客運(yùn)專線高性能混凝土的試驗(yàn)與應(yīng)用

摘　要　高性能混凝土是一種高強(qiáng)度、高工作性、高耐久性的混凝土。通過(guò)甬臺(tái)溫鐵路客運(yùn)專線C50箱梁耐久性混凝土的試驗(yàn)與應(yīng)用情況,對(duì)高性能混凝土的設(shè)計(jì)理念和配制方法進(jìn)行了較為全面的分析和論證,對(duì)客運(yùn)專線高性能混凝土的研制與應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞　客運(yùn)專線　高性能混凝土　設(shè)計(jì)思路　配合比試驗(yàn)

中圖分類號(hào)　U444　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼　A　　文章編號(hào)　1009 4539 (2007) 02 0019 03

1 　工程概況

　　甬臺(tái)溫客運(yùn)專線北起浙江省寧波市,南至溫州,線路貫穿浙江省經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的甬臺(tái)溫三市。甬臺(tái)溫鐵路第一標(biāo)段的中間區(qū)段,正線長(zhǎng)33. 87 km。鐵路線路設(shè)計(jì)等級(jí)為I級(jí);路段旅客列車設(shè)計(jì)行車速度為200 km /h,預(yù)留時(shí)速為250 km /h;建筑限界為滿足開(kāi)行雙層集裝箱列車要求。

　　本區(qū)段有特大橋3座,分別為楊梅嶺水庫(kù)特大橋、大溪特大橋、白溪特大橋,全長(zhǎng)2 542 m;大橋5座,全長(zhǎng)1 458 m。工程橋梁上部結(jié)構(gòu)梁片采用整孔現(xiàn)澆箱梁,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50;箱梁施工具有一次澆筑混凝土方量大( > 300 m3 ) ,整孔箱梁質(zhì)量大(約900 t) ,以及工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量要求高的特點(diǎn),因此必須配制出具有良好可泵性、高流動(dòng)性、高耐久性的高性能混凝土,以滿足工程結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)物施工的需要。

2 　高性能混凝土的設(shè)計(jì)思路

　　混凝土的性質(zhì)包括混凝土混合物的性質(zhì)及其硬化后的性質(zhì),混凝土的強(qiáng)度和耐久性在很大程度上取決于混凝土混合物的一系列性質(zhì),因?yàn)樗罱K能確定混凝土硬化后的結(jié)構(gòu)是否密實(shí),以及與密實(shí)密切相關(guān)的混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性等。

　　混凝土配合比設(shè)計(jì)過(guò)程包括2個(gè)相關(guān)步驟:

　　(1)選擇混凝土的適宜組分(水泥、集料、水、外加劑、摻和料) ;

　　(2)求出它們的相關(guān)數(shù)量或比例,使之盡可能地配置出工作性、強(qiáng)度和耐久性合適的混凝土。雖然混凝土的性質(zhì)很重要,但傳統(tǒng)的配合比設(shè)計(jì)方法大都以混凝土的某一指定工作度和某一齡期時(shí)達(dá)到的抗壓強(qiáng)度為基準(zhǔn),這在高性能混凝土設(shè)計(jì)中是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。高性能混凝土的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的需要,滿足混凝土的抗裂、抗凍、耐磨、抗?jié)B等其它性能要求。

　　高強(qiáng)混凝土并不等同高性能混凝土,其原因是高強(qiáng)混凝土存在令人擔(dān)憂的耐久性問(wèn)題: ( 1)高強(qiáng)混凝土生產(chǎn)要求非常嚴(yán)格,人為因素、機(jī)械拌和作業(yè)因素影響較大,稍有不慎則可帶來(lái)質(zhì)量隱患; (2)水泥用量大,早期水化熱高,后期收縮大,具有明顯的脆性,給結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性帶來(lái)很大的威脅。

　　針對(duì)上述問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外許多專家和工程技術(shù)人員正致力于高強(qiáng)高性能混凝土的研究,同時(shí)適宜于高性能混凝土施工的新材料、新工藝、新技術(shù)也不斷問(wèn)世。高性能混凝土的設(shè)計(jì)不僅基于強(qiáng)度,而更主要的是基于混凝土的耐久性,它要求: (1)混凝土應(yīng)有較小的體積變形,硬化早期具有較小的水化熱,后期收縮小; (2)具有良好的施工性能,拌和澆注時(shí)自流平,自密實(shí), 使其質(zhì)量不受或很少受人工操作的影響。

3 　高性能混凝土配合比試驗(yàn)

