混凝土用材料选优方案

2012-08-21宫展蒙

山西建筑 2012年32期

宫展蒙

(中铁十二局集团第四工程公司，陕西西安 710021)

1 概述

铁路客运专线与普通铁路相比，具有运行速度高、设计使用年限久等特点，某铁路客运专线设计时速为250 km/h，设计使用年限为100年，因此对于建设过程中各个环节都是从高从严要求，尤其对于结构方面起主要作用的混凝土更是特别严格，从选材、配合比的设计及施工质量控制都相当苛刻。

针对桥梁工程配筋密、间距小、外观质量要求高的特点，经讨论决定，采用粉煤灰及磨细矿渣粉双掺的方法，配合使用高效聚羧酸减水剂，配置高耐久性，大流动度，高坍落度保持的高性能混凝土[1-3]。

2 原材料

2.1 水泥

试验所用的水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥，水泥主要性能指标见表1。

表1 42.5型普通硅酸盐水泥主要性能指标

2.2 细骨料

配制砂浆用砂采用GB 178规定的标准砂。配制混凝土用砂为河砂，细度模数为 Mx=2.6，堆积密度为1.56 g/cm3，表观密度为 2.60 g/cm3。

2.3 粗骨料

最大公称粒径为20 mm～40 mm，连续级配，表观密度为2.66 g/cm3，堆积密度为 1.60 g/cm3。经过人工冲洗，筛分为两档:细档(≤10 mm)，粗档(＞10 mm)。试验搭配分析研究，细档与粗档的比例为3∶7时，粗骨料的堆积密度最大。因此，试验中采用此搭配的粗骨料。

2.4 水

配制时采用自来水。

2.5 掺合料

试验中采用的掺合料主要有粉煤灰、磨细矿渣粉、硅粉，具体化学成分见表2。

2.6 外加剂

外加剂品种有:萘系减水剂JM8;某建材公司聚羧酸高效减水剂SP8，某建材公司生产的聚羧酸类高效减水剂SX-C，SR3。

3 混凝土材料的选优及配合比的设计

表2 掺合料的化学成分

3.1 配合比的对比分析

铁道部于2005年颁布了《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》，依此作为本项目的技术准则。文件中对混凝土结构耐久性指标作了具体规定，对混凝土碳化指标、电通量指标、抗冻融及耐磨等指标进行了细化。遵照《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》和本工程的地理条件，对于本工程中所要求的高性能混凝土配合比，我们咨询过多位专家，专家们进行过详尽的分析，提出解决方案。通过增加混凝土的密实度提高其抗渗性能，减少拌和物中的碱含量和金属盐含量来降低其通电能力，在合理的范围内降低混凝土用水量来减少其毛细孔隙等。并推荐几种方案，具体如下:

第一方案:应用聚羧酸系列减水剂来提高混凝土性能。

第二方案:应用萘系减水剂并掺加硅灰以提高混凝土性能。

第三方案:掺加应用萘系减水剂并掺加专用防腐剂以提高混凝土耐腐蚀性能。

以上三种方案在铁路客运专线都有所应用，表3列出了三种方案的配合比(以水下混凝土C30为例，单位:kg/m3)。

表3 三种方案配合比

3.2 混凝土试配情况

A0为不掺矿物掺合料的基准混凝土，用以对比矿物掺合料对混凝土性能的影响。

从表4中可以看出，各组混凝土的初始坍落度基本都在16 cm～22 cm之间，但使用聚羧酸类减水剂拌制的混凝土初始坍落度在20 cm以上，而且表现出良好的坍落度保持性能。

A1，A2，A3，A4与A1对比可以看出，对于新拌混凝土掺合料的加入，对水泥颗粒起到润滑分散作用，更多的浆体游离出来，使骨料得到润滑并改善混凝土的和易性，最直观的表现即混凝土坍落度的增加以及保水性和抗离析能力的增强。且掺入掺合料后，混凝土密实度得以提高，后期强度都比不掺掺合料的混凝土要大。

A0，A1，A2与A3，A4对比可以看出聚羧酸减水剂比传统萘系减水剂具有更高的减水效果，胶材总量大大降低，并且对于坍落度的保持效果更好，A3，A4两组1 h后混凝土的施工性能明显下降，已经不能满足泵送要求，配合比单方用水量较多，它们的后期强度也比较低，会大大提高混凝土的电通量，对耐久性能影响较大。

表4 试配情况表

对比A1与A2可以看出聚羧酸减水剂配制的混凝土，1 h混凝土坍落度仍保持在20 cm左右，而后期强度比其他组高。在保证混凝土密实的条件下，胶材的减少不仅节约了混凝土的成本，更有助于混凝土整体耐久性的提高。

对A1，A2，A3，A4进行耐久性试验研究。

3.3 混凝土耐久性研究

3.3.1 抗渗性

根据规定，成型了的混凝土抗渗试件，标准养护56 d后进行了抗渗性试验。在试验水压从0.1 MPa开始，每隔8 h增加水压0.1 MPa，加压到3.0 MPa，并恒压8 h后，发现四组配合比的混凝土均无透水现象，表明各组的混凝土抗渗压力大于3 MPa。劈开后，测量各配比混凝土的渗水高度，结果见图1。

从图1中可以看出，4组的渗水高度都小于30 mm，A3，A4渗水高度在18 mm～26 mm之间，而A1，A2都在15 mm以下，这是因为聚羧酸减水剂减水率高，用水量少，混凝土更加密实。A1较A2具有更好的抗渗性能，A1的渗水高度在12 mm以下，能够满足特殊环境下抗渗混凝土的配制。

3.3.2 干燥收缩

混凝土的干燥收缩试件采用100 mm×100 mm×515 mm标准试件，按标准条件下养护及检测。但在1 d脱模后，测试其初始长度。收缩率为同组三个试件的平均值。结果见表5和图2。

表5 各组混凝土的干缩性能

图2 不同配合比的干缩曲线

表5和图2给出了不同龄期下不同配合比的混凝土的干燥收缩率。从中可以看到，采用萘系减水剂的混凝土收缩率较大，这是因为胶材用量大，单方用水量大都会使混凝土的收缩性能变大，A1较A2具有更好的抗收缩性能。

3.3.3 抗硫酸盐侵蚀

配制浓度为10%的硫酸钠溶液，将测试试件在标准养护28 d后取出，浸入清水以及上述溶液中，要求液面高出试件上表面20 mm，溶液温度保持在(20±3)℃。90 d后取出试件，用清水冲洗其表面，然后放入标准养护室中2 d，取出测定强度值。不同配合比混凝土抗硫酸盐侵蚀结果见表6。

表6 混凝土在不同介质中浸泡3个月后的强度变化

从表6的数据中可以看出，各组混凝土在硫酸钠溶液中浸泡后，强度均比在清水中浸泡的混凝土强度低，但使用聚羧酸减水剂的A1，A2两组，混凝土强度损失率更小，仅为0.5%和2.6%。胶凝材料用量的降低，以及活性掺合料的使用，都降低了C3A相对于硅酸盐水泥的含量，同时混凝土密实度的提高控制了硫酸盐离子往混凝土中的侵入，因而A1混凝土表现出更好的抗硫酸盐侵蚀能力。

3.3.4 抗冻融能力

根据规定，采用快冻法对混凝土进行了抗冻性试验，冻融循环300次后的试件重量及动弹性模量结果见表7，表8。