铁路工程高性能混凝土配比设计方案研究

潘 飞

(中铁九局集团工程检测试验有限公司，辽宁省沈阳市 110020)

铁路工程高性能混凝土配比设计方案研究

潘 飞

(中铁九局集团工程检测试验有限公司，辽宁省沈阳市 110020)

文章结合长昆动右云桂动左线黑龙潭特大桥工程实例，对墩身部分高性能混凝土配比设计相关问题展开了分析，研究了配比原料的基本要求以及关键参数的计算，给出了三组配比试验方案，并通过对试验数据的总结对比，得出了最佳的配比方案。

铁路工程；高性能混凝土；配比方案；设计

由于铁路工程承担着铁路运输安全性与稳定性的重任，因此在铁路工程建设中，混凝土需要具备特殊的力学性能，同时在耐久性方面也有严格要求。特别是对箱梁部分而言，作为铁路工程的承重基础，箱梁施工中所使用的高性能混凝土配合比应当在遵循现行铁路工程标准的基础之上，通过对比工作性能、力学性能、耐久性能的方式确定。除此以外，配合比设计方案中还需要对混凝土最低强度等级，最大水胶比，最小水泥用量等进行限制，尽可能的减少胶凝材料中的水泥使用量。基于上述要求，本文结合工程实例，对高性能混凝土配比设计方案进行分析探讨。

1 工程概况

本工程为长昆动右云桂动左线黑龙潭特大桥工程。工程现场位于地方梁王路东侧，施工起讫里程HYD1K1+687.219～HYD1K3+48.083，桥梁全长1360.819 m。墩台共计44个，其中C30砼工程量为9742.9m3,主要承重结构按100年使用要求设计，梁部、墩身及基础混凝土要满足耐久性和安全性要求。本工程中墩身部分混凝土设计强度按照C30等级标准，坍落度要求满足160.0～200.0mm要求。

2 原料要求

1）水泥原料：标号为：P·O42.5，实测密度为：3.04g/cm3，原料产地为：红狮控股集团宜良红狮水泥有限公司；

2）机制砂原料：标准为：中砂，细度模数实测为：2.6，实测密度为：2680kg/m3，原料产地为：昆明如宏建材有限公司；

3）碎石原料：粒径标准为：5-20mm，级配标准为：40.0%比例为粒径5.0～10mm＋60.0%比例为粒径 10.0～20mm，实测密度为：2700kg/m3，原料产地为：昆明经开区洛羊秋木箐砂石场；

4）水原料：来源为：地下水，实测密度为1000kg/m3；

5）粉煤灰：标准为：F类，实测密度为：2.26g/cm3，原料产地为：昆明环恒粉煤灰有限责任公司；

6）外加剂：标准为：缓凝型聚羧酸减水剂，实测密度为：1.029g/cm3，原料产地为：山西凯迪建材有限公司；

3 配合比设计分析

1）配合比设计原则：结合本工程实际特点，在对高性能混凝土配比方案进行设计过程中，必须满足以下几个方面的原则与要求：第一，需要尽量减少水泥使用量，以降低混凝土内部温升，减少早期收缩，提高配合混凝土弹性模量以及体积稳定性；第二，通过掺入减水剂外加剂的方式，降低混凝土水胶比，以确保混凝土强度为前提，提高其施工性能与水平。同时，在减水剂使用量的设计方面，需要对掺入量进行合理调整，以满足最佳施工性能，同时还需要对掺入总量进行严格控制，以免造成过大坍落度损失，影响后续施工。

遵循以上原则，在配合比设计过程中需要由现场验室负责核对供应商提供的水泥熟料的化学成分和矿物组成、混合材种类和数量等资料，并根据设计要求，初步选定混凝土的水泥矿物掺合料、骨料、外加剂、拌合水的品种以及水胶比、胶凝材料总用量、矿物掺台料和外加剂的掺量。在此基础之上，通过适当调整混凝土外加剂用量或砂率，调配出塌落度、含气量、泌水率符合要求的混凝土配合比。改变基准配合比的水胶比、胶凝材料用鼍、矿物佟台料掺量或砂率等参数。调配出拌合物性能与要求值基本接近的配合比方案，一般情况下需要提供 3～5个配合比方案然后进行验证。

