客运专线铁路高性能混凝土单位用水量控制.pdf

2 0 1 0 年 第 8期 (总 第 2 5 0 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 01 O ( To t a 1 No 2 5 0) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M I XED CONCRETE d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 8 0 3 6 客运专线铁路高性能混凝土单位用水量控制 另本春 ( 中铁 四局集 团有限公司 ，安徽 合肥 2 3 0 0 2 3 ) 摘要： 主要讨沦客运专线铁路高性能混凝土施工单位用水量的控制， 传统混凝土设计与施工控制思路为水灰比控制， 通过在客运专线 铁路混凝土 1： 程施工的实践， 特别是 自 动化集中搅拌站的大范围使用， 发现单位用水量是保证高性能混凝土的工作性、 耐久性的首要前 提， 同时提出借鉴 日 本砂石含水率测试方法来改进混凝土搅拌站用水量控制手段， 为以后相关工程质量控制提供经验参考。 关键词 ： 客运 线 ；高性能混凝土 ；用水量 ；质量控制 中图分 类号 ： T U 5 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 0 ) 0 8 0 1 0 6 0 2 Pa s s eng er r a i l l i ne hi gh -pe r f or ma nc e con c r e t e wa t er c on t r ol L G Be n 曲 u n ( C b i n a Ra i l W a yNo 4E n g e n e e r i n gGr o u pC o ， L t d ， H e f e i 2 3 0 0 2 3 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Fo c u s e s on p a s s e n g e r r a i l l i n e c o n s t r u c t i o n o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e wa t e r c o n t r o l u n i t ， t r a d i t i o n a l c o n c r e t e d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n c o n t r o l f o r t h e wa t e r c e m e n t r a t i o c o n t r o l o ft h o u g h t s ， Th e p a s s e n g e r r a i l l i n e t h r o ug h the c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n p r a c t i c e ， I n p a r t i c u l a r ， a ut o m a t e d a n d c e n t r a l i z e d l a r g e s c a l e u s e o f m ixi n g s t a t i o n， De t e c t e d i n t h e u n i t wa t e r c o n s u mp t i o n i s t o e n s u r e t h a t the wo r k o f h i g h pe r f o r ma n c e c o n c r e t e ， d u r a b i l it y o f t h e mo s t i mp o rta n t p r e r e q ui s i t e for ， An d f o u n d t ha t t h e u n i t wa t e r i s t o e n s u r e t h a t the wo r k o fh i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e ， d u r a b i l i t y o f t h e mo s t i mp o rta n t p r e r e q u i s i t e f o r t h e s a me t i me， l e a m f r o m J a p a n p r o p o s e d g r a v e l mo i s t u r e t e s t me t h o d s t o i mp r o v e wa t