行业资讯
热点专题
您现在的位置是:首页>行业资讯
京沪高速铁路高性能混凝土配合比设计研究及应用
admin在2019-11-08发布 频道:行业资讯 标签:
     
摘要:通过对混凝土内部微观结构分析得出,水泥水化产物Ca (OH)2不稳定、混凝土中存在有害孔及界面过渡层薄弱是影响混凝土耐久性的主要因素。通过降低水胶比、掺加矿物掺合料并产生适当的含气量能够降低混凝土内部缺陷,提高混凝土耐久性,这也同高性能混凝土配合比设计原则 一致。通过对不同种类和不同掺入量的矿物掺合料配合比试拌和结果对比分析,得出粉煤灰、矿渣粉各掺加20%时混凝土耐久性能、力学性能及其他性能满足设计使用100年的要求,可以用于京沪高速铁路墩身、承台等部位的施工。通过对混凝土原材料、拌和、浇筑及养护的控制,高性能混凝土得到成功应用。

0  引言
    高性能混凝土的定义一直是业内人士争论的一个焦点,每个国家给出的定义不一样,各个国家的学者给出的定义也不尽相同。一般说来,高性能混凝土是指高强、高耐久性、高工作性。一些美国学者更强调耐久性和尺寸稳定性,而日本一些学者偏重于高工作性。在我国,对高性能混凝土的含义也有争论。冯乃谦在其1996年出版的《高性能混凝土》著作中指出高性能混凝土必须是高强的,因为一般情况下高强对耐久性有利,同时他认为高性能混凝土发展的物质基础是现在有了好的混合材料和高效减水剂,因此高性能混凝土必须掺混合材料。冯乃谦的这些观点代表了当时我国大多数混凝土学者对高性能混凝土的认识。已故资深院士吴中伟曾针对以上情况提出高性能混凝土的定义HPC是一种新型高技术混凝土,是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上,采用现代混凝土技术,选用优质原料,在妥善的质量管理条件下所制成的,除水泥、集料、水以外,必须采用低水胶比,掺加足够的细掺料与高效外加剂。HPC应同时保证下列诸性能:耐久性、工作性、各种力学性能、适用性、体积稳定性与经济合理性。
    从各个国家的不同学者对高性能混凝土定义可以看出一个共同点采取各种手段,使高性能混凝土在特定使用环境下能够满足耐久性能、力学性能及其他特定性能的要求,同时耐久性无疑将摆在高性能混凝土各项性能的首要位置。

1  工程概况
    京沪高速铁路是《中长期铁路网规划》中投资规模最大、技术含量最高的一项工程,是继三峡工程、青藏铁路、南水北调工程之后,中国的又一个超大型工程,也是我国第一条具有世界先进水平的高速铁路。正线全长约1318km,与既有京沪铁路的走向大体并行,全线为新建双线,总投资2209亿元,设计时速350km,初期运营时速300km,最高时速可达380km,共设置21个客运车站,计划2011年年底投入运营,争取2011年6月建成通车。其中桥梁长度约1140km,占正线长度86.5%;隧道长度约16km,占正线长度1.2%;路基长度162km,占正线长度12.3%;全线铺设无砟正线约1268公里,占线路长度的96.2%。中国水电集团八局承建其中的DK531+412.98〜 DK551+794.10段,位于济宁市曲阜至邹城段,全长20公里,桥梁占比80%。
    铁道部明确提出,客运专线主要结构物的寿命要达到10。年。作为客运专线的一种重要结构物,桥梁的耐久性至关重要。铁道部科技司等相关部门发布了若干暂行技术条件和规范、标准,确保客运专线混凝土结构的耐久性。
    客运专线混凝土的技术性能特点有:①混凝土有抗裂、抗氯离子渗透性、抗冻性、耐蚀性、抗碱集料反应性等耐久性要求;②矿物掺合料、聚羧酸系高性能外加剂的使用纳入高性能混凝土技术标准要求。高性能混凝土以耐久性作为设计的主要指标,另具有工作性、适用性、高强度、体积稳定性、经济性好等特点。要得到这样优质的混凝土,必须使拌合物具有良好的工作性和均匀性,便于搅拌、运输、浇筑、密实和成型。因此,良好的质量控制是高性能混凝土得以广泛应用的基础。

