蒙内铁路混凝土耐久性设计要求及配合比

严 敏，陈 平，夏京亮，周永祥

(1.中国路桥工程有限责任公司，北京 100011；2.中国建筑科学研究院，北京 100013)

当前，我国正在积极推进“一带一路”发展战略，肯尼亚是“一带一路”战略东非布局的首站，而蒙-内铁路是我国企业在肯尼亚承建的重要工程。蒙内铁路是连接东非最大港口城市蒙巴萨和首都内罗毕的标轨铁路，正线采用单线，为内燃机系统，设计客运时速120 km、货运时速80 km，设计运力2 500万t，采用中国国铁一级标准进行设计施工。远期规划，连接肯尼亚、坦桑尼亚、乌干达、卢旺达、布隆迪和南苏丹等东非6国。蒙内铁路是中国帮助肯尼亚修建的一条全线采用中国标准的标轨铁路，是肯尼亚独立以来的最大基础设施建设项目，也是肯尼亚实现2030年国家发展愿景的“旗舰工程”，于2014年9月开工，2017年5月31日建成通车。蒙内铁路是中非从次区域合作起步，共同建设非洲高速铁路、高速公路和区域航空三大网络的重大项目。东非地区乃至非洲实现互联互通，将对非洲国家经济发展起到重要支撑作用。

蒙内铁路的修筑对于肯尼亚、东非地区意义重大，同时也有力地推动了国家“一带一路”战略在非洲地区的开展。蒙内铁路对混凝土质量，尤其是混凝土耐久性要求较高。混凝土耐久性是指混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性的能力，包括抗冻性能、抗碳化性能、硫酸盐侵蚀、氯离子渗透等[1-5]。该文分析了蒙内铁路混凝土耐久性设计，及其相应的混凝土配合比，以期推动中国企业在东非地区进一步采用中国标准开展铁路工程建设。

1 混凝土耐久性设计

蒙内铁路部分混凝土耐久性设计要求见表1，该文选择了7个桥梁混凝土的耐久性设计进行分析，包括孔扎南大桥、拉斯特中桥、孔扎中桥、斯托尼阿西大桥、卡姆塞克大桥、卡姆塞克中桥和阿西河镇大桥，工程部位包括桥墩、桥台、承台和桩基。

由表1可知，各个桥的桥墩设计均为T2环境等级要求，混凝土强度等级均为C35；孔扎南大桥、斯托尼阿西大桥和卡姆塞克中桥的桥台混凝土耐久性设计环境等级要求为T2，强度等级为C35，拉斯特中桥桥台混凝土耐久性设计环境等级要求为H3、Y4、L1，强度等级为C50，孔扎中桥桥台混凝土耐久性设计环境等级要求为H3、L2，强度等级为C50，卡姆塞克大桥桥台混凝土耐久性设计环境等级要求为L2、Y1，强度等级为C45，阿西河镇大桥桥台混凝土耐久性设计环境等级要求为H1、Y2、L2，强度等级为C40；孔扎南大桥、斯托尼阿西大桥承台混凝土耐久性设计环境等级要求为T1，强度等级为C30，拉斯特中桥承台混凝土耐久性设计环境等级要求为H3、Y4、L1，强度等级为C50，孔扎中桥承台台混凝土耐久性设计环境等级要求为H3、L2，强度等级为C50，卡姆塞克大桥承台混凝土耐久性设计环境等级要求为L2、Y1，强度等级为C45，阿西河镇大桥承台混凝土耐久性设计环境等级要求为H1、Y2、L2，强度等级为C45；孔扎南大桥、斯托尼阿西大桥和卡姆塞克中桥桩基混凝土耐久性设计环境等级要求为T1，强度等级为C30，拉斯特中桥桩基混凝土耐久性设计环境等级要求为H3、Y4、L1，强度等级为C50，孔扎中桥桩基混凝土耐久性设计环境等级要求为H3、L2，强度等级为C50，卡姆塞克大桥桩基混凝土耐久性设计环境等级要求为L2、Y1，强度等级为C45，阿西河镇大桥桩基混凝土耐久性设计环境等级要求为H1、L2，强度等级为C40。

