客運專線高性能混凝土的試驗與應用

摘　要　高性能混凝土是一種高強度、高工作性、高耐久性的混凝土。通過甬臺溫鐵路客運專線C50箱梁耐久性混凝土的試驗與應用情況,對高性能混凝土的設計理念和配制方法進行了較為全面的分析和論證,對客運專線高性能混凝土的研制與應用具有一定的參考價值。

關鍵詞　客運專線　高性能混凝土　設計思路　配合比試驗

中圖分類號　U444　文獻標識碼　A　　文章編號　1009 4539 (2007) 02 0019 03

1 　工程概況

　　甬臺溫客運專線北起浙江省寧波市,南至溫州,線路貫穿浙江省經(jīng)濟發(fā)達的甬臺溫三市。甬臺溫鐵路第一標段的中間區(qū)段,正線長33. 87 km。鐵路線路設計等級為I級;路段旅客列車設計行車速度為200 km /h,預留時速為250 km /h;建筑限界為滿足開行雙層集裝箱列車要求。

　　本區(qū)段有特大橋3座,分別為楊梅嶺水庫特大橋、大溪特大橋、白溪特大橋,全長2 542 m;大橋5座,全長1 458 m。工程橋梁上部結構梁片采用整孔現(xiàn)澆箱梁,混凝土強度等級為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) ,以及工程結構質(zhì)量要求高的特點,因此必須配制出具有良好可泵性、高流動性、高耐久性的高性能混凝土,以滿足工程結構和結構物施工的需要。

2 　高性能混凝土的設計思路

　　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),因為它最終能確定混凝土硬化后的結構是否密實,以及與密實密切相關的混凝土強度、抗?jié)B性、抗凍性等。

　　混凝土配合比設計過程包括2個相關步驟:

　　(1)選擇混凝土的適宜組分(水泥、集料、水、外加劑、摻和料) ;

　　(2)求出它們的相關數(shù)量或比例,使之盡可能地配置出工作性、強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)的配合比設計方法大都以混凝土的某一指定工作度和某一齡期時達到的抗壓強度為基準,這在高性能混凝土設計中是遠遠不夠的。高性能混凝土的設計應根據(jù)工程結構的需要,滿足混凝土的抗裂、抗凍、耐磨、抗?jié)B等其它性能要求。

　　高強混凝土并不等同高性能混凝土,其原因是高強混凝土存在令人擔憂的耐久性問題: ( 1)高強混凝土生產(chǎn)要求非常嚴格,人為因素、機械拌和作業(yè)因素影響較大,稍有不慎則可帶來質(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,給結構的耐久性和安全性帶來很大的威脅。

　　針對上述問題,國內(nèi)外許多專家和工程技術人員正致力于高強高性能混凝土的研究,同時適宜于高性能混凝土施工的新材料、新工藝、新技術也不斷問世。高性能混凝土的設計不僅基于強度,而更主要的是基于混凝土的耐久性,它要求: (1)混凝土應有較小的體積變形,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,拌和澆注時自流平,自密實, 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

　　為確保橋梁主要承重結構能滿足100年使用期的要求,橋梁結構所用工程材料必需符合國家和部門的有關標準和規(guī)范,混凝土結構所采用的混凝土應滿足耐久性的要求。下面結合甬臺溫鐵路客運專線介紹高性能混凝土的配制與試驗情況。

3. 1　原材料的技術要求

　　(1)水泥。水泥應采用品質(zhì)穩(wěn)定,強度不低于42. 5級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% ,在強腐蝕環(huán)境中不大于5%; 礦物摻和料僅限于磨細礦渣粉或粉煤灰。

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

　　(3)粗集料。應采用堅硬耐久碎石,壓碎指標不大于10%,母巖抗壓強度與梁體混凝土設計強度之比應大于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)護混凝土用水應符合飲用標準水的要求。