2  影响混凝土耐久性的因素
    从水泥石的水化产物和混凝土微观结构进行分析:
    (1)水泥的水化产物主要包括Ca(OH)2、C-S-H和钙矾石等。完全水化的水化产物中C-S-H 占70%、Ca(OH)2占20%、钙矾石等占7%左右。C-S-H颗粒细小,在lnm〜lpm之间,属于胶体尺寸范围,故称之为凝胶。C-S-H在水泥浆体中约占50%〜70%,一般情况下较稳定。几种水化产物中,Ca(OH)2最不稳定,微溶于水易形成结晶析出,能够与环境中的盐、酸发生反应,产生盐、酸的侵蚀性破坏,也能同溶于水中的CO2发生碳化反应,生成碳酸钙,降低混凝土碱度,加速钢筋锈蚀。降低混凝土水泥石中Ca(OH)2含量,能够预防混凝土产生溶出破坏及酸、盐侵蚀破坏。
    (2)孔是混凝土微结构的重要组成之一,孔的结构比孔隙率对混凝土的性能影响更加重要。美国学者MehtaPK按孔径大小将混凝土中的孔大体分为小于4.5nm、4.5〜50nm、50〜l00nm、大 于l00nm四级,他认为只有其中大于l00nm的孔(毛细孔)才会影响混凝土的强度和渗透性,属于有害孔。日本学者将有害孔的范围扩大到10〜50nm的中毛细孔和大于50nm的大毛细孔。有害 孔是有害物质进入混凝土内部的通道,侵蚀性物质溶于水中,通过有害孔渗透进混凝土内部,同Ca(OH)2或C-S-H发生反应,导致侵蚀破坏。在寒冷环境下,水分还能进入毛细孔内,形成冰晶膨胀,从而导致混凝土发生冻融破坏。减少有害孔含量,改善孔结构,阻断有害物质的运输通道, 能够提高混凝土抗渗性耐久性。
    (3)混凝土中水泥石同集料的结合面(又称作界面过渡层)也是混凝土中的薄弱环节,厚度为0〜10μm。从集料表面向水泥石本体,水灰比逐渐减小,导致过渡层同水泥水化本体存在几点不同:①水灰比高;②孔隙率大;③Ca(OH)2和钙矾石多;④Ca(OH)2和钙矾石结晶颗粒大,并且取向增长。以上特征决定界面过渡层是混凝土结构中最薄弱的部位。
    经过上述分析可以得出混凝土侵蚀破坏、冻融破坏、碳化反应导致钢筋锈蚀等一系列耐久性的破坏均由于混凝土内部存在有害孔隙和缺陷以及不稳定的水化产物造成的。因此,提高高性能混凝土耐久性主要应该从改善混凝土薄弱环节入手。
    (1)减低水胶比、减少单方混凝土用水量
    降低水胶比不仅可以降低孔隙率,而且可以改变孔结构。水胶比越低,最可几孔径越小,水胶比为0.65时最可几孔径比0.35大一个数量级,同时降低水胶比使得界面处水膜的厚度减小。减少单方混凝土用水量则能够减少混凝土内部游离水,从而减少混凝土内部毛细孔数量,达到减少混凝 土有害孔含量的目的。
    (2)掺加矿物掺合料
    矿物掺合料能够通过微集料效应和活性效应,改善混凝土中孔结构,降低有害孔比例,提高无害孔比例。水泥中掺加活性掺合料,减少熟料量,相应的减少Ca(OH)2生成量,同时由于矿物掺合料的火山灰活性效应,能够同Ca(OH)2等发生反应,生成C-S-H,并限制Ca(OH)2的取向性, 从而改善过渡层的性质。随着龄期的增长,掺有矿物细掺料的水泥石中有害的大孔减少,无害和少害的小孔增多,矿物掺合料对降低水泥石中Ca(OH)2含量,改善过渡层结构作用明显。
    本工程采用的矿物掺合料主要为I级粉煤灰和S95级磨细矿渣粉。两者均能够提高混凝土抗侵 蚀性能,提高混凝土密实性,改善混凝土抗渗性能和抗氯离子渗透能力。
    (3)采用聚羧酸高性能混凝土外加剂
