铁路高性能混凝土配合比设计.pdf

全长 5 7 3 7 7 3 m的 C RT S I无砟轨道板铺设和 D I K4 1 7 + 8 o O D I K4 2 8 +7 2 3 7 8段全长 1 0 9 2 3 7 8 k m 的 C R T S型 板无砟轨道板铺设。四座特大桥分别为黄河南引特大桥、 跨济兖公路特大桥、跨济兖公路 1号特大桥、跨济兖公 路 2 号特大桥。桩基施工摩擦桩采用旋挖机钻孔施工， 柱桩采用冲击钻钻孔施工；承台有水部位采用钢板桩支 护后开挖施工，无水部位采用放坡开挖施工；墩台采用 无拉杆式定型钢模整体浇筑；现浇简支箱梁根据现场情 况采用移动模架、支架法浇筑 ；连续梁根据设计采用挂 篮悬灌法和支架法施工 ；钢箱系杆拱桥采用原位支架拼 装法 施工 。四 座特 大 桥 主要 工 程量 如 下 ：1 1孔 2 0 m 现 浇双线简支箱梁、2 5孔 2 4 m现浇双线简支箱梁、3 1 9孔 3 2 m现浇双线简支箱梁、1孔 2 5 6 2 m现浇异形双线简 支箱 梁、1孔 2 5 8 9 m 现 浇 异 形 双 线 简 支箱 梁、在 DI K 4 2 1 +5 9 4 5 0处上跨济兖公路辅道，设 计采用 2 9 6 m的四线下承式简支钢箱系杆拱桥，一联 ( 4 0 +5 6 + 4 0 ) m、两联 ( 4 0 +6 4 +4 0 ) lT l 双线连续箱梁，两联( 4 0 + 6 4 +4 0 ) m、一联 ( 4 8 +8 0 +4 8 ) m单线连续箱梁。 罗而庄隧道 为双 线隧 道，起 讫 里程 为 D I K4 2 7 + 9 6 5 D I K4 2 8 +5 6 0 ，全 长 5 9 5 m。 本工程施工的 C 3 0 、C 3 5灌注桩，C 3 0承 台，C 3 0 、 C 3 5 墩身，C 4 0支承垫石的及 C 5 0 、C 5 5现浇箱梁、连续 梁等均属于高性能混凝土。 3 配合比设计注意事项 3 1 原材料选择 原材料的选择对高性能混凝土是十分重要的，要想 提升混凝土的耐久性 、可施工性、适用性等 ，使之达到 高性能，就必须选择优质的原材料。 3 1 1 粗 细骨料 粗骨料宜选用级配合理、粒形好、针片状颗粒含量 少、松散堆积 密度大 于 5 0 0 k g m3 、表观 密度不小 于 2 6 5 0 k g m3 的洁净碎石，最大粒径不宜超过钢筋混凝土 保护层厚度 的 2 3 ，且不得超 过钢 筋最小 间距 的 3 4 。配 制强度等级 C 5 0及以上预应力混凝土时，粗骨料最大粒 径 不应大于 2 5 m m 。 细骨料宜选用级配良好、吸水率低、孔隙率小、洁 净的中粗砂，宜选细度模数在 2 6 3 0的河砂。配制 自 密实混凝土时宜选细度模数在 2 2 2 6的河砂。 3 1 2 掺合料 掺合料是高性能混凝土不可缺少的组成材料之一， 掺用的目的是利用其物理效应、填充效应和火山灰效应 来提高混凝土施工性，增强硬化混凝土耐久性，降低混 凝土早期水化温升。常用的掺合料有粉煤灰、磨细矿渣 试验研究 粉等。 优质的粉煤灰颗粒比水泥还小，且表面呈现玻璃体 球形状态。作为混凝土的掺合料，粉煤灰不但可以降低 混凝土用水量，增加混凝土拌和物的和易性，而且可以 降低混凝土早期水化热，增加混凝土的后期强度。 磨细矿渣粉的活性要 比粉煤灰高，具有很高的火山 灰效应，掺人后可改善混凝土硬化后的孔结构和强度， 其细度要比粉煤灰还小 ，有着很大的比表面积，可以填 充粉煤灰间的空隙，改变混凝土的流变性能，增加混凝 土密实度，提高自密实混凝土强度和耐久性，尤其是使 混凝土的抗化学侵蚀能力得到了很大的提高。 3 1 3 减水剂 目前在客运专线中使用的聚羧酸高性能减水剂，其 减水率在 2 5 以上。聚羧酸高性能减水剂是一种复合性 减水剂，具有减水、引气 、缓凝和保坍的作用。因此聚 羧酸高性 能减水剂 是配置 高性能混凝 土成 功与否 的 关 键 。 