鐵路高性能混凝土配合比設(shè)計

摘要：高性能混凝土是一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的。它的高性能主要體現(xiàn)在良好的耐久性上，是以耐久性為主要設(shè)計指標的。使用優(yōu)質(zhì)的原材料如水泥和集料，再摻加足夠數(shù)量的礦物活性細摻料和高性能外加劑，從而獲得混凝土的高性能。在鐵路工程上使用高性能混凝土，能夠大幅度減少后期維護費用，符合當前世界可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針。

關(guān)鍵詞：鐵路；高性能混凝土；配合比；設(shè)計

一、配合比設(shè)計要求

鐵路混凝土配合比設(shè)計主要依據(jù)為建筑物的設(shè)計使用年限、環(huán)境類別及其作用等級和混凝土耐久性指標。鐵路高性能混凝上耐久性指標主要為護筋性、抗裂性、耐磨性、抗堿一骨料反應(yīng)、抗凍性、耐蝕性、抗?jié)B性等性能，而水工大壩混凝土主要控制指標則為混凝土極限抗拉強度、彈性模量、抗凍、抗?jié)B、熱學性能及變形性能指標。由于設(shè)計理念和對高性能混凝土考察指標的差別，在混凝土配合比設(shè)計方法上，施工配合比的設(shè)計也有其不同之處。

1、設(shè)計控制指標要求

（1）混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限：一般為30年、60年、100年。

（2）混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境類別及作用等級：碳化環(huán)境（Tl～T3）.氯鹽環(huán)境（L1～L3）、化學侵蝕環(huán)境（H1～H4）、凍融破壞環(huán)境（Dl～D4）及磨蝕環(huán)境（M1～M3）。

（3）根據(jù)設(shè)計使用年限級別、混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境類別及作用等級明確高性能混凝土配合比設(shè)計力學控制指標、耐久性指標，包括混凝土電通量、抗?jié)B性、抗凍融、抗裂性、護筋性、抗堿一骨料等耐久性指標。

2、混凝土原材料要求

（1）水工骨料料場的選擇由設(shè)計單位在工程前期勘察后確定，骨料母材的全性能指標檢驗已由設(shè)計單位完成。施工單位進場后，可以根據(jù)設(shè)計提供的資料選定石料加工場，不需要施工單位對石料場進行堿活性、氯離子等試驗。而鐵路工程施工單位需要派專業(yè)人員對標段沿線的石料場進行普查，對可能用的石料場（砂場）由監(jiān)理工程師見證取樣，送有資質(zhì)并經(jīng)監(jiān)理工程師同意的檢測機構(gòu)進行骨料堿活性、氯離子等全性能指標檢驗，以判別該料場是否可用。

二、高性能混凝土配合比設(shè)計要點

1、膠材用量

膠材指用于配制混凝土的水泥、粉煤灰、磨細礦渣粉或硅粉等活性礦物摻合料的總稱，統(tǒng)稱為混凝土膠凝材料。在配制高性能混凝土時應(yīng)嚴格控制膠材用量，在能夠滿足混凝土強度需求的情況下，盡量減少膠材用量，而增加級配良好、形狀規(guī)則、表面粗糙、線膨脹系數(shù)小、材質(zhì)優(yōu)良潔凈的粗骨料，細骨料盡量采用級配良好、干凈的中砂，這樣會有效地減少混凝土內(nèi)部空隙，可以降低膠材用量，減少混凝土自縮。同時，因膠材用量的減少，可有效的抑制混凝土的水化反應(yīng)，減少水化熱和混凝土內(nèi)部毛細孔，改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強結(jié)構(gòu)密實性。

活性摻合料的摻量同樣對混凝土的耐久性起到非常關(guān)鍵的作用，高性能混凝土與普通混凝土配合比區(qū)別所在無非有兩個方面：一方面摻加高效減水劑，減少混凝土單方用水量，降低了水膠比；另一方面在混凝土中加人活性摻合料（如粉煤灰、硅粉等），可很好的改善混凝土性能，減少水泥用量，增強混凝土和易性和密實性，抑制混凝土過快的水化反應(yīng)，減少因早期強度過高而造成混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的缺陷性裂縫。所以在混凝土內(nèi)摻入一定比例的活性礦物摻合料是提高混凝土耐久性的有效途徑。目前，現(xiàn)場普遍采用的摻合料主要是粉煤灰，因粉煤灰的細度比水泥細度小得多，有著較大的比表面積，可以很好的填充混凝土內(nèi)部毛細孔和水路，增強混凝土密實性，而且粉煤灰的水化反應(yīng)周期長，水化反應(yīng)遲緩，可持續(xù)增長混凝土強度，對混凝土后期強度貢獻較大，我們在同種條件下進行的對比實驗表明，摻加粉煤灰后56d強度增長可達10%～20%，最高可達30%以上。