    聚羧酸高性能混凝土外加剂是一种复合型外加剂,具有减水率高、保坍性能好、无泌水,并含有一定量引气成分的优点。减水率高、保坍性能好是聚羧酸外加剂最大的优点,因此掺加聚羧酸外加剂后,能够大幅度降低混凝土用水量,在用水量相同的条件下大幅度增加混凝土流动性,特别适合在大流动度、小水胶比的高性能混凝土中使用。同时含有一定量的引气成分,在混凝土中引入独立的微小气泡,能够阻断毛细孔通道,提高抗渗、抗冻性能,防止侵蚀性介质进入混凝土内部,适当的引气作用能够改善混凝土的和易性,提高混凝土的密实性,减少混凝土中泌水通道,有助于减小混凝土的泌水和有害孔。

3  配合比设计
3.1 原材料选择
3.1.1 水泥
    本工程采用的水泥为山东榴园水泥厂生产的“瑞元” P•O42.5水泥,其各项性能检测结果见表1、表2。
表1   瑞元”牌P•O42.5水泥试验成果
  密度(g/cm3) 比表面积 标准稠度(%) 凝结时间(h:min) 安定性 抗压强度(MPa) 抗折强度(MPa)
初凝 终凝 3d 28d 3d 28d
榴园P•O42.5 3.09 346 29 03:46 04:41 合格 24.3 45. 0 5.4 8.6
GB 175-2007  - ≥300   ≥45min ≤390min 沸煮法合格 ≥17.0 ≥42.5 ≥3.5 ≥6.5
 表2  “瑞元”牌P•O42.5水泥化学性能试验成果
  SO3含量(%) 游离CaO含量(%) C1-含量(%) 碱含量(%) C3A含量(%) MgO含量(%)
榴园P•O42.5 1.84 0.80 0.016 0.54 5.66 3.80
科技基(2005) 101号 ≤3.5 ≤1.0 ≤0.10 ≤0.80 ≤8.0 ≤5.0
    检测结果表明山东榴园水泥厂生产的“瑞元” P•O42.5水泥能够满足GB 175—2007及《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》科技基(2005) 101号文要求。
3.1.2 掺合料
    本工程采用的矿物掺合料分别为邹县发电厂生产的I级粉煤灰和济南鲁新新型建材有限公司生产的鲁新S95级矿渣粉,其各项性能检测结果分别见表3、表4。
表3  邹县发电厂I级粉煤灰性能检测结果
品种 需水量比(%) 细度(g) 烧失量(g) 含水率 SO3含量(%) CaO含量(%) 碱含量(g) 游离CaO C1-含量(g)
邹县发电厂I 91 5. 7 2.16 0.1 0.97 5.2 0.7 0.25 0.009
科技基 (2005) 101 100 12 3.0 1. 0 3 10   1.0 0.02
 表4  鲁新S95级矿渣粉性能检测结果
品种 需水量比(%) 比表面积
(m2 /kg)
28d活性 指数(%) 烧失量
(%)
含水率
(%)
SO3
量(%)
碱含量
(%)
MgO含
量(%)
C1-
量(%)
鲁新S95级 98 357 96 0.94 0.2 0.32 1.24 5.04 0.011
科技基 (2005) 101 ≤100 350-500 ≥95 ≤3 ≤1.0 ≤4   ≤14 ≤0.02
    检测结果表明邹县发电厂生产的I级粉煤灰和济南鲁新新型建材有限公司生产的鲁新S95级矿渣粉均能满足《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》科技基(2005) 101号文要求。
3.1.3 集料
    本工程采用的粗集料为邹城隆兴石材厂5〜10mm、10〜20mm、20〜31.5mm碎石,细集料为邹城尼山水库河砂,其各项性能检测结果分别见表5、表6。
表5 隆兴石材厂碎石检测结果
产地 抗压强度 (Mpa) 表观密度
(kg/m3)
堆积密度 (kg/m3) 吸水率
(%)
孔隙率
(%)
含泥量
(%)
泥块含量
(%)
压碎指标
(%)
Cl -含量
(%)
碱活性
(%)
坚固性
(%)
隆兴石材厂 114 2690 1600 0.52 36 0.2 0 7.4 0 0.02 0
