城市轨道交通工程高性能混凝土配制试验研究

卢传泰，汤国芳，王晓妍，付智

（江苏诚意工程技术研究院，江苏 徐州221000）

0 引言

随着混凝土技术的发展，高性能混凝土在实际工程中获得了越来越广泛的应用[1]。 江苏诚意工程技术研究院有限公司联合江苏省建筑科学研究院、徐州市城市轨道交通有限责任公司等对高性能混凝土配制技术进行研究。

1 项目研究方案及原材料

1.1 研究方案

（1）根据 GBT50080—2016 《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》对高性能混凝土进行配制，使得拌合物满足工作性要求。

（2）研究配合比的参数变化对混凝土性能的影响，主要包括水胶比、抗裂剂掺量等；主要测试指标：抗压强度、抗裂性控制指标、耐久性能测试。

1.2 混凝土技术控制指标与测试方法

轨道交通工程用板式结构和墙体结构的高性能混凝土关键技术控制指标均应满足以下指标：

（1）混凝土工作性能。混凝土坍落度：（160±20）mm；含气量：不做强制要求。

（2）混凝土热工、力学性能。根据GB/T50081—2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试混凝土热、力学性能控制指标见表1，劈拉强度、静力弹性模量不作强制要求，根据拌合站自身试验条件决定是否测试。

（3）混凝土抗裂性能。 表2 给出了板式结构和墙体结构高性能混凝土的抗裂性能。

（4）混凝土耐久性能。 表3 显示板式结构和墙体结构高性能混凝土的耐久性能指标。

1.3 试验原材料

PCA-I 聚羧酸系减水剂和HME-V 抗裂剂由江苏苏博特新材料股份有限公司提供，其他试配原材料全部由江苏诚意工程技术研究院有限公司提供。

PCA-I 聚羧酸系减水剂和HME-V 抗裂剂性能应满足以下要求：

（1）HME-V 混凝土（温控、防渗）高效抗裂剂，其性能控制指标及测试方法如表4 所示，由拌合站根据自身试验条件决定是否测试。

（2）PCA-I 减缩型聚羧酸减水剂：28 d 干燥收缩率比应不大于100%， 由拌合站根据自身试验条件决定是否测试。

2 C35P12 高性能混凝土的配制技术研究

2.1 板式结构高性能混凝土配制技术

板式结构（编号用B 表示）用C35P12 高性能混凝土采用江苏省建筑科学研究院提供的4 组混凝土配合比，具体配合比见表5。

2.1.1 不同抗裂剂种类对混凝土性能的影响

研究了不同抗裂剂（HME-V、JM-IIIC）对混凝土力学、抗裂和耐久性能的影响。

（1）不同抗裂剂（HME-V、JM-IIIC）对混凝土力学性能的影响测试结果见表6 和图1。

表1 试验车站高性能抗裂混凝土热工、力学性能指标要求

表2 试验车站高性能抗裂混凝土抗裂性控制指标

表3 试验车站高性能抗裂混凝土耐久性控制指标

表4 混凝土抗裂剂性能控制指标及检测方法

表5 板式结构用高性能混凝土配合比

表6 不同抗裂剂（HME-V、JM-IIIC）对混凝土力学性能的影响

图1 不同抗裂剂（HME-V、JM-IIIC）对混凝土力学性能的影响

从上述图表可以看出，随着龄期的增长，混凝土的抗压强度逐渐增大，不同的抗裂剂对混凝土抗压强度影响较大。 当采用HME-V 抗裂剂时，混凝土早期强度较JM-IIIC 低，但是28 d 强度较JM-IIIC 增长快，28 d 抗压强度达到 42.3 MPa， 超过 3个月平均值。 而采用JM-IIIC 抗裂剂，虽早期强度较高，但28 d 强度低于平均值。无论采用哪种抗裂剂，混凝土28 d 抗压强度均超过设计强度，两种抗裂剂均可采用。

（2）不同抗裂剂（HME-V、JM-IIIC）对混凝土抗裂性能的影响，测试结果见表7。

从表7 可以看出，针对两种抗裂剂，14 d 呈收缩趋势， 但是28 d 收缩膨胀试验值均达到了工程设计目标， 说明两类抗裂剂均与拌合站原材料相容，可以在高性能混凝土中应用。

（3）不同抗裂剂（HME-V、JM-IIIC）对混凝土耐久性能性能的影响，电通量测试结果见表8。

表7 不同抗裂剂（HME-V、JM-IIIC）对混凝土抗裂性能的影响

表8 不同抗裂剂（HME-V、JM-IIIC）对混凝土抗裂性能的影响

从表8 可以看出，针对两种抗裂剂，B1 组的电通量稍微大于设计电通量规定值，即HME-V 在此工程高性能混凝土中有待于进一步研究； 相反，JM-IIIC 抗裂剂的电通量低于设计值，可在高性能混凝土中得到应用。