通過對比可見，摻加粉煤灰后，混凝土的前期強度上升遲緩，28d強度明顯低于不摻加粉煤灰的情況，但后期強度上升空間較大，這就說明粉煤灰對控制混凝土早期水化反應(yīng)，改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高混凝土密實性能夠起到很好的作用。那么在實際運用中粉煤灰的摻量是如何控制的，理論上粉煤灰在混凝土中以可替代水泥用量的20%～30%為最佳，但實際上在對混凝土早期強度要求不高的情況下，有時可達40%以上，我們在對長沙灣特大橋的配合比設(shè)計中，粉煤灰的摻量按25%等量替代水泥。

2、水膠比

水膠比不僅對混凝土強度、耐久性有影響，而且對混凝土的流動阻力也有很大影響。過大的水膠比特別不利于混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的發(fā)展，將會在混凝土內(nèi)部形成大量的開口和閉口空隙或氣泡，以及因水分的移動形成的貫通水路，極大的影響到混凝土的強度和耐久性，所以在高性能混凝土的配合比設(shè)計時，水膠比是重點考慮和控制的參數(shù)，一般以控制在0.42以下為最佳。

3、砂率

混凝土要具有良好的工作性、泵送時不堵塞泵機和管道、澆筑成型時易振搗、好抹面，選擇合理的砂率就尤為重要。砂率過小，混凝土中砂漿量小，拌合物的流動性小，同時也容易產(chǎn)生石子離析；砂率過大，不僅會影響混凝土的工作性和強度，而且會增大收縮和產(chǎn)生裂縫。高性能混凝土的砂率一般宜控制在35%～45%，但為了保證混凝土強度，砂率最好控制在40%以內(nèi)。

4、坍落度

目前的高性能混凝土由于摻加了粉煤灰、外加劑，混凝土的和易性和工作性都得到了很大改善，保證滿足施工工藝的坍落度相對比較容易，但因目前減水劑性能的不穩(wěn)定性，以及施工現(xiàn)場自然環(huán)境、溫度等因素的影響，坍落度常常會發(fā)生變化，尤其是減水劑的影響尤為重要，所以在進行配合比設(shè)計時應(yīng)重點對坍落度損失值進行控制，一般情況下在配制混凝土時60min坍落度損失不應(yīng)大于30mm。

5、混凝土含氣量

在對高性能混凝土配合比設(shè)計時，含氣量也是一個必須考慮的指標之一，混凝土含氣量除對混凝土抗凍性能起到很好的作用外，對混凝土的和易性、流動性和耐久性等指標也有明顯的影響，混凝土的含氣量可在混凝土中產(chǎn)生大量的球形氣泡，在不同介質(zhì)界面之間起到很好的潤滑作用，并在混凝土內(nèi)形成均布的細小微孔，這些微孔可以有效的阻斷內(nèi)部貫通的毛細孔通路，降低毛細水的滲透，并可吸收和抵抗外界化學侵蝕，這些毛細孔是由混凝土中分布的均勻的氣泡產(chǎn)生的閉口空隙，與因水膠比過大或水路貫通而產(chǎn)生的缺陷孔道有本質(zhì)上的區(qū)別，二者不能混為一談。雖然混凝土的含氣量對混凝土的耐久性和工作性有一定的好處，但含氣量也不能過大，混凝土的含氣量主要是由引氣劑或有引氣功能的減水劑引起的，如果含氣量過大，一方面混凝土內(nèi)部空間會充滿大量氣泡，造成混凝土拌合物表觀密度降低，混凝土密實性不夠，強度損失較大；另一方面流動的混凝土也會因時間的推移，內(nèi)部的氣泡不斷發(fā)生破裂而減少，造成混凝土坍落度損失較大，在規(guī)定的時間內(nèi)無法滿足施工工藝的要求。

結(jié)語

綜上所述，鐵路高性能混凝土在配制上的特點為：采用低水膠比，盡量降低混凝土單位用水量；選用高性能減水劑，摻入較多的摻合料，以減少水泥用量；減小混凝土內(nèi)部孔隙率，減小體積收縮，提高混凝土耐久性。混凝土耐久性主要通過混凝土電通量、抗?jié)B性、抗凍融、抗裂性、護筋性、抗堿骨料等耐久性指標來反映。

參考文獻：

[1]劉和彪 薛小偉：《京滬高速鐵路混凝土欄桿預制與安裝技術(shù)》，《水利水電施工》，2011年03期

[2]朱文華.淺談鐵路高性能混凝土配合比設(shè)計體會[J].混凝土，2011（8）：113-116.