科技基(2005) 101号  -  - ≥1500 ≤2.0 ≤40 ≤1.0 ≤0.25 ≤10 ≤0.02 ≤0.1 ≤8
注:岩相法未发现碱-碳酸盐反应活性物质,碱-硅酸盐反应采用快速砂浆棒法。
表6  尼山水库河砂检测结果
产地 细度模数 表观密度
(kg/m3)
堆积密度 (kg/m3) 吸水率
(%)
孔隙率
(%)
含泥量
(%)
泥块含量
(%)
云母含量
(%)
Cl-含量
(%)
坚固性
(%)
尼山水库 3.0 2600 1560 1.8 34 2.2 0.1 0.1 0 3
科技基(2005) 101号 ≥2500 ≥1350 ≤2.0  - ≤2. 5 ≤0. 5 ≤0. 5 ≤0.02 ≤8
    检测结果表明,邹城隆兴石材厂碎石和尼山水库河砂各项性能指标均满足《客运专线高性能混 凝土暂行技术条件》科技基(2005) 101号文要求。
3.1.4 聚羧酸高性能外加剂
    高性能混凝土要求低水胶比、低用水量并且坍落度损失小,这就决定高性能混凝土必须采用高减水率和低坍落度损失,并且适宜用在低水胶比、大流动度的混凝土中外加剂。聚羧酸减水剂正是有以上优点,特别适合在高性能混凝土中使用。
    本工程采用山西凯迪KDSP-1聚羧酸盐高性能混凝土外加剂,各项性能检测结果如表7

表7  山西凯迪KDSP-1聚羧酸外加剂检测结果
产地 减水率
(%)
含气量
(%)
30min坍落度保留值(mm) 28d抗压 强度比(%) Na2SO4含量
(%)
Cl-含量
(%)
碱含量
(%)
对钢筋锈蚀作用
陕西科达 26.7 6.4 195 126 1.38 0.02 0.62 无锈蚀
科技基(2005) 101号 ≥25 ≥4. 5 ≥180 ≥120 ≤10.0 ≤0.2 ≤10.0 无锈蚀
    检测结果表明,该外加剂符合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》科技基(2005) 101号 文。
3.1.5 混凝土拌合用水
    本工程采用拌合站井水作为混凝土拌合用水,各项指标检测结果如表8。
表8  拌合站井水检测结果
产地 pH(%) 不溶物(%) 可溶物(%) 氯化物(%) 硫酸盐(%) 碱含量(%) 28d抗压强度比(%) 凝结时间差(min)
初凝 终凝
拌合站井水 7.68 69.5 334. 0 57.2 86.84 41.9 92 5 5
科技基(2005) 101号 >4. 5 <2000 <5000 <1000 <2000 <1500 90 30 30
    检测结果表明,拌合站井水符合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》科技基(2005) 101号文要求。
3.2 配合比设计基本原则
    (1)混凝土坍落度应满足施工要求,配制成的混凝土应满足设计强度、耐久性等质量要求。
    (2)C30及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于400kg/m3, C35〜CO混凝土不宜高于450kg/m3,C50及以上混凝土不宜高于500kg/m3。混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量应满足设计以及规范要求。
(3)为提高混凝土的耐久性,改善混凝土的施工性能和抗裂性能,混凝土中宜适量掺加优质的粉煤灰、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性能通过试验确定。混凝土中粉煤灰掺量大于30%时,混凝土的水胶比应不大于0. 45;预应力混凝土以及处于冻融环境的混凝土中粉煤灰的掺量应不大于30%。
    (4)为了降低碱-集料反应发生的可能性,混凝土宜采用无碱活性反应的集料,同时混凝土单方总碱含量应满足相关要求。
