桥梁隧道高性能混凝土配合比优化

陈细莲

摘 要：在高速铁路项目不断增多的背景下，桥梁隧道工程的数量也愈来愈多，目前，国内已经在桥梁隧道施工工程中大规模应用高性能混凝土。高性能混凝土是由各种原材料按照一定的配合比混合拌制而成的，配合比设计工作对高性能混凝土的性能有着巨大的影响。

关键词：桥梁；隧道；高性能混凝土

现阶段，高性能混凝土在桥梁隧道建设项目中使用频率较高，有效地延长了桥梁隧道的使用寿命，并保障了桥梁隧道的安全。在拌制高性能混凝土的过程中，应当采用最佳配合比，如此方能在保障混凝土性能的前提下最大程度地节约生产成本。配合比优化工作不仅能够有效地延长桥梁隧道整体结构的使用寿命，还能在一定程度上提升施工效率。

1 S工程概况

S工程为国家重点高速铁路项目，全线长450千米，线路要通过山区，为此必须要建造大量的桥梁与隧道。经过建模分析与计算，确定工程大概需要使用30万立方米的高性能混凝土。为了保障工程的质量，最大限度地延长桥梁隧道的使用寿命，需要优化工程所用高性能混凝土的配合比。

2 高性能混凝土配合比的设计要求

高性能混凝土配合比优化工作涉及多个技术领域、具有较高的难度，所以在实际优化过程中，技术人员必须综合考虑配合比的设计要求。通常情况下，30年、60年以及100年等时间节点是混凝土的使用年限。不同环境下的高性能混凝土的性质要有所不同，如果高性能混凝土将被用于强酸环境中，则配合比优化工作要确保混凝土较强的抗酸能力。依照高性能混凝土结构的应用环境类型与作用等级开展相应的配合比优化工作，通常情况下，在碳化环境下为T1～T3，腐蚀环境下为M1～M3，化学环境下为H1～H4。

不同工程对高性能混凝土的作用等级、结构性质与使用时间等参数的要求有所差异，所以技术人员应当根据工程对混凝土性能指标的要求来确定高性能混凝土各类原料的配合比例。

3 做好配合比原料检验工作

石子是高性能混凝土的主要原材料，因此施工人员必须要细致地检查所用石子的质量。经验表明，石子的碱活性以及氯离子含量会对石子的性质产生一定的影响，就目前情况而言，大部分石场并不会提供石子碱活性与氯离子含量检验报告，所以技术人员应当主动展开针对石子的碱活性与氯离子含量检测工作.

除此之外，还需要做好砂子与碎石的取样检查工作。技术人员应将采集的试样送至权威检测部门进行检测，试样检查工作的主要目的也是了解材料的碱活性与氯离子含量。各种原材料可能夹杂着一定量的放射性物质以及有毒物质，因此要及时开展混凝土有害物质与有毒物质检测与计算工作，从而确保施工人员的生命财产安全与混凝土的性能。

4 高性能混凝土配合比初次确定工作

4.1 掺合料的确定。高性能混凝土掺合料的确定工作非常重要，其质量甚至决定了混凝土的最终质量。混凝土的力学性能、工作性能、所处环境条件以及耐久性能等指标是混凝土掺合料确定工作需要考虑的因素，整个掺合料确定工作需要在相应的技术框架与施工规范中进行。S工程中，施工单位要求技术人员严格遵守国家相关的混凝土掺合料规定，在施工过程中，技术人员在每一道投料工序完毕后都详尽地记录了掺料的重量与投放时间，并将数据以书面形式保存。

4.2 集料级配、单位用水量以及最佳砂含量的确定工作。在进行石子拌和操作前，需要从堆中与成品料中取样石子，在拌和工作结束后，应当及时对石子的松散密度以及紧密度进行检查测算。集料级配确定工作应当小心细致、科学规范，为了实现这一目的，技术人员必须要充分结合施工工艺状况与施工现场实际情况来确定最大颗粒的直径。

4.3 单位用水量的确定。水作为一种无机溶剂，是高性能混凝土的重要组分。高性能混凝土单位用水量确定工作的质量直接影响成品的胶着度与密实性。单位用水量确定工作要兼顾最高水灰比、最佳胶凝材料以及钢筋混凝土使用量的设计。S工程中，施工单位安排了富有经验的施工人员负责单位用水量确定工作，在正式调配工序开启前进行了大量的试配工作，最终确定了最佳单位用水量数据。

