生。 混凝土耐久性主要通过混凝土电通量、抗渗 性、 抗冻融、 抗裂l生、 护筋性、 抗碱骨料等耐久性指标来反映。 1 3O 王可良( 1 9 7 2 一 ) ， 男 ， 工程师 ， 博士研究生 ， 主要从事水工混 凝土研究。 济南市历山路 1 2 5 号 山东省水利科学研究院( 2 5 0 0 1 3 ) l 3 7 0 5 4l 71 7 3 参考文献 ： 1 铁建设 2 0 0 5 1 1 6 0 号， 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准 z 作者简介 联 系地址 联 系电话 ( 1 9 7 4 - - ) ， 男， 工程师， 从事混凝土及材料试验。 广东省肇庆市怀集县怀城镇登云亭清水塘水电集团实验 室( 5 2 6 4 0 0 ) 1 3 5 8 0 6 2 6 0 5 6