    (5)钢筋混凝土中氯离子总含量(包括水泥、矿物掺合料、粗集料、细集料、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0.10%,预应力混凝土的氯离子总含量不应超过胶凝 材料总量的0.06%。
3.3 配合比试验
    中国水电集团八局承建其中的DK531+412.98〜DK551+794.10段属于寒冷地区,冻融破坏环境等级为D1,碳化环境等级为T3,部分区域有硫酸盐侵蚀等级为HI、H2,根据《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》要求,钢筋混凝土要求的最小水胶比、最小胶凝材料用量及掺合料掺量见表9。
表9  钢筋混凝土最小水胶比、最小胶凝材料用量及掺合料掺量
部位 强度等级 配制强度 (MPa) 环境等级 设计使用 年限 最大水胶比 最小胶凝材料 用量(kg/m3) 掺合料掺量(%)
承台 C30 38. 2 T1 100年 0.55 280  -
承台、墩身 C35 43. 2 T2H1 100年 0.50 300 ≥20
墩身、垫石 C40 48.2 T3H1D1、T3H2 100年 0.45 320 ≥25
    根据混凝土所处环境等级和使用年限,结合规范要求,进行混凝土配合比试拌。室内试验采用60L单卧轴强制式拌和机,拌和时间150s。混凝土配合比及拌和物性能、力学、耐久性能检测结果如表10、表11。
表10  配合比试验结果
编号 使用部位 水胶比 用水量
(kg/m3)
粉煤灰掺
量(%)
矿渣粉掺
量(%)
砂率(%) 坍落度
(mm)
扩展度
(mm)
含气量
(%)
S-1 墩身、承台 0.44 153 30  - 42 175 430 5.5
S-2 墩身、承台 0.42 153 30  - 41 170 480 5.3
S-3 墩身、承台 0.40 153 30  - 40 175 500 5.5
S-4 墩身、承 0.38 153 30  - 39 180 430 5.6
S-5 墩身、承台 0.44 150 40  - 41 180 490 5.7
S-6 墩身、承台 0.42 150 40 40 175 460 5.2
S-7 墩身、承台 0.40 150 40  - 39 170 460 5.5
S-8 墩身、承台 0.38 150 40 38 175 490 5.7
S-9 墩身、承台 0.44 150 20 20 41 175 430 5.7
S-10 墩身、承台 0.42 150 20 20 40 175 440 5.4
S-11 墩身、承台 0.40 150 20 20 39 175 460 6.0
S-12 墩身、承台 0.38 150 20 20 38 180 440 5.6
表11  配合比力学性能、耐久性能试验结果
编号 使用部位 抗压强度(MPa) 抗裂性 电通量(C) 抗冻性
7d 14d 28d 56d
S-1 墩身、承台 29.5 35.1 43.6 50.8 无裂纹 603
S-2 墩身、承台 30.3 38.0 47.2 53.7 无裂纹 568
S-3 墩身、承台 33.0 42.6 51.5 56.7 无裂纹 544 ≥F300
S-4 墩身、承台 33.3 44.3 53.4 57.8 无裂纹 537 ≥F300
S-5 墩身、承台 23.9 31.0 41.8 48.1 无裂纹 611
S-6 墩身、承台 24.2 32.9 43.1 48.8 无裂纹 573
S-7 墩身、承台 26.0 34.6 45.4 51.2 无裂纹 555 ≥F300
S-8 墩身、承台 28.7 35.7 46.4 53.7 无裂纹 548 ≥F300
