机制砂高性能混凝土在贵广高铁的应用实践

机制砂高性能混凝土在贵广高铁的应用实践曾军试验室主任中铁二局一公司贵广高铁一项目部摘要：就地取材用洞渣生产优质机制砂，碎石，用25% 95级矿微粉，25%Ⅱ级粉煤灰50% 42.5 P.O水泥，掺聚羧酸减水剂，配制C20-C40等级混凝土，用水量为150-160 kg/m3，，水胶比0.5-0.38，总胶凝材料为300-408，设计选定配合比，加上强有力的施工管理，使混凝土结构高性能化，满足100年耐久性技术标准要求。

关键词：技术条件、机制砂、水洗、配合比成分、耐久性一、引言混凝土是工程建设最主要、用量最多的工程材料，混凝土的耐久性直接关系到工程结构物的使用寿命，是关系着国家建设千秋功业的大事。

近代混凝土应用技术经历着许多挫折和变革，挫折反应在不少混凝土结构是不耐久的，设计使用寿命为50年，而在严酷的条件下经20年、10余年或更短的时间就劣化、破坏，需要维修、加固，甚至拆除重建，造成巨大的浪费和环境压力，挫折促使混凝土工作者、建造师们在普通混凝土基础上研究、发展高性能混凝土技术，使之成为混凝土技术发展的主要方向。

铁道部从80年代末立项研究混凝土劣化，历经高强混凝土研究阶段，高性能混凝土研究和应用阶段，特别是经过青藏铁路的工程实践，对高性能混凝土的推广应用有较为明确的认识。

强调高性能是与耐久性相关的，高铁混凝土工程必须将耐久性放在首位，无论混凝土强度等级高低，都应满足高性能混凝土技术条件，达到耐久性指标。

二、工程概况贵广高铁设计行车速度250km/h(预留进一步提速条件)，设计使用年限100年。

中铁二局一项目部管段线路全长36.39km，共有桥梁工程9301m/37座，其中特大桥4861.6m/6座，隧道21017m/15座，其中平寨隧道7. 1km，太阳庄隧道4. 5km，且为一级风险隧道。

该管段桥、隧相连工程艰巨，混凝土数量大，仅高性能砼一项就达105万方。

管段内分设八个施工队，建9个搅拌站利用隧道出碴或就近建砂石场制备砂、碎石，配制机制砂高性能混凝土。

三、混凝土技术条件及基本要求1、混凝土强度满足设计要求2、最大水胶比：≤0.503、最小胶凝材料用量：≥300 kg/m34、抗渗性：≥P85、电通量：<C30时，≤1500C；C30～C45≤1200C6、混凝土碱含量：≤3.0 kg/m37、氯离子含量：≤0.01 %8、抗蚀系数：≥0.89、抗裂性：良好10、含气量：≥2%为有效控制混凝土的耐久性，项目部新投入200余万元购置试验检测设备，充实了试验人员对混凝土耐久性指标进行测试。

四、混凝土配合比设计1、配合比的设计思路混凝土作为一种多孔材料，其耐久性与渗透性密切相关，我们以提高混凝土耐久性为设计原则，进行选材及优化确定配合比，配制路线如下：（1）低水胶比、低用水量是保证混凝土耐久性所需要的抗渗性与力学性能的重要技术参数，因此选择的外加剂必须具有高减水率、缓凝、保塑效果、尽量减少水泥用量。

（2）矿物掺合料是改善混凝土的抗渗性能特别是混凝土的抗氯离子渗透性能的主要措施之一，因此选择掺入适当比例的磨细矿渣粉和粉煤灰。

（3）以电通量（ASTMC 1202直流电量法测定）、抗渗性、强度为主要控制指标，兼顾经济合理、方便施工。

2、原材料的选用所选材料的性能均满足《铁路混凝土结构耐久性设计规范的要求》，其具体选用的原材料品种及规格如下：（1）水泥选用P.O42.5普通硅酸盐水泥，28天抗压强度53.6 Mpa，比表面积336 m2 / kg；（2）矿渣微粉选用S95级矿渣微粉，比表面积 450 m2/ kg，28天活性指数98；（3）粉煤灰选用Ⅱ级粉煤灰，细度（筛余量） 11.5%，烧失量度 4.5%，需水量比96.8%；（4）外加剂选用聚羧酸高性能减水剂，减水率25.1%；（5）细骨料选用水洗机制砂（石灰岩），细度模数2.9 ，石粉含量6.1；（6）粗集料选用级配为5-25mm石灰岩碎石，由5-10mm与10-25mm二级级配合成，母岩强度76.1Mpa，压碎指标为7.8%。

3、确定矿物掺合料的掺入比例在配合比试配前，利用标准砂，在相同水胶比的情况下，我们对矿物掺合料的不同掺量进行了对比试验，比较其需水量的大小及强度情况，详见下表。

同水胶比矿物掺合料不同掺量的砂浆对比试验用上表可以看出5号及6号掺配比例较为有利，考虑贵州粉煤灰货源情况，我们选取6号掺配比例，即矿粉和粉煤灰均按胶凝材料的25%掺入进行配合比试验。

4、混凝土配合比成份经试配、检测、调整，确定了如下配合比混凝土配合比五、混凝土的施工1、混凝土搅拌站的设立与管理项目管段设立了8个拌和站，均采用双卧轴浆式强制搅拌机、材料自动计量、混凝土搅拌运输车运输。