e r c o n t r o l me t h o d s o f c o nc r e t e mi x i n g s t a t i o n， f o r t h e f u tur e p r o v i s i o n o f r e l a t e d e n g i n e e rin g e x p e rie n c e i n q u a l i t y c o n t r o l for r e f e r e n c e Ke y wor ds ： p a s s e n g e r l i n e； hi g h p e r f o rm a n c e c o n c r e t e； wa t e r ； q ua l it y c o n t r o 1 ( ) 引言 客运专线铁路混凝土工程采用耐久性设计， 重要结构物要 求保证 1 0 0 年的使用寿命， 混凝土施T采用高性能混凝土技术 ， 即采用较少的水泥用量、 掺用较多的掺合料 、 采用较低的水胶 比。铁路混凝土工程要求以自动化搅拌站集中拌和方式进行施 T， 对 昆 凝土原材料每箍称量偏差要求符合一定的规定范围内， 同时对混凝土拌合物性能包括坍落度 、 含气量和水胶比作出了 检验要求规定。 由于高性能混凝土技术的特点和混凝 搅拌站装备水平 、 技术力量、 施 T 二 管理水平的影响， 在铁路混凝土 _ 程实际应用 中存在一 一 些因混凝土搅拌施_T过程或拌合物施工性能不满足 标准要求等问题， 特别是搅拌站混凝土用水量的控- I。b 力， 不仅 影响T程质量 ， 而且在一定程度 上制约 了铁路混凝土 工程搅拌 行业的发展。 基于以上原因， 笔者根据在客运专线铁路混凝土工程施工 的实践， 在本文中分析了砂石含水率测试控制方法以及通过混 凝土拌合物性能测试对单位用水量推断方法， 对铁路高性能混 凝土的单位用水量的施工控制提出一些见解。 1 混凝土单位用水量 普通混凝土选定水胶比和单位用水量是依据 普通混凝土 配合比设计规程 ， 根据粗骨料品种、 粒径及施工要求的拌合物 收稿 日期 ：2 0 1 0 0 3 2 5 1 06 稠度查表选取， 而在高性能混凝土配合比设计已突破上述规定， 在诸多论文涉及高性能混凝土配合比设计中， 多数为推荐或参 考用水量 。 从国外资料和经验来看 ， 将单位用水量作为控制混凝土耐 久性质量要求的一种标志， 要比用最大水胶比更为适宜。依靠 水胶 比的控制尚不能解决混凝土中因浆体用量过大而引起收 缩和水化热增加的负面影响。 在高性能混凝土中， 减少浆体量和 增加骨料所占的比例又是提高混凝土耐久性的重要手段。如果 控制单位用水量则可同时控制浆体用量， 可以从多个方面体现 耐久性的要求。 2 混凝土单位 用水量控 制波动 混凝土配合比确定后， 如何按照配合比规定的组分进行搅 拌施工是保证混凝土质量的重要基础， 生产中如何有效的控制 混凝土单位用水量成为控制混凝土质量的关键。通过分析施工 现场实际情况发现影响混凝土单位用水量控制的波动原因主 要有 ： ( 1 ) 搅拌站计量设备不按规定进行标定或生产过程汇总不 定期校验， 造成计量不准确， 造成对单位用水量控制困难。 ( 2 ) 不按现场实际情况及时调整施丁配合比， 如雨雪天气 条件下， 粗细骨料含水率变化很大， 需要随时调整骨料用量和 水量， 如果测定不及时或不测定而用估算值， 造成单位用水量 控制 困难 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( 3 ) 现场可能由于原材料发生质量变化原因， 为达到混凝 土质量要求而在施工中随意额外加减水 ， 造成对单位用水量控 制 困难 。 3 混凝土单位 用水量判定方 法 通过前面分析可以了解 ， 由于施工中存在着上述不确定因 素， 很有可能劣质的混凝土拌合物或单位用水量不合格的混凝 土被直接用到混凝土结构物上， 给工程质量带来了重大隐患。无 法在使用前预知所用的新拌混凝土的质量是否与配合比组分 相一致， 成为铁路混凝土工程大量混凝土搅拌站混凝土工程施 工质量的一个“ 瓶颈” 。因而混凝土质量不仅要从施工过程各环 节进行控制， 如何对混凝土拌合物进行测试而了解和掌握控制 混凝土单位用水量， 将成为混凝土生产控制的发展方向。 目前国内外对混凝土水灰比分析或单位用水量的测试方 法有 ： ( 1 ) G B T 5 0 0 8 0 - - - 2 0 0 2 普通混凝土拌合物性能试验方法 标准 中配合比分析试验， 该方法用水洗分析法测定普通混凝土 拌合物中四大组分( 水泥、 水 、 砂 、 石) 的含量。杨华舒等 2 0 0 1 年 一种快速监测混凝土质量的简便方法 一文中也详细对试验 方法和过程作了说明。该种方法也是目前国内标准规范所指定 的混凝土拌合物性能测试方法， 在对混凝土质量有严格要求的 情况下进行采用 ， 试验过程较为繁琐。 ( 2 ) 刘俊岩等人 2 0 0 2年 9月采用英国 C o l e b r a n g公司生产 的F C T 1 0 1 新拌混凝土测试仪进行了相关试验， 该方法是利用 F C T1 0 1 新拌混凝土测试仪上一个由主电机带动的可旋转探 头， 启动后将旋转的探头插人新拌混凝土中， 通过测试其探头 扭矩会得到一个相应的 F C T( f r e s h c o n c r e t a s t ) 值， 同一批混凝 土只要测试 1 O个点便可以得出一个 F C T平均值，通过预先输 入的相关室内数据进行分析判定。 该方法改变了对混凝土生产 质量控制的范围， 可以快速推断混凝土的水灰比和 2 8 d强度。 ( 3 ) 日本大约有以下几种测量混凝土中单位水量的方法， 测量方法的机理有多种多样， 包括： 干燥方法 ： 烘干混凝土或 砂浆来测定混凝土中的水含量 ； 单位称重法 ： 测量单位体积 混凝土的质量来计算混凝土中水的含量； 试剂浓度的方法： 测 量试剂在混凝土的水中的浓度变化的方法 ； 中子方法 ： 测量 混凝土中水的氢的含量的方法 ； 电容方法 ： 测量混凝土中砂 浆的电容， 因为电容与混凝土中水的含量有关联 ； 气旋分离 法 ： 测量从混凝土中分离 出的水量 。 上述方法已得到 日本混凝土协会委员会 的认可 ， 标准包括 以下几点： 如果单位体积新拌混凝土的测量水含量和设计的 水含量之间的差距低于 1 0 k g m， ， 这一预拌混凝土的质量可以接 受； 如果单位体积新拌混凝土的测量水含量和设计的水含量 25 20 1 5 1 o 嚣 s 0 舡一 5 芒 一 七 一1 0 一 1 5 2 0 25 图 1 日本新拌混凝土现场测试时水含量可以接受的标 准 之间的差距在 l 0 1 5 k g m3 之间， 这一预拌混凝土的质量也可以 接受 ， 但是配制混凝土的人员必须要查清楚导致水含量变化的 原因； 如果单位体积新拌混凝土的测量含水量和设计的水含 量之间的差距大于 1 5 k g m3 ， 这样的预拌混凝土是不可以接受的。 4 混凝土单位用水量判定实例 本文主要是分析说明日本“ 单位称重法” 测试新拌混凝土 的含水量方法， 因该方法与目前我国客运专线铁路建设要求比 较一致， 高性能混凝土要求具有 2 4 范围内的空气含量， 而 且是必须检测项 目， 正好可以采用单位称重法来同时进行含水 量的判定。 该方法测试速度很快， 在 5 mi n内即可判定混凝土的 新拌质量， 对于特殊结构混凝土的质量控制是非常有利的。 结合工程项 目实际下面举例分析说明， 该方法判定的先决 条件是混凝土配合比需按照体积法进行设计， 同时考虑混凝土 的空气含量， 具体如表 1 所示。 表 1 施工配合 比 ( 1 ) 配合比单位容积质量( k g m ) ： Mc = +C +G1+G 2 =2 3 7 3 ( 2 ) 配合 比设计空气含量( ) ： Ai r Ai r =3 0 ( 3 ) 水泥粒子水湿润系数 ： n C = 2 0 0k g m 以上0 ： 为 0 2 C = 3 0 0k g m 以上0 ： 为 0 - 3 C = 4 0 0 k g m 以上0 ： 为 0 4 ( 4 ) 配合比理论单位容积质量( k g m ) ： y l = Md ( 1 一 ( i r + a ) x O 0 1 ) = 2 4 4 6 ( 5 ) 含气量容器质量( k g ) _ 2 7 8 0 ( 6 ) 新拌混凝土( ) = I 9 3 2 0 ( 7 ) 新拌混凝土质量( k g ) ： M 2 =1 6 5 40 ( 8 ) 含气量容积体积( L) ： V2 =7 0 20 ( 9 ) 实测空气含量( ) ： A A i r z =3 8 ( 1 0 ) 单位称重法测得单位容积质量( k g m ) ： y 2 = MJ ( V 2 ( 1 - ( A x 0 0 1 ) ) 1 0 0 0 = 2 4 4 9 ( 1 1 ) 推定单位水量( k g m3 ) ： W = + ( 1 - y 2 ) x 0 7 = 9 2 0 ( 1 2 ) 判定 差值 = 一 2 0 ( k g m ) ( 规格范围-+ 1 0 k g m ) 5 砂 石含 水率测试方法探 讨 J G J 5 5 _ _ _ 2 0 0 0普通混凝土配合比设计规程中规定： “ 进行混 凝土配合比计算时， 其计算公式和有关参数表格中的数值均是以 干燥状态骨料为基准。 ” 而反映实际混凝土水胶比的设计应以饱和 面干骨料为基准。 如果不考虑粗细骨料的饱和面干吸水率， 则混凝 土的实际水胶比要比计算的偏小， 得出的混凝土强度自然偏高。 下转第 1 1 7页 l 0 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 而递增， 性能优良的煤矸石砂浆的 2 8 d 抗压强度高于基础砂浆， 性能不好的煤矸石砂浆的 2 8 d抗压强度出现小幅的下降。 ( 2 ) 煤矸石砂浆孔结构有分形特征， 符合 me n g e r 海绵模型， 可以用试验方法确定砂浆孑 L 分形维数； 试验数据处理得到的煤 矸石砂浆分形维数分布在 3 1 5 3 3 5 。 ( 3 ) 煤矸石砂浆宏观力学强度与孔结构特征有一定密切关 系。随着孑 L 径增大 、 孔隙率增加， 孔分形维数减小 ， 砂浆力学强 度呈递减趋势； 随着孔隙小于 2 0 t i m 比例的增加 ， 力学强度呈 现递增趋势， 随着孔隙大于 1 0 0 B i n比例的增加， 力学强度呈现 递减趋势。 本研究只对煤矸石砂浆的力学性能与孔结构及其关系进 行了探讨， 对耐久性方面的性能还不是很了解， 有待于进一步 的探讨。 参 考文献 【 l 】1 陈炜林， 张金喜， 金珊T n n 珊T n n ， 等 煤矸石砂浆微观构造特征的试验研究旧， 耐久性水泥混凝土路面学术交流会论文集 海口： 交通部公路科学 研究院， 2 0 0 9 ： 2 6 5 2 7 2 2 】0 F A R RE L L M， WI L D S ， S A B I R B B P o r e s i z e d i s t ri b u t i o n a n d c o m p r e s s i v e s t r e r lg t h o f w a s t e c l a y b ri c k mo r t a r J C e me n t C o n c r e t e C o m o o s i t e s ， 2 0 0 1 ( 2 3 ) ： 8 1 9 1 【 3 】AR A N D I G O YE N M， A L V A R E Z J I P o r e s t r u c t u r e a n d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c e m e n t - l i me mo r t a r s I J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h。 2 0 0 7 上接第 1 0 7页 ( 1 ) 骨料的含水状态。骨料的含水状态一般可分为： 不含水 分的绝干状态； 含与大气湿度平衡的水分时的气干状态； 颗 粒表面干燥， 而颗粒内部的孔隙含水饱和的饱和面干状态； 颗 粒不仅内部孔隙充满水， 表面还吸附了水的润湿状态。 饱 和水 表 面水 ( a ) 全干状态 ( b )气干状态 ( c ) 饱和面干状态 ( d ) 湿润状态 图 2 骨料的含水状态 含水量是指包含在骨料之中的全部实际含水量 ， 骨料由烘 干状态到面干状态时的最大含水率成为吸水量， 骨料表面附着 的水分成为表面含水量， 使用中经常测定的是以烘干质量为基 础的含水率以及饱和面于吸水率。 ( 2 ) 骨料不同含水率测试方法区别。 客运专线铁路采用J G J 5 2 、 5 3 9 2 标准 ， 通行的试验方法即为测试粗细骨料的烘干质量的 含水率， 目前大多数搅拌站采取该种方法。 对于特殊构造而言， 可以采用饱和面干含水率测试 ， 试验 方法参考 D L T 5 1 5 1 2 0 0 l 水工混凝土砂、 石骨料试验规程 ， 也非常方便。日本配合比设计和施工控制通常采用饱和面干含 水率测试， 试验方法参考 J I SA1 1 1 1 ： 2 0 0 1 和 J I S A1 1 2 5 ： 2 0 0 1 。 ( 3 ) 骨料不同含水率测试对混凝土施工性能影响。当拌制 混凝土时， 由于骨料含水量的不同， 将影响混凝土的用水量和 骨料用量。 目前计算混凝土中各项材料的配合比时， 一般以干燥 骨料为基准， 而一些大型重要工程常以饱和面干的骨料为准。 砂石骨料的含水率这一特性 ， 在设计和称料拌合混凝土中 应加以注意， 并作相应调整。 如配合比设计是以干骨料作基准的， 确定用水量时应考虑补充干骨料的吸水 ， 目前混凝土配合 比设 ( 3 7 ) ： 7 6 7 7 7 5 4 金珊珊 ， 张金喜， 李爽 混凝土孔结构分形特征的研究现状与进展 J 】 混凝土 。 