S-9 墩身、承台 32.8 40.2 45.1 50.2 无裂纹 592
S-10 墩身、承台 35.7 42.7 46.1 56.1 无裂纹 565
S-11 墩身、承台 36.7 45.5 50.4 57.2 无裂纹 583 ≥F300
S-12 墩身、承台 38.8 48.7 53.4 58.0 无裂纹 542 ≥F300
    根据室内混凝土拌和试验结果绘制强度-龄期关系曲线见图1及灰水比-强度关系曲线见图2,通过分析混凝土各项性能指标,可以得出以下结论:
\
\
\
\
图1 掺合料不同掺量配合比混凝土抗压强度对比
    (1)混凝土每方用水量、砂率同水胶比和掺合料掺量相关性好,规律明显。在水胶比0.44〜0.38之间时,坍落度主要与单方用水量有关,其次为掺合料掺量,与水胶比无关。同时随着掺合料的增加,混凝土单方用水量降低,说明掺合料的形态效应作用明显,能够起到减水的作用。砂率随水胶比降低而减小,同时随掺合料掺量的增加而降低,主要由于矿物掺合料密度较水泥小,相同质量的掺合料所占体积比水泥大,增加浆体的含量,只需较小的砂率即可满足和易性要求。
    (2)通过图1可以看出,水胶比相同时,掺加粉煤灰和矿渣粉各掺20%时,混凝土早期强度最高,掺加30%粉煤灰次之,掺加40%粉煤灰最低。而5 6d抗压强度显示掺加30%粉煤灰的配合比强度与粉煤灰和矿渣粉各掺20%时基本相同,40%粉煤灰的配合比较前两者低2〜6MPa。通过图2灰水比-强度关系图可以看出,混凝土强度同灰水比存在线性关系,水胶比相同时,三种配合比早期强度差距较为明显,5 6d后粉煤灰掺量30%时与粉煤灰和矿渣粉各掺20%时基本相同,掺量40 %配合比强度降低幅度较大。
    (3)所选水胶比在0.38〜0.44范围内,不同掺合料掺量配合比抗裂性均无裂纹,满足设计要求。
    (4)56d龄期混凝土电通量最大值611C,最小值537C,全部小于1000C,满足设计的不大于1200C要求。同时可以看到水胶比和粉煤灰掺量对电通量影响较为明显,电通量随水胶比降低、掺合料掺量增加而降低。
    (5)水胶比达到0.38〜0.40时、含气量控制在4.0%〜6.0%范围时,混凝土抗冻融循环次数能够达到F300。
\
\
图2  不同掺合料混凝土灰水比同56d抗压强度关系
3.4 配合比选定
    根据初选配合比强度与耐久性能试验结果、相关资料和实际施工经验进行分析,选定粉煤灰、矿渣粉掺量各掺20%,水胶比0.44、0.42、0.40作为施工配合比,各项性能检测结果见表12。
表12  优选配合比选定表
部位 强度等级 水胶比 粉煤灰掺 量(%) 矿渣粉掺 量(%) 56d抗压强 度值(MPa) 电通量(C) 抗裂性 达配制强度 百分比(%)
承台 C30 0.44 20 20 50.2 592 无裂纹 131
承台、墩身 C35 0.42 20 20 56.1 565 无裂纹 130
墩身、垫石 C40 0.40 20 20 57.2 583 无裂纹 119
3.5 有害物质含量计算
    根据高性能混凝土要求,混凝土中有害物质含量必须符合设计要求:胶凝材料中碱含量不大于3%,原材料中的氯离子含量不大于0.1%。因此对选定混凝土配合比应该进行有害物质计算,计算结果显示,该配合比有害物质含量远小于规定值,符合设计要求,计算结果如表13。
表13  有害物质计算结果
部位 强度等级 单方混凝土原材料用量(kg/m3) 碱含量(%) 混凝土总氯离子含量占胶凝材料用量百分比(%)
水泥 粉煤灰 矿渣粉 碎石 外加剂 要求值 计算值 要求值 计算值
承台 C30 205 68 68 783 1126 150 3. 41 <3. 0 1.635 <0.10 0.0163
承台、墩身 C35 214 72 71 757 1136 150 3. 57 <3. 0 1.708 <0.10 0.0162