4.4 最优砂含量的确定。砂石的含量影响着高性能混凝土的强度，技术人员必须依照高性能混凝土施工工艺标准与要求以及胶凝材料使用量等因素来展开最佳砂含量的确定工作。

5 混凝土试拌配合比的确定

5.1 基本要求。（1）减水剂的选择。为了有效提升高性能混凝土的工作性能并大幅延长其使用寿命，应当在混凝土中掺入适量的减水剂。大量事实表明，聚羧酸减水剂的性能颇佳，成本也相对适中，因此建议在混凝土中掺合聚羧酸减水剂。（2）胶凝料含量控制。不同等级的高性能混凝土所用的胶凝料重量有所差异。通常情况下，对C30之下的混凝土而言，每立方米的胶泥料重量不得大于400千克。如果混凝土的等级在C50以上，此时每立方米的胶凝料重量与C30混凝土相比要有所提高，但同时也不得大于500千克。除此之外，如果混凝土的级配处于C35至C40之间，则每立方米的胶凝料重量不得大于450千克。（3）粉煤灰等原料掺合比例的确定。粉煤灰、矿渣粉以及硅灰等物质是高性能混凝土的原料，不同类型的高性能混凝土中上述原料的含量有所差异。一般来说，如果制作在严寒环境下的高性能混凝土，则混凝土中粉煤灰的含量最好不要大于30%。矿物掺合料一般占总胶凝材料量的20%至50%为佳。高性能混凝土拌制过程中通常需要使用多种类型的矿物掺合料，为了确保混凝土的质量，应当开展矿物掺合料比例试验工作。（4）氯离子含量的控制。氯离子含量计算与控制是保障预应力混凝土结构质量的主要手段。通常情况下，预应力混凝土结构中氯离子含量低于胶凝材料总量的0.06%最佳。对于钢筋混凝土结构而言，应当确保氯离子含量不高于胶凝材料总量的0.1%。

5.2 混凝土配合比的计算。（1）有害物质的计算。混凝土中有害物质剂量超标会影响混凝土的性能，所以要做好混凝土有害物质的计算与控制工作。业界将混凝土中的氯离子与碱离子定义为有害物质。判断混凝土配合比正确与否或者配合比优化质量是否可靠的有效途径之一便是计算混凝土中有害物质的含量，如果有害物质剂量超标，则说明混凝土的配合比不合理。（2）混凝土的试配与调整。水灰比确定工作的主要依据是各类原材料的检测数据，试拌工作要在合理的理论框架下进行。做好对拌合物的性能检查工作，主要对象是拌合物的泌水率、扩展度、含气量以及凝结时间等指标。对诸如单位用水量、含砂率等数据开展调整工作的过程中，要确保混凝土水灰比不发生改变。（3）配合比的优化。对胶凝材料使用量进行合理的组合是高性能混凝土配合比优化的主要目标。对于高性能混凝土而言，良好的工作性能与强度是必要条件，因此配合比优化需要在确保上述条件稳定的前提下提高混凝土的耐性指标。现阶段，国内高性能混凝土配合比优化工作的主要内容是调整胶凝材料量、粉煤灰总量以及矿渣粉掺量。以下是高性能混凝土配合比数据范例：

桥梁承台以及隧道衬砌等工程所用的C30混凝土配合比：水泥：粉煤灰：细集料：矿粉：减水剂：粗集料：水=186：149：856：37：4.09：1014：160。桥梁支撑结构所用C70混凝土水灰比在0.26至0.28时性能最佳。在支座垫石以及现浇梁中应用的C60混凝土配合比；水：水泥：砂：石子=178.262：536.508：672.663：1042.567。

6 结语

高性能混凝土应用广泛、效果卓越，对我国的发展作出了积极的贡献，为此应当做好高性能混凝土质量控制与配合比优化工作，不同环境下的高性能混凝土需使用不同的配合比，技术人员应努力提升自身综合素质，善于总结借鉴经验，如此方能最大程度地保障高性能混凝土配合比优化工作的质量。

参考文献

[1] 况钟.浅谈地铁防水高性能混凝土配合比设计[J].福建建筑，2012（06）.

[2] 贾志刚.铁路桥梁混凝土施工质量控制[J].智富时代，2015（05）.endprint