2 o o 9 ( 1 O ) ： 3 4 3 7 【 5 】J I N S h an s h a n ， Z H AN G J i n x i ， L I S h u ang ， e t a 1 B a s i c s t u d y o n f r a c t a l c h a r a c t e ri s t i c o f p o r e s t r u c t u r e i n c e me n t m o r t ar C P r o c e e d i n g s o f t h e 9 t h I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e nc e o f Ch i n e s e T r a n s p o a fio n Pr o f e s s i o n a l s ， 2 0 0 9 ( 3 5 8 ) ： 2 8 0 1 2 8 0 7 【 6 】6 武华荟， 刘宝举硅酸盐水泥水化机理研究方法 J 粉煤灰， 2 0 0 9 ( 1 ) ； 3 3 3 6 【 7 】Z HA N G S h u q i ang ， Z HA N G Mi n - h o n g H y d r a t i o n o f c e me n t a n d p o r e s t r u c t u r e o f c o n c ret e c u red i n t rop i c a l e n v i ron me n t J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e arc h ， 2 0 0 6 ( 3 6 ) ： 1 9 4 7 1 9 5 3 8 J 吴中伟， 廉慧珍 水泥基复合材料科学研究中的辩证思维 J J 混凝土， 2 0 0 0 ( 4 ) ： 5 - 6 9 】GA O P e i - w e i ， L U X i a o - l i n， YA N G C h u a n x i ， e t a 1 Mi c rns t rnc t u r e a n d p o r e s t r u c t u re o f c o n c r e t e mi x e d w i t h s u p e r f i n e p ho s p h o rou s s l a g an d s u p e r p l a s t i c i z e r J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e ri a l s ， 2 0 0 8 ( 2 2 ) ： 8 3 7 8 4 o 【 1 O 】 李永鑫， 陈益民， 贺行洋， 等 粉煤灰一 水泥浆体的孔体积分形维数及 其与孔结构和强度的关系 J 】 硅酸盐学报 ， 2 0 0 3 ， 3 1 ( 8 ) ： 7 7 4 7 7 9 作者简介： 陈炜林( 1 9 8 3 一 ) ， 男， 硕士研究生， 主要研究方向： 混凝土材 料和道路材料。 单位地址： 北京市朝阳区平乐园 1 0 0 号 北京工业大学交通研究中心 ( 1 0 0 1 2 4 ) 联系电话 ： 1 3 4 8 8 6 7 5 3 8 3 计大多没有考虑这一点 ； 当骨料是润湿态时， 确定用水量时又 应考虑扣除骨料的表面水。 6结语 ( 1 ) 由于施工现场的条件与实验室条件存在差异 ， 同时原 材料的变易性和搅拌站质量控制的水平不一 ， 推行新拌混凝土 的单位用水量测试和控制将成为混凝土质量控制的方向。 ( 2 ) 单位称重法测试新拌混凝土的含水量， 测试方法快速 简单， 刚好与客运专线铁路标准要求相一致， 可以作为测试混 凝土单位用水量的推荐方法。 ( 3 ) 骨料的含水率经常随气候等外界条件而变化， 骨料颗粒 内部如果不是饱水状态， 在拌制混凝土时所加的水有一部分会被 骨料所吸收。因此， 在拌制混凝土时， 根据骨料表面含水量和含水 率的变化相应调整用水量， 是正确执行混凝土配合比的保证。 ( 4 ) 重要混凝土结构物配合比设计和施工可以采用饱和面干 含水率控制方法， 更加接近混凝土质量要求 ， 同时也方便操作。 参考文献： 【 1 】NA G A T A K I S ， WU C Qu a l i t y c o n t r o l o f rea d y - m i x e d c o n c ret e i n j a p an， 2 0 0 6 2 】2 刘俊岩新 拌混凝土质量检测技术的应用 J 】 济南大学学报： 自然科 学版 ， 2 0 0 2 【 3 】铁建设( 2 0 0 5 ) 1 6 0 号， 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准【 s 】 4 】 杨华舒种快速监测混凝土质量的简便方法们 混凝土， 2 0 0 1 ( 4 ) 5 】 张雅娟 混凝土配合比的现场调整叨山西建筑， 2 0 0 4 ， 3 0 ( 2 2 ) ： 7 8 7 9 6 】D D T 5 1 5 1 -2 0 0 1 ， 水工混凝土砂石骨料试验规程【 S 】 作者简介： 另本春( 1 9 7 9 一 ) ， 男， 工程师。 单位地址： 安徽合肥市望江东路 9 6 号( 2 3 0 0 2 3 ) 联 系电话 ： 0 5 5 1 5 2 4 4 2 2 3 1 l 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m