铁路高性能混凝土配合比设计

铁路高性能混凝土配合比设计

巩宁峰1张伟2 何彩云3

（中国水利水电第十一工程局有限公司，三门峡河南472000；）

【摘要】本文阐述了高性能混凝土的定义，介绍了高性能混凝土的国内外的研究与发展现状及高性能混凝土配合比设计注意事项，并以C50高性能混凝土配合比为例介绍了高性能混凝土设计思路。

【关键词】高性能混凝土；定义；耐久性；

高性能混凝土的定义

我国著名的混凝土科学家吴中伟教授对高性能混凝土的定义为：高性能混凝土为一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐久性作为设计的主要指标，使用优质的原材料，掺加足够数量的矿物活性细掺料和高性能外加剂，针对不同用途的要求，对下列性能有重点的加以保证：耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性的混凝土。

1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。

水电建设集团参与了京沪高铁的项目建设，作为京沪高铁项目的建设者，想就京沪高速铁路济南段高性能混凝土配合比设计谈谈自己的体会和看法。

2工程概况

京沪高速铁路地处我国经济最为发达、综合经济实力最强、最具发展活力的东部地区，纵贯北京、天津、上海三大直辖市和河北、山东、安徽、江苏四省，直接联结16个超过100万人的大城市，正线运营长度1308.598km。中国水电集团公司所承担的项目标段线路位于山东省境内，起点为黄河特大桥南引桥，正线起点里程DIK412+062.274，终点正线里程为

DK667+026.73（距徐州站8.411km）。

本公司属于集团公司的一个子公司，承建的起点正线起点里程DIK412+062.274，终点里程为DIK428+723.78，正线全长16.661 km（不含济南站工程）。

本公司负责施工的主要工程为：四座特大桥、两段正线路基、一座隧道以及动车走形线和动车运用所。另包含里程DIK412+062.27～DIK417+800段全长5737.73米的CRTSⅠ无砟轨道板铺设和DIK417+800～DIK428+723.78段全长10.92378公里的CRTSⅡ型板无砟轨道板铺设。四座特大桥分别为黄河南引特大桥、跨济兖公路特大桥、跨济兖公路1#特大桥、跨济兖公路2#特大桥。桩基施工摩擦桩采用旋挖机钻孔施工、柱桩采用冲击钻钻孔施工；承台有水部位采用钢板桩支护后开挖施工、无水部位采用放坡开挖施工；墩台采用无拉杆式定型钢模整体浇注；现浇简支箱梁根据现场情况采用移动模架、支架法浇注；连续梁根据设计采用挂蓝悬灌法和支架法施工；钢箱系杆拱桥采用原位支架拼装法施工。四座特大桥主要工程量如下：11孔20m现浇双线简支箱梁；25孔24m现浇双线简支箱梁；319孔32m现浇双线简支箱梁；1孔25.62m现浇异形双线简支箱梁；1孔25.89m现浇异形双线简支箱梁；在DIK421+594.50处上跨济兖公路辅道,设计采用2-96m的四线下承式简支钢箱系杆拱桥；一联40+56+40m、两联40+64+40m双线连续箱梁；两联40+64+40m、一联48+80+48m单线连续箱梁。

罗而庄隧道为双线隧道，起讫里程为DIK427+965～DIK428+560，全长595m。

本工程施工的C30、C35灌注桩；C30承台；C30、C35墩身；C40支承垫石的及C50、C55

现浇箱梁、连续梁等均属于高性能混凝土。

3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。

3.1.1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㎜。

细骨料宜选用级配良好，吸水率低，孔隙率小洁净中粗砂，宜选细度模数在2.6-3.0的河砂。配制自密实混凝土时宜选细度模数在2.2-2.6的河砂。

3.1.2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。

3.1.3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