墩身、垫石 C40 225 75 75 731 1144 150 3. 75 < 3 0 1.797 <0.10 0.0161
    注1.混凝土氯离子总含量=水泥用量X水泥氯离子含量+粉煤灰用量X粉煤灰氯离子含量+外加剂用量X外加剂氯离子含 量+水用量X水氯离子含量+细集料用量X细集料氯离子含量+粗集料用量X粗集料氯离子含量
    
2. 混凝土总氯离子含量占胶凝材料用量百分比=混凝土氯离子总含量/胶凝材料总量
    3.混凝土总碱含量=水泥用量X水泥碱含量+粉煤灰用量X粉煤灰碱含量X1/6+外加剂用量X外加剂碱含量+水用量X含量
 
4  工程应用
    本工程共计有墩身、承台各465个,其中采用上述选定配合比浇筑混凝土 9. 5万方,其中C30共计5.7万方,C35承台、墩身3.7万方,C40墩身、垫石1000方。高性能混凝土在工程中的应用情况如下:
4.1 原材料质量控制
    高性能混凝土对原材料的要求相当严格,必须建立完善的原材料进场和检验台帐,保证所有的原材料经过检测合格后方可使用。所有原材料的存放必须分成待检区和合格区,砂石料仓要求地面硬化,同时遮阳遮雨,防止泥土灰尘等污染。混凝土原材料质量主要存在以下两个方面(1)减水 剂性能波动。京沪铁路高性能混凝土全部采用聚羧酸减水剂,其不足之处表现为:水泥适应性差, 同厂家水泥,其减水率可能有很大波动;对砂石料含泥量,石粉含量敏感性强。(2)集料含水量与含泥量的波动。水胶比和坍落度是高性能混凝土生产中控制的主要指标,集料含水率不同,需要及 时对混凝土用水量进行调整,特别是夏天,气温比较高,水分蒸发较快,集料含水率会有很大波 动,对混凝土生产质量控制带来很大难度,因此要求每班至少检测两次砂石含水率,含水率波动较大时还要增加检测频次。集料的含泥量对外加剂掺量影响也较大,外加剂掺量不足将影响混凝土性能。
4.2 混凝土拌和
    高性能混凝土拌和采用强制式搅拌机,拌和时间120s,冬季施工拌和时间150s。原材料的称量采用自动计量,原材料称量误差胶凝材料±1^、集料±2^、水和外加剂±1^。投料顺序采用砂浆裹石法,保证浆体与集料的结合面粘结强度,二次投料法中集料周围为较为致密的水泥浆,这样削弱了界面的弱化效应。每次开机后首盘混凝土首先检测混凝土坍落度、扩展度和含气量,确定混凝土拌合物满足要求后再继续生产。
4.3 混凝土运输和浇筑
    混凝土采用混凝土搅拌运输车运送,保证混凝土运输过程中无离析现象,运至现场的混凝土先快速搅拌半分钟左右,使混凝土拌合物搅拌均匀后方可以喂料。混凝土浇筑时控制混凝土浇筑温度5〜30°C之间,模板温度控制在5〜35°C之间。浇筑过程中严格控制混凝土均匀性和密实性,分层浇筑避免产生缺陷,保证混凝土振捣密实。混凝土振捣密实,防止欠振、漏振和过振,保证混凝土浇筑的连续性,防止出现施工冷缝。
4.4 混凝土养护
    高性能混凝土的养护非常重要,养护的好坏直接决定高性能混凝土的强度和耐久性能。混凝土的养护目的主要有两方面:(1)为水泥水化硬化提供环境条件。早期胶凝材料的水化需要一定的水分和合适的温度,合理的早期养护能够减少混凝土早期收缩,提高混凝土早期抗裂性能。同时由于高性能混凝土中掺加矿物掺合料,矿物掺合料同水泥的水化产物发生反应的时间较晚,因此高性能混凝土要求养护时间较普通混凝土延长,要求水养14d。(2)减弱混凝土内外的环境梯度,主要是温度梯度和湿度梯度。环境的不同将会导致混凝土的变形性能也不同,不同的变形容易造成混凝土的早期开裂,很容易造成混凝土表面产生干缩裂缝,混凝土的强度和耐久性也会随之下降。
4.5 混凝土力学性能和耐久性能检测结果
    共计取样抗压强度2966组,其中C30承台混凝土 1522组,C35墩身混凝土1390组,C40墩身、垫石混凝土 207组;共计取样电通量试件12组,抗冻性试件4组,检测结果见表14、表15。