拌和站的建设和管理均按贵广公司的《混凝土拌和站的验收管理办法执行》，并通过了贵广公司和监理公司验收。

中铁二局贵广指挥部还开发一套混凝土拌和站信息化管理系统用于对拌和站的监控和管理。

2、砂、石生产线的设立与管理项目管段建立了8个砂石加工场，利用开山石灰岩或隧道石灰岩洞碴进行生产。

（1）母料监控：砂石场每班开机前必须请当班试验员对拟用于生产的母材进行检查，确认材质无明显变化（与委外检测时的样品比较），且清洁度满足含泥控制要求时，方可开机生产，否则不得生产，并做好相关记录。

（2）、工艺控制：母料进破碎机前必须要经过给料机筛分，以剥离母料中混有的软弱颗料、泥块、粉末和受污染小块石料；严格控制砂、石筛的孔径，以保证砂、石的粒径符合标准要求，在筛网有磨耗或破损时必须及时更换；机制砂需用螺旋洗机进行水洗，要及时调整水洗设备各项参数指标（如用水量、转速等），以保证石粉含量控制在5%-7%为宜。

3、混凝土试验室的设立与管理为更有效地控制施工质量，项目部建立了一个项目部中心试验室及8个拌和站工地试验室，形成1+8的管理模式。

中心试验室负责对原材料及混凝土的检测，拌和站工地试验室则负责对混凝土施工的过程控制及抽样工作。

4、混凝土原材料质量要求及检验要求粉煤灰（C50以下）性能及检验要求矿粉性能及检验要求聚羧酸高性能减水剂（缓凝型）性能及检验要求机制砂的性能及检验要求碎石的性能及检验要求6、混凝土的搅拌、运输、浇筑、振捣、养护（1）搅拌:搅拌站对进场原材料应作到先检验后使用，应配备标准砝码，在混凝土生产前校准计量装置，严格砂石含水量检测，每作业班不少于两次，及时修正配合比；采用二次投料搅拌工艺，先投入细骨料、水泥、矿物掺合料、外加剂、水搅拌30S，待砂浆搅拌均匀后，再投入粗骨料搅拌，总搅拌时间不少于2min,搅拌站电子称量系统与实验室计算机联网，监控拌合质量。

（2）运输：搅拌运输车运输混凝土途中应低速旋转罐体，到场后高速旋转罐体20-30s，将混凝土拌匀后再卸料。

（3）浇筑：浇筑混凝土前，应针对工程特点、施工环境条件与设计浇筑方案，确定布管方案，浇筑顺序，分层浇筑厚度，以保证混凝土不离析，不产生施工冷缝为原则，混凝土入模前，应测定混凝土坍落度和入模温度，坍落度控制误差±20mm,温度控制夏季不大于40℃，宜在夜间施工，冬季加热水搅拌混凝土，不低于5℃，大体积混凝土施工采用搭棚、遮阳、预设循环冷却水系统等措施，控制混凝土内外温差不大于20℃。

（4）振捣：混凝土振捣应防止振捣器碰撞模板、钢筋、预埋件；避免过振或漏振；检查混凝土木板的稳定性和严密性，防止跑模漏浆。

（5）养护：浇混凝振捣完成后，应尽量减少暴露时间，及时用塑料薄膜覆盖，防止表面水分过快蒸发。

在混凝土初凝前后，卷起塑料薄膜，用抹子进行压实抹面后再覆盖，保温保湿养护；现浇结构或构件应延迟拆模时间。

拆模后，应用塑料薄膜包裹覆盖养护7、机制砂高性能砼控制的重点与难点机制砂高性能砼控制的重点与难点是协调好混凝土单位用水量与混凝土工作性的关系。

实践证明，机制砂高性能混凝土对水极其敏感，2-5Kg的用水量差异就会造成混凝土拌和物性能极大的改变，从而出现假凝、泌浆等现象，导致混凝土作性能差、质量难也保证。

众所周知，因机制砂为机械破碎所得，因受母岩变化、打砂机筛板及分筛筛网的磨损影响，机制砂与河砂相比主要有两大特性:一是颗粒和级配不稳定、变化大，二是石粉含量高且变化大，而这些都会造成混凝土单位需水量相差巨大。

针对这一问题，我部提出了以单方用水量来动态控制施工这一理论，并成功地用于混凝土控制。

即以理论配合比的用水量扣除集料含水后的单方用水量为基准来控制施工：当砂较粗时或石粉含量较少时，用水量减少，此时增加砂率并相应降低减水剂掺量，这样就有效地解决了混凝土假凝、泌浆的现象；当砂较细或石粉含量相对较多时，用水量增加，此时应降低砂率并相应增加减水剂掺量，这样就有效地解决了水胶比增大的问题；整个过程均保持混凝的实际单方用水量不变。

通过一年多的实践证明，无论是在普通、泵送还是水下混凝土施工中，我部的耐久混凝土施工都达到了有效的控制8、混凝土施工质量检验评定（1）、混凝土强度结果统计对1号拌和站2009年8月4日至2010年10月20日期间生产的混凝土进行了统计：（2）、混凝土耐久性指标检验结果统计从开工到2010年10月20日期间共进行电通量试验37次，其结果均小于700C; 共进行抗渗试验254次，其混凝抗渗性均能达到P10级以上。

（3）、检验结果评述从以上结果可以看出，高性能混凝土在我部的施工是是成功的，质量是可靠的。

六、结束语1、混凝土技术进步的推动力是耐久性，不是强度，混凝土配合比设计指导思想由重强度转向重耐久性势在必行。

2、低用水量、低水泥量、高活性掺合料，高效减水剂的应用是配制高性能混凝土的技术核心。

3、用机制砂配制高性能混凝土必须采用中级配机砂，10mm以上颗料为零，5mm以上颗料应＜10%，且不可过度夸大石粉的填充效应，因为石粉毕竟是非硬性质的不能与活性掺合料并论。

4、严密的施工组织，是推行高性能混凝土技术、提高混凝土结构耐久性重要条件。