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

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。

标签京沪高速铁路；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（%）M gO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 配合比選定

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