2）配比参数设计：

第一，对混凝土配制强度进行计算，配制强度需满足以下要求：

cu，0≥(cu，k+ 1.645σ)该式中，σ为标准差，取值为5.0MPa，故经计算得到配制强度为38.2MPa；

第二，对水胶比进行计算，设计粉煤灰掺量为30.0%，根据56天抗压龄期分别取影响系数γf=0.75，回归系数αa=0.53、αb=0.20，水泥 28d 胶砂抗压强度 ƒce=47.6MPa，胶凝材料28d 胶砂抗压强度ƒb=γfce=35.7MPa，水胶比W/B=（αab）/（ ƒCU,0+αaαbb）=0.45，根据经验取W/B=0.45；

第三，对用水量进行计算，需要根据混凝土坍落度要求、骨料、外加剂减水率、含气量、及胶凝材料的减水作用等经验确定单位用水量，为164.0kg；

第四，对胶材用量进行计算，具体方法为根据单位用水量164.0kg/0.45，计算得到胶材用量为364.0kg；

第五，对粉煤灰用量进行计算，根据前一步骤中所计算得到的胶材用量标准，按照设计粉煤灰掺量为30.0%，计算得到粉煤灰用量为109.0kg；

第六，对水泥用量进行计算，水泥用量为胶材用量－粉煤灰用量。根据前面数据，计算得到其用量为255.0kg；

第七，对外加剂用量进行计算，即按照胶凝材料用量的 1.2%计算，数据为4.37kg；

第八，对砂石用量进行计算，假定混凝土总容量为2360.0kg（包括水泥用量、粉煤灰用量、砂子用量、碎石用量、以及水用量在内），按照45.0%计算砂率，可得到砂子用量为824.0kg，碎石用量为1008.0kg。

3）配比设计方案：

A方案：W/B=0.44，具体配比标准为：1（C）:0.43（F）:2.99（S）:3.81（G）:0.61（W1）:0.017（WJ）；

B方案：W/B=0.46，具体配比标准为：1（C）:0.43（F）:3.23（S）:3.95（G）:0.64（W1）:0.017（WJ）；

C方案：W/B=0.48，具体配比标准为：1（C）:0.43（F）:3.48（S）:4.09（G）:0.67（W1）:0.017（WJ）；

3）技术标准

第一，要求配比混凝土坍落度控制在180.0mm～220.0mm范围内；

第二，要求配比混凝土初凝时间控制在6.0h～8.0h范围内；

第三，要求配比混凝土含气量控制在2.0%～4.0%范围内；

第四，要求混凝土终凝时间控制在10.0h～12.0h范围内；

第五，要求配比混凝土长期性和耐久性指标要求抗冻性的耐久性摇数 200次循环后，重量损失不应超过5.0%，相对动弹性模量不应低于60.0%，抗渗性大于P20，混凝土抗氯离子渗透值不大予1000C。

4 配比设计方案试验比选

按照以上三类配比设计方案，均试拌20.0L混凝土用量，对拌合混凝土性能进行对比观察。具体数据如下表所示（见表1）。

表1：三类配比设计方案试拌混凝土性能对比表

试配过程中三类配比设计方案中配合比表观密度实测值与计算值之差的绝对值均在计算值*2.0%允许范围内，故不进行校正。且相关实验数据均满足现行《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》中的相关要求、

通过对表1中数据的观察分析，最终选择A方案，即W/B=0.44方案作为本工程墩身高性能混凝土配合比设计方案。实验室理论配合比为C:F:S:G:W1:WJ=1:0.43:2.99:3.81:0.61:0.017，对应每方用量如下表所示（见表2）。

表2：实验室理论每方用量数据表

5 结束语

在铁路工程建设中，高性能混凝土配比的设计应当根据原料品质、混凝土设计强度等级、施工工艺、混凝土耐久性等关键指标的要求，按照计算→试配→调整的方式，最终确定设计方案。按照该配比设计方案所配置的高性能混凝土应当满足施工要求，且在强度、耐久性等关键参数方面与工程所处环境要求相契合。故而，本文分析了高性能混凝土配比设计方案在计算与综合比选中的关键问题，望引起重视。

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1007-6344（2015）09-0310-01