　　為確保橋梁主要承重結(jié)構(gòu)能滿足100年使用期的要求,橋梁結(jié)構(gòu)所用工程材料必需符合國(guó)家和部門的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,混凝土結(jié)構(gòu)所采用的混凝土應(yīng)滿足耐久性的要求。下面結(jié)合甬臺(tái)溫鐵路客運(yùn)專線介紹高性能混凝土的配制與試驗(yàn)情況。

3. 1　原材料的技術(shù)要求

　　(1)水泥。水泥應(yīng)采用品質(zhì)穩(wěn)定,強(qiáng)度不低于42. 5級(jí)的低堿硅酸鹽或低堿普通硅酸鹽水泥,水泥熟料中C3A 含量不大于8% ,在強(qiáng)腐蝕環(huán)境中不大于5%; 礦物摻和料僅限于磨細(xì)礦渣粉或粉煤灰。

　　(2)細(xì)集料。應(yīng)采用硬質(zhì)潔凈的天然河砂,細(xì)度模數(shù)為2. 6～3. 0,含泥量不大于2%。

　　(3)粗集料。應(yīng)采用堅(jiān)硬耐久碎石,壓碎指標(biāo)不大于10%,母巖抗壓強(qiáng)度與梁體混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度之比應(yīng)大于2. 0,含泥量不大于0. 5% ,針片狀顆粒含量不大于5%。

　　(4)拌和用水。拌制和養(yǎng)護(hù)混凝土用水應(yīng)符合飲用標(biāo)準(zhǔn)水的要求。

　　(5)外加劑。采用的復(fù)合外加劑應(yīng)經(jīng)鐵道部鑒定或評(píng)審,并經(jīng)鐵道部質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心檢驗(yàn)合格方可使用。

　　(6)混凝土礦物摻料。應(yīng)采用粉煤灰或磨細(xì)礦渣粉。

　　以上原材料的質(zhì)量檢驗(yàn)均應(yīng)符合《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》的要求。

3. 2　配合比設(shè)計(jì)主控項(xiàng)目

　　(1)混凝土滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度、耐久性指標(biāo)和施工工藝等要求,配合比選定應(yīng)檢驗(yàn)的項(xiàng)目有坍落度、泌水率、含氣量、抗裂性、抗壓強(qiáng)度、電通量、彈性模量、抗凍性、耐磨性、抗?jié)B性;

　　(2)最大總堿含量符合設(shè)計(jì)及相關(guān)要求( ≤3. 0kg/m3 ) ;氯離子總含量符合要求(預(yù)應(yīng)力混凝土不超過(guò)0. 6% ) ;

　　(3)混凝土的最大水膠比和單方混凝土膠凝材料的最低用量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求(與混凝土所處的環(huán)境有關(guān)系) 。

3. 3　配合比的確定

　　基于高性能混凝土的配制要求,除按普通混凝土配合比設(shè)計(jì)的一般程序外,混凝土設(shè)計(jì)應(yīng)突出以下幾點(diǎn):

　　(1)控制水灰比及水泥用量。水灰比的大小不僅影響強(qiáng)度,而且影響混凝土的密實(shí)性、耐久性。保證足夠的水泥用量和控制水泥用量的超量,也是保證混凝土密實(shí)性、耐久性的重要措施。

　　(2)摻用高效減水劑。高效減水劑是配制高性能混凝土的重要組分,高效減水劑的加入,可以大大降低水灰比,增加流動(dòng)性,使坍落度達(dá)到20 cm 左右,有利于梁片的澆注與施工。

　　(3)摻入礦物活性材料。高性能混凝土水灰比一般較小,水泥中有一部分水泥不能水化,只能起填充作用,因此在配置高性能混凝土?xí)r,需摻入礦物活性材料來(lái)置換水泥,同時(shí)摻入礦物活性材料可以大大改善混凝土的工作性能。

　　經(jīng)大量的試驗(yàn)優(yōu)選,最后確定的配比見(jiàn)表1。

　　經(jīng)驗(yàn)證,所選定配合比的混凝土各項(xiàng)耐久性指標(biāo)均符合規(guī)范要求,具體指標(biāo)見(jiàn)表2。

4 　工程應(yīng)用措施

　　在大溪特大橋整孔現(xiàn)澆箱梁混凝土的施工中,為確保高性能混凝土的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的耐久性,采取了一系列施工控制措施。

　　(1)加強(qiáng)混凝土的攪拌工藝。根據(jù)制梁工程施工需要,配備滿足要求的拌和設(shè)備,經(jīng)計(jì)量檢定并保持良好的工作狀態(tài)。高性能混凝土攪拌時(shí)間宜控制在90～120 s。通過(guò)充分?jǐn)嚢?使混凝土的各組成材料混合均勻,顏色一致。