3 2配合比设计原则 高性能混凝土配合比设计，首先应考虑适量掺用优 质粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺合料 ； 其次是混凝土的胶 凝材料用量及水胶比，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 m3 ，C 3 5 C 4 0 昆凝 土不 宜 高 于 4 5 0 k g m 3 ，C 5 0及以上混凝土不宜高于 5 O O k g m3 ，最低 胶凝材料用量根据不同的环境条件、作用等级及设计使 用年限进行确定；再次是控制混凝土中的有害物质 碱含量和氯离子；最后是考虑混凝土的施工工艺。 4 配合比设计及应用 京沪高速铁路是我国自行修建的世界一流的高速铁 路，设计时速 3 5 0 k m h 。水电十一局有限公司施工的济 南区段有 2 9 8片混凝土现浇箱梁，五个大跨度现浇混凝 土连续梁。由于工期紧，施工量大，对配合 比进行了设 计及优化。 4 1 混凝土技术要求 根据设计图纸及规范，箱梁的混凝土技术要求为： 环境作用 条件等级为 T 2 ，2 8 d抗压强度 C 5 0 ，弹性模 量3 5 5 l O MP a ，5 6 d龄期冻融次数为2 0 0次，抗渗 P 2 0 ，电通量 1 0 0 0 C，设计使用年限为 1 0 0年，所以 该铁路以耐久性为主要设计控制指标。 4 2 混凝土配合比计算 4 2 1 混凝土配置强度的计算 考虑混凝土采用现场拌和站集 中搅拌，混凝土强度 标准差口取 5 5 。 水泥选用山东平阴山水水泥有限公司生产的4 2 5普 7 5 水利 水 电施 工 2 0 1 1 第 5期 总第 1 2 8 期 通硅酸盐水泥 。 按照 客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件 ( 科技基 2 0 0 4 3 1 2 0号)要求，水胶 比不宜大于 0 3 5 ， 所以取 0 3 2 、0 2 9进行试配。( 为使现浇梁 3 5 d能进行 初张 拉，根 据 试 配 强 度 结 果 ，最 终 选 择 的水 胶 比 为 0 2 9 。 ) 4 2 2 混凝土砂率及粗骨料级配的确定 采用最优砂率法，根据混凝土粗骨料的孔隙率试验 确定混凝土的砂率，粗骨料的级配由不同比例最大容重 法确定。本标段粗骨料为粒径 5 1 0 mm和 1 0 2 0 mm的 人工碎石 ，细骨料为河砂。通过上述方法确定初步试拌 砂率为 3 8 。 4 2 3 混凝土原材料单位用量计算 混凝土单方材料计算有体积法和容重法，本配合比 采用假定容重法进行计算。 4 2 4 施工配合 比 考虑混凝土水化热及耐久性技术要求 ，矿物掺合料 采用粉煤灰和矿渣粉双掺的方式，同时为了保证冬季施 工，掺合料选择了不同的掺量，最终配合比见表 1 ，混凝 土拌和物性能见表 2 ，混凝土硬化后指标检测见表 3 。 表 1 施工 配 合比 配合 比 水泥 细骨料 粗骨料 水 粉煤灰 矿渣粉 外加剂 编号 ( k g ) ( k g ) ( k g ) ( k g ) ( k g ) ( k g ) ( k g ) A 3 4 8 6 5 3 l O 6 6 1 4 4 7 4 7 4 4 9 6 B 3 9 7 6 5 3 1 0 6 6 1 4 4 5 0 5 0 5 4 6 7 C 4 4 7 6 5 3 1 0 6 6 1 4 4 2 5 2 5 6 9 5 8 表 2 混凝 土拌和物性能 配合比编号 坍落度 ( ram) 扩展度 ( n l m) 含气量 ( ) 泌水 A 2 1 5 5 5 0 3 8 无 B 2 1 0 5 0 0 3 8 无 C 2 0 5 5 0 0 3 6 无 4 2 5 混凝土有害物含量分析 根据 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准( 铁 建设 ( 2 0 0 5 3 1 6 0号) ，铁路高性能混凝土有害物含量计 算如下： 混凝土总碱含量一水泥用量水泥碱含量+粉煤灰用量 1 6 粉煤灰碱含量+矿渣粉用量 1 2 矿渣粉碱含量+外加剂用量 外加剂碱含量+用水量水的碱含量 混凝土总氯离子含量一水泥用量水泥氯离子含量 +粉煤灰用量粉煤灰氯离子含量 +矿渣粉用量矿渣粉氯离子含量 +外加剂用量# l- )J n 剂氯离子含量 +用水量水的氯离子含量 +细骨 料的用量 细骨料氯离子含量 +粗骨料的用量 粗骨料的氯离子含量 经计算，该C 5 0 高性能混凝土配合比中编号为 1 的配 表 3 混凝土硬化后检测指标 配合比 抗压强度 ( MP a ) 压缩弹性模量 ( G P a ) 5 6 d电通 2 8 d 抗冻性 5 6 d 抗裂性 5 6 d 抗渗性 编号 3 d 7 d 2 8 d 7 d 2 8 d 量 ( C) 质量损失率 ( ) 相对动弹性模量 ( ) A 4 O 0 5 7 7 6 5 4 4 0 2 4 4 8 5 8 5 1 5 8 2 3 无裂纹 P 2 O B 4 3 O 5 8 8 6 9 7 4 2 6 4 4 0 5 0 7 1 2 8 7 6 无裂纹 P 2 0 C 4 6 1 5 8 0 6 5 。 0 3 8 0 4 3 8 5 4 1 1 3 8 9 9 无裂纹 P 2 O 7 6 - y 1 5 9 l 3 l 7 21 2 5 2 9 3 3 3 7 4l 4 5 4 9 5 3 5 7 6 l 6 5 6 9 7 3 7 7 8 1 8 5 8 9 9 3 龄期( d 1 图 1 配合比 A初张拉 强度与龄期 分析 加 如 加 0 龟8 熊 气 入 八 、 - J h V 一 一 一 V y 八 v 人 Y 1 _ 一 龄期( d ) 图 2配合 比 B初 张拉 强度 与龄期分析 _ 、 | H - - J 翻 J | I - - l1- _ A k L r H H - _ 1 7 1 9 2 1 2 3 2 5 2 7 2 9 31 3 3 3 5 3 7 3 9 4l 4 3 4 5 4 7 4 9 5 1 5 3 龄期( d 】 图 3配合 比 C初 张拉 强度 与龄期 分析 合比混凝土总碱含量为 2 4 2 k g m3 ；混 凝土总氯离 子含 量为 0 1 l 6 k g m3 ，占胶凝材料的百分比为 0 0 2 3 。编 号为 2的配合 比混凝土总碱含量为 2 5 6 k g m 3 ；混凝土 总氯离子含量为 0 1 2 1 k g m3 ，占胶凝材料 的百分 比为 0 0 2 4 。编号为 3的配合比混凝土总碱含量为 2 7 1 k g m3 ；混凝土总氯离子含量为 0 1 2 7 k g m 3 ，占胶凝材料的 百分比为 0 0 2 6 。 4 2 6 C 5 0现浇梁现场强度分析 从图 1 图 3中可以看出配合 比早期强度 B优于 A、 C优于 B 。 2 8 d龄期标 准养护试件强 度平均值，配合 比 A为 5 7 1 MP a ，配合比B为 5 9 7 MP a ，配合比C为 5 7 6 MP a 。 从 2 8 d 标准养护试件平均强度来看，配合比 B的后期强 度要略高于配合比 A和 B 。这就说 明水泥用量增加可以 提高混凝土强度，但是有一个合理 的范围，到达这个范 围后再想提高混凝土的强度就 只能借助于掺合料和外 加剂 。 可以看出，根据不同的龄期强度要求，使用不 同的 配合比，对工程的进度乃至成本十分重要。 5 结束 语 试验研究 通过对京沪高铁三标段灌注桩、承台、墩身、现浇 梁等高性能混凝土配合比室内设计及现场质量控制，发 现影响混凝土强度 的主要因素为水灰 比、水泥用量 、砂 率、外加剂掺量，其重要顺序依次为：水泥的用量一外 加剂的掺量一水灰 比一砂率。另外还有耐久性 ，要使混 凝土获得很好的耐久性，抵抗化学侵蚀，掺加磨细优质 矿渣粉是必不可少 的。矿渣粉粒径小，填充了混凝土内 部微小空隙，使混凝土更加密实，增加 了混凝土对外界 环境侵蚀的抵抗能力。 以上影响混凝土强度因素的规律符合混凝土的强度 理论，在水泥强度和其他条件一定的情况下，混凝土的 强度随着水泥用量的提高而增加，但是 由于受到水泥强 度的限制，混凝土的强度只能达到一个合理的强度值。 因此，混凝土的强度要进一步提高，掺加混凝土高效减 水剂是一种有效的方法。由于水灰 比受到水泥用量 的影 响，在此降为次要因素。 7 7 如 如 加 0 鲁e赵 隈 如 如 加 m 0 皇 一 孵