　　(5)外加劑。采用的復合外加劑應經(jīng)鐵道部鑒定或評審,并經(jīng)鐵道部質(zhì)量監(jiān)督檢測中心檢驗合格方可使用。

　　(6)混凝土礦物摻料。應采用粉煤灰或磨細礦渣粉。

　　以上原材料的質(zhì)量檢驗均應符合《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》的要求。

3. 2　配合比設計主控項目

　　(1)混凝土滿足設計強度、耐久性指標和施工工藝等要求,配合比選定應檢驗的項目有坍落度、泌水率、含氣量、抗裂性、抗壓強度、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計及相關要求( ≤3. 0kg/m3 ) ;氯離子總含量符合要求(預應力混凝土不超過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滿足設計及相關規(guī)范要求(與混凝土所處的環(huán)境有關系) 。

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計的一般程序外,混凝土設計應突出以下幾點:

　　(1)控制水灰比及水泥用量。水灰比的大小不僅影響強度,而且影響混凝土的密實性、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,增加流動性,使坍落度達到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時,需摻入礦物活性材料來置換水泥,同時摻入礦物活性材料可以大大改善混凝土的工作性能。

　　經(jīng)大量的試驗優(yōu)選,最后確定的配比見表1。

　　經(jīng)驗證,所選定配合比的混凝土各項耐久性指標均符合規(guī)范要求,具體指標見表2。

4 　工程應用措施

　　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)量和結構的耐久性,采取了一系列施工控制措施。

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

　　(2)嚴格控制水灰比和坍落度。未經(jīng)試驗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程中應定期檢查拌和物的和易性,判別坍落度在運輸過程中或運輸時間段內(nèi)的損失情況,加強拌和物質(zhì)量的控制。

　　(3)加強梁體混凝土的澆注工藝。梁體施工澆注順序為先底板后腹板再頂板,混凝土水平分層厚度不大于30 cm;澆注底板混凝土時應設滑槽下料,以防止混凝土的離析;兩邊腹板對稱澆注,最后澆注頂板及翼板。

　　(4)梁體混凝土應連續(xù)灌筑,一次成型,各層及分段混凝土不得間斷,并應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間宜控制在6 h內(nèi),以保證混凝土的質(zhì)量。

　　(5)加強混凝土的振搗工藝,確保混凝土有最大的密實性和最小的滲透性。

　　(6)加強試驗檢測工作。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。梁體張拉強度檢測的試件應與梁體同條件養(yǎng)護。

　　(7)為保證混凝土后期強度的增長,防止混凝土裂縫的產(chǎn)生,保證混凝土的耐久性能,必須加強梁體的養(yǎng)護工作。梁體的養(yǎng)護采用自然養(yǎng)護,注意保持梁的濕潤。梁體混凝土養(yǎng)護期間,重點加強混凝土的濕度和溫度控制,減少混凝土的暴露時間,及時對混凝土暴露面進行緊密覆蓋,防止水分蒸發(fā)。

　　通過上述的施工控制措施,澆注完成的梁體,達到內(nèi)實外美的良好效果,梁體表面光滑。經(jīng)檢驗,混凝土的強度3 d時平均為42MPa, 7 d時為52MPa,28 d時為63MPa,電通量檢測為688 C,混凝土的各項指標檢測均滿足規(guī)范要求。

5 　結束語

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

　　(1)高性能混凝土的獲得,必須通過一系列綜合的措施,采用高性能的原材料以及與之相適應的制作工藝。

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

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

　　大溪特大橋C50 整孔現(xiàn)澆箱梁高性能混凝土的施工中,由于加強了工程試驗檢測工作,以及對高性能混凝土的試驗與運用,使整孔現(xiàn)澆箱梁這一工藝復雜、質(zhì)量和技術標準要求高的高性能混凝土的施工完成順利。

參考文獻

　　1　鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃研究院. 鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標準. 北京:中國鐵道出版社, 2005

　　2　鐵科技函[ 2004 ]120號　客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件

　　3　張應力,楊柏科,申愛琴. 現(xiàn)代混凝土配合比設計手冊.北京:人民交通出版社, 2006