　　(2)嚴(yán)格控制水灰比和坍落度。未經(jīng)試驗(yàn)人員同意不得隨意加減用水量;梁體混凝土在拌和及灌筑過(guò)程中應(yīng)定期檢查拌和物的和易性,判別坍落度在運(yùn)輸過(guò)程中或運(yùn)輸時(shí)間段內(nèi)的損失情況,加強(qiáng)拌和物質(zhì)量的控制。

　　(3)加強(qiáng)梁體混凝土的澆注工藝。梁體施工澆注順序?yàn)橄鹊装搴蟾拱逶夙敯?混凝土水平分層厚度不大于30 cm;澆注底板混凝土?xí)r應(yīng)設(shè)滑槽下料,以防止混凝土的離析;兩邊腹板對(duì)稱澆注,最后澆注頂板及翼板。

　　(4)梁體混凝土應(yīng)連續(xù)灌筑,一次成型,各層及分段混凝土不得間斷,并應(yīng)在前層或前段混凝土初凝之前,將次層或次段混凝土澆注完畢。每片梁的混凝土澆筑時(shí)間宜控制在6 h內(nèi),以保證混凝土的質(zhì)量。

　　(5)加強(qiáng)混凝土的振搗工藝,確?；炷劣凶畲蟮拿軐?shí)性和最小的滲透性。

　　(6)加強(qiáng)試驗(yàn)檢測(cè)工作。按要求制作梁體混凝土試件,確定混凝土的特征值,以利于混凝土的施工控制。梁體張拉強(qiáng)度檢測(cè)的試件應(yīng)與梁體同條件養(yǎng)護(hù)。

　　(7)為保證混凝土后期強(qiáng)度的增長(zhǎng),防止混凝土裂縫的產(chǎn)生,保證混凝土的耐久性能,必須加強(qiáng)梁體的養(yǎng)護(hù)工作。梁體的養(yǎng)護(hù)采用自然養(yǎng)護(hù),注意保持梁的濕潤(rùn)。梁體混凝土養(yǎng)護(hù)期間,重點(diǎn)加強(qiáng)混凝土的濕度和溫度控制,減少混凝土的暴露時(shí)間,及時(shí)對(duì)混凝土暴露面進(jìn)行緊密覆蓋,防止水分蒸發(fā)。

　　通過(guò)上述的施工控制措施,澆注完成的梁體,達(dá)到內(nèi)實(shí)外美的良好效果,梁體表面光滑。經(jīng)檢驗(yàn),混凝土的強(qiáng)度3 d時(shí)平均為42MPa, 7 d時(shí)為52MPa,28 d時(shí)為63MPa,電通量檢測(cè)為688 C,混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)均滿足規(guī)范要求。

5 　結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)大溪特大橋C50 整孔現(xiàn)澆箱梁高性能混凝土的試驗(yàn)與應(yīng)用,可以得出以下幾點(diǎn):

　　(1)高性能混凝土的獲得,必須通過(guò)一系列綜合的措施,采用高性能的原材料以及與之相適應(yīng)的制作工藝。

　　(2)復(fù)合化?；炷帘旧砭褪撬嗷鶑?fù)合材料,高性能混凝土必須有活性細(xì)摻料和外加劑,特別是高性能高效減水劑的的摻入。必要時(shí)還需同時(shí)采用幾種外加劑復(fù)合摻配,以期取得要求的混凝土性能。充分發(fā)揮復(fù)合化的作用,將是高性能混凝土取得經(jīng)濟(jì)和廣泛應(yīng)用的研究方向。

　　(3)高性能混凝土的施工必須加強(qiáng)制作和養(yǎng)護(hù)的質(zhì)量控制?；炷翝矒v后逐漸硬化,必須加強(qiáng)對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)工作,特別是摻入高效減水劑的高性能混凝土,養(yǎng)護(hù)工作更為重要。

　　大溪特大橋C50 整孔現(xiàn)澆箱梁高性能混凝土的施工中,由于加強(qiáng)了工程試驗(yàn)檢測(cè)工作,以及對(duì)高性能混凝土的試驗(yàn)與運(yùn)用,使整孔現(xiàn)澆箱梁這一工藝復(fù)雜、質(zhì)量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求高的高性能混凝土的施工完成順利。

參考文獻(xiàn)

　　1　鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院. 鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn). 北京:中國(guó)鐵道出版社, 2005

　　2　鐵科技函[ 2004 ]120號(hào)　客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件

　　3　張應(yīng)力,楊柏科,申愛(ài)琴. 現(xiàn)代混凝土配合比設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:人民交通出版社, 2006