2.1.2 不同水胶比对混凝土性能的影响

在未采用抗裂剂的情况下，增加混凝土胶凝材料总量，保持胶凝材料总量为390 kg/m3，研究了不同水胶比对混凝土力学、抗裂和耐久性能的影响。

（1）不同水胶比对混凝土力学性能的影响，测试结果见表9 和图2。

从上述图表可以看出，随着龄期的增长，混凝土的抗压强度逐渐增大，水胶比变化对混凝土的抗压强度影响十分显著，水胶比降低，抗压强度增大。结果显示，B3 组和B4 组混凝土28 d 抗压强度均超过设计强度。

表9 不同水胶比对混凝土力学性能的影响

图2 不同水胶比对混凝土力学性能的影响

（2）不同水胶比对混凝土耐久性能性能的影响，电通量测试结果见表10。

表10 不同水胶比对混凝土抗裂性能的影响

2.2 侧墙结构高性能混凝土配制技术

侧墙结构（编号用Q 表示）用C35P12 高性能混凝土采用江苏省建筑科学研究院提供的3 组混凝土配合比，具体配合比见表11。

研究了在掺加抗裂剂的情况下，不同水胶比对侧墙结构C35P12 高性能混凝土性能的影响研究。

2.2.1 不同水胶比对侧墙结构混凝土性能的影响

在未采用抗裂剂的情况下，增加混凝土胶凝材料总量，保持胶凝材料总量为390 kg/m3基础上，研究了不同水胶比对混凝土力学、抗裂和耐久性能的影响。

（1）不同水胶比对混凝土力学性能的影响，具体测试结果见表12 和图3。

表11 侧墙结构用高性能混凝土配合比

表12 不同水胶比对混凝土力学性能的影响

图3 不同水胶比对混凝土力学性能的影响

从上述图表可以看出，随着龄期的增长，混凝土的抗压强度逐渐增大，水胶比变化对混凝土的抗压强度影响显著，水胶比降低，抗压强度增大。结果显示，Q1 组和 Q2 组混凝土 3 d、7 d、28 d 抗压强度均超过设计强度。

（2）不同水胶比对混凝土抗裂性能的影响，测试结果见表13。

从表13 可以看出，采用HME-V 抗裂剂的情况下， 水胶比在 0.42～0.444 之间时，14 d 膨胀率为负值，但是28 d 收缩膨胀试验值均达到了工程设计目标。

（3）不同水胶比对混凝土耐久性能性能的影响，电通量测试结果见表14。

从表14 可以看出，Q1 组和Q2 组的电通量均满足设计电通量规定值，且水胶比较低的电通量较低。

2.2.2 不同胶凝体系对侧墙结构混凝土性能的影响

本次试验研究仅含有粉煤灰与水泥体系下混凝土的性能，具体测试结果见表15。

从表15 可以看出，随着龄期的增长，混凝土的抗压强度逐渐增大，28 d 抗压强度值大于35 MPa；28 d 的膨胀率限值≥-0.020%；电通量满足设计要求。 因此，仅采用粉煤灰+水泥胶凝体系也是可以达到设计要求的。

2.3 小结

高性能混凝土性能汇总见表16。

表13 不同水胶比对混凝土抗裂性能的影响

表14 不同水胶比对混凝土抗裂性能的影响

表15 粉煤灰-水泥胶凝体系对混凝土性能的影响

表16 高性能混凝土性能汇总表

为了研制出满足工程设计需求的最佳高性能混凝土配合比， 在保证混凝土工作性良好的基础上，应使混凝土的抗压强度富余较少。 胶凝材料用量、水胶比、胶凝材料体系对于新拌混凝土的抗压强度、变形性能与耐久性能均有较大影响。

针对板式结构而言，B2 组混凝土配合比能较好地满足设计要求；针对侧墙结构而言，Q2 组混凝土配合比满足设计要求。两种结构用混凝土均可以通过在保证混凝土工作性能良好的前提下，适当降低水胶比，增加减水剂掺量以提高混凝土强度。

3 结论

（1）胶凝材料用量、水胶比、胶凝材料体系对于混凝土的抗压强度、变形性能与耐久性能均有较大影响。

（2）胶凝材料体系可选择粉煤灰与矿粉的复合体系，仅采用粉煤灰与水泥体系时，应控制好粉煤灰掺量。

（3）针对板式结构，B2 组混凝土配合比能较好地满足设计要求；针对侧墙结构，Q2 组混凝土配合比满足设计要求。两种结构用混凝土均可以在保证混凝土工作性能良好的前提下， 适当降低水胶比，增加减水剂掺量，以提高混凝土强度。