京沪高速铁路高性能混凝土配合比设计与应用论文

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，本文并且通过对混凝土原材料、拌和、浇筑及养护的控制，使高性能混凝土在京沪高速铁路墩身、承台等施工部位得到成功的施工应用。

【关键词】京沪高速铁路；高性能混凝土；耐久性；配合比设计；研究与应用
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。

正线全长约1318公里，设计时速350公里,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长期耐久性。

客运专线混高性能凝土的技术性能特点有：混凝土有抗裂、抗氯离子渗透性、抗冻性、耐蚀性、抗碱骨料反应性等耐久性要求。

高性能混凝土以耐久性作为设计的主要指标，具有耐久性、工作性、适用性、高强度、体积稳定性好等特点。

2 原材料选择
2.1 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2-1、2-2：
表2-1 “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 29.0 3:46 4:41 合格24.3
45.0 5.4 8.6
gb175-2007 / ≥300 / ≥45min ≤390min 沸煮法合格
≥17.0 ≥42.5 ≥3.5 ≥6.5
表2-2 “瑞元”牌p.o42.5水泥化学性能试验成果
s3o含量（%）游离cao含量（%） cl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
2.2 掺和料
本工程采用的矿物掺和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s 95级矿渣粉。

2.3 骨料
本工程采用的粗骨料为邹城隆兴石材厂5-10mm，10-20mm，
20-31.5mm碎石，细骨料为邹城尼山水库河砂。

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。

2.4 聚羧酸高性能外加剂
本工程采用山西凯迪kdsp-1聚羧酸盐高性能混凝土外加剂。

3 配合比试验
施工的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h1、h2，混凝土配合比及拌和物性能、力学、耐久性能检测结果如表3-1、3-2：
表3-1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-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3-2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-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
根据试验结果，可知：
3.1 所选水胶比在0.38-0.44范围内，不同掺和料掺量配合比
抗裂性均无裂纹，满足设计要求。

3.2 56天龄期混凝土电通量最大值611c，最小值542c，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、掺和料掺量增加而降低。

3.3 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。

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%，优选的施工配合比，各项性能检测结果见表3-3。

表3-3施工配合比表
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。

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。

施工抽样检测情况如下：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，通过施工过程中抽样检测混凝土的性能结果可以看出，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。

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。

5.4 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.高性能混凝土—绿色混凝土,混凝土与水泥制
品,2000（1）
[2]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,华东公路,2007(6)
[3]赵国堂,李化建.高速铁路高性能混凝土应用技术管理,北京,中国铁道出版社,2009
作者简介：
邓文，男籍贯湖北黄冈 1968年8月生本科工程师主要从事建筑材料研究工作。