京沪高速铁路高性能混凝土配合比设计研究与应用

京沪高速铁路高性能混凝土配合比设计研究与应用

摘要：通过采用降低水胶比、掺加矿物掺和料、并产生适当的含气量的方法能够降低混凝土内部缺陷，提高混凝土耐久性，对不同种类和不同掺量的矿物掺和料配合比室内拌和结果对比分析，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的要求。

关键词：京沪高速铁路；高性能混凝土；配合比设计；研究与应用

中图分类号：u238文献标识码：a文章编号：

引言：

高速铁路其主要工程特点是设计时速高、线长面广点多、地质复杂、工程结构类型繁多、设计施工技术难度高、建设周期长、管理跨度大；对铁路工程建设管理工作提出了全新要求。工程试验工作承担着为整个工程建设提供基础数据支持和质量监控、验收评价依据的重任；是“以数据说话”精神的科学体现；作为建设工程精细化管理工作的重要组成部分，如何做好工程试验工作的管理是成为保证建设工程质量的一个前提。

1.工程概述

新建京沪高速铁路土建工程jhtj-3标段大汶河特大桥工程（起迄里程：dk475+117.45- dk496+265.27）位于泰安市岱岳区和宁阳县，全长21.142km，是全线工程中的控制性工程。工程规模大、工期紧、施工技术要求高。多次跨越既有线和公路，跨越津浦铁路连

续梁是大汶河特大桥工程的施工重点。工程范围包括桥梁下部和特殊结构连续梁的施工。

2.工程地质特征

大汶河特大桥线路经过地区为鲁中南低山丘陵及丘间平原，地表以剥蚀为主，部分地段基岩裸露。新生界地层有第四系洪、坡、残积以及冲积、湖积层，主要岩性为新黄土、黏土、粉质黏土、卵石土、碎石土、砂类土等，新黄土具湿陷性，一般湿陷系数为0.015～0.071；第三系始、渐新统，岩性为泥岩、砂岩、含砾砂岩。出露基岩为古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，岩性为石灰岩、页岩、砂岩、泥岩、泥质砂岩等；太古界泰山群为花岗片麻岩；岩浆岩主要为太古代早期斜长花岗岩和燕山期侵入辉长岩。奥陶系、寒武系石灰局部岩溶较发育，岩石表面沿裂隙发育有溶沟、溶槽，溶隙和溶洞绝大多数为全充填，桥梁基础类型及桥式类型的选择应结合岩石的完整性及溶洞的大小和顶板厚度确定。石炭系及二叠系中含有多层可采煤层。沿线部分地段存在地震液化层、水源地地面沉降以及软土、松软土等不良地质和特殊地质，需采取相应的工程措施。

3.高性能混凝土的发展与现状

20世纪80年代，美国国家材料委员会提出：要为新世纪的基础设施建设开发高性能的建筑材料，包括钢材、混凝土、塑料等。但直到1990年5月，才在第一次关于hpc的国际研讨会上，首次启用了高性能混凝土的说法。而后各国专家和学者以及建设者们历经

多年努力，使得高性能混凝土技术日新月异。自从20世纪90年代初清华大学向国内介绍高性能混凝土以来，高性能混凝土的研究与应用在我国得到了足够的重视。1993年国家自然科学基金会、建设部、铁道部和国家建材局联合资助了重点科研项目《高强与高性能混凝土材料的结构力学性态研究》，随后许多省、市科委和建委也资助了高强、高性能混凝土方面的研究课题。1999年中国土木工程学会高强与高性能混凝土委员会(hscc)编写了《高强混凝土结构设计与施工技术规程》(中国工程建设协会标准cecs 104：99)。我国“九五”重点科技攻关项目《重点工程混凝土安全性研究》，由中国建筑材料科学研究院牵头，跨部门、跨行业地协作攻关，取得了许多重大成果。四航局主持制定的《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(jtj275—2000)中，规定用于海港工程的高性能混凝土，磨细矿渣的掺量可达到50％～80％，同时要求水胶比≤0．35，坍落度≥120 mm，强度等级≥c45，这也是我国首个对高性能混凝土技术要求进行具体规定的规范。目前高性能混凝土在我国的建筑领域以广泛应用，如海洋工程、大型水利工程等，特别是伴随着我国高速铁路大面积的修建，高性能混凝土的应用得到了进一步的提升。在建的京沪高速铁路所用的高性能混凝土要求实际就是高工作度、高密实度、高耐久性、可泵送、有掺合料的强度不低于c30的混凝土。

高性能混凝土配合比设计注意事项

3.1原材料选择

原材料的选择对高性能混凝土是十分重要的，要想提升混凝土的耐久性、可施工性、适用性等，使之达到高性能，就必须选择优质的原材料。

3.2粗细骨料

粗骨料宜选用级配合理，粒形好，针片状颗粒含量少，松散堆积密度大于1500kg/m3，表观密度不小于2650kg/m3的洁净碎石,最大粒径不宜超过钢筋混凝土保护层厚度的2/3，且不得超过钢筋最小间距的3/4。配制强度等级c50及以上预应力混凝土时，粗骨料最大粒径不应大于25㎜。

3.3掺合料

掺合料是高性能混凝土不可缺少的组成材料之一，掺用的目的是利用其物理效应、填充效应和火山灰效应来提高混凝土施工性，增强硬化混凝土耐久性，降低混凝土早期水化温升。常用的掺合料-粉煤灰、磨细矿渣粉等。优质的粉煤灰由于其颗粒比水泥还小，且表面呈现玻璃体球形状态，作为混凝土的掺合料，不但可以降低混凝土用水量、增加混凝土拌合物的和易性，而且可以降低混凝土早期水化热，增加混凝土的后期强度。磨细矿渣粉的活性要比粉煤灰高，具有很高的火山灰效应，掺入后可改善混凝土硬化后的孔结构和强度，其细度要比粉煤灰还小，有着很大的比表面积，可以填充粉煤灰间的空隙，改变混凝土的流变性能，增加混凝土密实度，提高自密实混凝土强度和耐久性，尤其是提高混凝土的抗化学侵蚀得到了很大的提高。

3.4减水剂

目前我们在客专上线使用的聚羧酸高性能减水剂，其减水率在25％以上。聚羧酸高性能减水剂是一种复合性减水剂，具有减水、引气、缓凝和保坍的作用。因此聚羧酸高性能减水剂是配置高性能混凝土成功与否的关键。

4.高性能混凝土配合比设计应遵循的原则

高性能混凝土配合比首先应考虑适量掺用优质粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺和料；其次是混凝土的胶凝材料用量及水胶比，c30及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于400 kg/m3，c35～c40混凝土不宜高于450 kg/m3，c50及以上混凝土不宜高于500 kg/m3，最低胶凝材料用量根据不同的环境条件、作用等级及设计使用年限进行确定；再次是控制混凝土中的有害物质——碱含量和氯离子；最后是考虑混凝土的施工工艺，达到满足施工要求的具有良好的拌合物性能的混凝土。

5.结语

5.1 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骨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。

5.2 通过降低水胶比、降低单方混凝土用水量、提高掺和料掺量和引入合理的气泡结构的外加剂能够有效消除和改善混凝土中的薄弱环节。

5.3 在保证低水胶比的前提下，粉煤灰、矿渣粉各掺加20%的混