总体来说，混凝土耐久性设计上，环境作用等级要求包括了T1、T2、L1、L2、H1、H3、Y1、Y2、Y4，混凝土耐久性服役环境较为严峻，混凝土强度等级包括C30、C35、C40、C45、C50，范围较广。

表1 蒙内铁路部分混凝土耐久性设计要求

2 环境等级等混凝土配合比的要求

根据标准《铁路混凝土》TB/T 3275—2011的要求，设计使用年限100年环境作用等级下混凝土配合比要求见表2。由表2可知，不同环境作用等级下，混凝土强度等级包括了C30、C35、C40、C45、C50，最少胶凝材料用量包括了280 kg/m3、300 kg/m3、320 kg/m3、340 kg/m3、360 kg/m3，其中碳化环境T1混凝土最少胶凝材料用量最低为280 kg/m3，盐类结晶破坏环境Y4混凝土最少胶凝材料用量最高为360 kg/m3。

表2 设计使用年限100年环境作用等级下混凝土配合比要求

3 混凝土配合比

蒙内铁路混凝土配合比见表3。由表3可知，混凝土配合比从C30到C50，水胶比普遍较低，最大水胶比为0.37，这主要是考虑，混凝土配合比中矿物掺合料粉煤灰掺量较大，均在30%以上，如果水胶比过高，混凝土强度不容易保证；水泥用量较低，C30普通混凝土水泥用量为296 kg/m3，最高的水泥用量为C50混凝土，仅为348 kg/m3；粉煤灰掺量普遍较高，掺量最低的是C30混凝土，也高达115 kg/m3，掺量最高的为C50混凝土，达到149 kg/m3；混凝土用水量控制较严格，都在150～160 kg/m3之间，最低用水量为C30混凝土，为152 kg/m3，最高用水量为C40水下混凝土，为157 kg/m3；所有混凝土配合比均采用聚羧酸系高性能减水剂，减水剂掺量在5.3～6.5 kg/m3之间，最低用水量为C30混凝土，为5.34 kg/m3，最高用水量为C50水下混凝土，为6.46 kg/m3。

表3 蒙内铁路部分混凝土配合比 /(kg·m-3)

4 保证混凝土耐久性的经济性分析

蒙内铁路为中国设计、施工及运营的铁路，工程竣工后，由中国企业运营管理。提高混凝土耐久性、保证铁路在长时间内安全运营，能够节约混凝土维护与修复费用，降低运营管理成本，其经济性不言而喻。

5 结 论

a.蒙内铁路在混凝土耐久性设计上，环境作用等级要求包括了T1、T2、L1、L2、H1、H3、Y1、Y2、Y4，混凝土耐久性服役环境较为严峻，混凝土强度等级包括C30、C35、C40、C45、C50，范围较广。

b.蒙内铁路混凝土配合比从C30到C50，水胶比普遍较低，最大水胶比为0.37；混凝土配合比中矿物掺合料粉煤灰掺量较大，均在30%以上；水泥用量较低，C30普通混凝土水泥用量为296 kg/m3，最高的水泥用量为C50混凝土，仅为348 kg/m3；混凝土用水量控制较严格，都在150 ～160 kg/m3之间，最低用水量为C30混凝土，为152 kg/m3，最高用水量为C40水下混凝土，为157 kg/m3。

[1] 卢 木.混凝土耐久性研究现状和研究方向[J].工业建筑,1997,27(5):1-6.

[2] 肖 佳,勾成福.混凝土碳化研究综述[J].混凝土,2010(1):40-44.

[3] 陈肇元,徐有邻,钱稼茹.土建结构工程的安全性与耐久性[J].建筑技术,2002,5(4):00057-00058.

[4] 杨少军.西北地区铁路桥梁混凝土耐久性研究[J].铁道标准设计,2007(5):45-47.

[5] 李化建,谢永江.我国铁路混凝土结构耐久性研究的进展及发展趋势[J].铁道建筑,2016(2):1-8.