表14  混凝土力学性能检测汇总表
强度等级 使用部位 取样组数 设计龄期 试件尺寸 最大值
(MPa)
最小值
(MPa)
平均值
(MPa)
离差系数
C30 承台 1522 56 150 58.4 31.1 43.6 0.11
C35 承台、墩身 1390 56 150 59.6 35.3 45.5 0.10
C40 墩身、垫石 207 56 150 64.7 42.1 51.2 0.09
 表15  混凝土耐久性能检测汇总表
强度等级 使用部位 试验类型 取样组数 设计龄期 最大值(MPa) 最小值(MPa) 平均值(MPa)
C30 承台 电通量 4 56 642 550 592
C35 承台、墩身 3 56 610 534 575
C40 墩身、垫石 3 56 580 531 563
C35 承台、墩身 抗冻性 1 56 >F300
C40 墩身、垫石 1 56 >F300 
    通过施工过程中混凝土抗压强度、耐久性能检测结果表丄4、表15可以看出,粉煤灰、矿渣粉各掺20%的C30、C35和C40混凝土配合比能够满足设计要求,同时从强度分布直方图中可以看出,混凝土强度符合正态分布,见图3。
\
图3 56d抗压强度分布直方图
    通过对现场墩身混凝土进行回弹及取芯样抗压强度对实体混凝土进行验证,回弹结果表明,所有墩身强度值均能够满足设计强度要求。而通过取芯进行抗压强度结果表明,同一混凝土芯样,内部强度高于表层混凝土强度,同时比标准养护试件强度高,说明大体积混凝土内部温度较高,养护条件比标准养护优越,强度增长更快,也说明采用标准温度20°C养护偏于保守,建议采用现场混凝土内部温度进行混凝土标准养护。
 
5  结论
    (1)混凝土中水泥水化产物Ca(OH)2不稳定、微观结构存在有害孔及集料与水泥石界面过渡区都属于混凝土的薄弱环节,是导致混凝土耐久性失效的主要原因。
    (2)通过降低水胶比、降低单方混凝土用水量、提高掺合料掺量和引入合理的气泡结构能够有效消除和改善混凝土中的薄弱环节。
    (3)在保证低水胶比的前提下,粉煤灰、矿渣粉各掺加20%的混凝土配合比符合高性能混凝土配合比设计原则,并通过现场施工验证,力学性能和耐久性能满足设计要求。
    (4)施工过程的质量控制是高性能混凝土耐久的重要因素,采用合理的拌和、运输、浇筑和养护方式,是混凝土高性能的保证。
参考文献
[1] 吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土 [M] •北京:中国铁道出版社,1999.
[2] 蒋林华•混凝土材料学[M] •南京:河海大学出版社,2006.
[3] 吴中伟•高性能混凝土一绿色混凝土 [J] •混凝土与水泥制品,2000 (1) •
[4] 王和欢,涂鹏•客运专线箱梁C50高性能混凝土质量控制措施研究[J]•华东公路,2007 (6) •
[5] 赵国堂,李化建.高速铁路高性能混凝土应用技术管理[M] •北京:中国铁道出版社,2009.
[6] 蒋林华,林宝玉,蔡跃波•高掺量粉煤灰水泥胶凝材料的水化性能研究[J]•硅酸盐学报,1998 (12) •
[7] 蔡跃波,林宝玉,蒋林华•高掺量粉煤灰水泥桨体和混凝土孔结构研究[J]•水泥基复合材料科学与技术, 1998 (12 ) .
[8] 客运专线高性能混凝土暂行技术条件•科技基2005 (101)号•
[9] 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准.铁建设2005 (160)号•
作者:李海滨 张建峰 赵志强
信息来源:混凝土视频网   
相关评论
版权信息所有:混凝土第一视频网 技术支持:金方时代    京ICP备14055684号-1