哈大铁路客运专线高性能混凝土28 d与56 d龄期性能指标关系及应用

张先军，王基全，李新乐，雷 涛

(1.哈大铁路客运专线有限公司，沈阳 110002;2.大连民族学院土木建筑工程学院，大连 116600)

1 概述

《中长期铁路网规划》描绘了我国铁路发展的宏伟蓝图。到2020年，我国铁路营业总里程将达到10万km，其中建设客车速度目标值达到200 km/h及以上包括“四纵”、“四横”及3个城际客运系统(环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区)的高速铁路里程将达到1.2万km以上。为了确保高速铁路及客运专线桥涵基础、墩身及梁体、无砟轨道板等结构物的强度、耐久性，我国铁路研发了高性能混凝土，并在高速铁路主体结构全部普遍采用。高速铁路验收标准对高性能混凝土的性能评定采用的是56 d龄期指标评定体系，从高性能混凝土配合比设计过程来讲，至少需要两个月才能完成，如果进行抗冻融等耐久性指标试验(考虑300次循环)，则需要3.5个月甚至更长。由于工程需要，客观上要求开工后尽快展开全面施工，而配合比设计就需要2～3个月甚至更长时间，不能满足工程建设需求。因此，本文对高性能混凝土28 d与56 d龄期性能指标关系进行了研究，提出了根据28 d试验结果审批配合比的思路，以期合理缩短配合比设计周期，在确保工程质量的前提下，保证施工进度和工期需求。

2 高性能混凝土配合比试配28 d与56 d龄期性能指标

为了对高性能混凝土28 d与56 d龄期性能指标关系有一个较全面的了解，对哈大铁路客运专线的高性能混凝土不同龄期指标进行研究，重点研究了C30～C45桩基、墩台及C50箱梁高性能混凝土，主要考察了强度和电通量的28、56 d龄期的指标关系，取得了有代表性的65组数据，同时研究验证了24组C30～C50混凝土的抗冻融性能指标的关系。

由表1～表4和图1、图2可以看出:各个不同强度等级、不同材料的混凝土配合比56 d的性能指标均优于28 d指标，考察的65组配合比中，65组28 d的强度指标值达到了设计的规范标准值的要求，44组28 d龄期的电通量值达到了设计要求，占68%。56 d相对于28 d龄期强度平均增长率为7.7%，电通量平均降低率为29.4%。

2.1 混凝土强度试验结果

由表1和图1可以看出，56 d相对于28 d的强度平均增长率为7.7%，最大增长率为24.5%，最小增长率为3.6%，其中强度增长率在5%～20%的共57组，占总组数的87.7%。

表1 哈大客运专线混凝土28、56 d强度结果对比

图1 强度增长率分布百分比

2.2 电通量指标变化关系情况

哈大客运专线高性能混凝土28 d、56 d龄期电通量试验结果见表2和图2，由表2和图2可以看出，56 d相对于28 d的电通量平均降低率为29.4%，最大降低率为54.8%，最小降低率为8.1%，其中电通量降低率在10～40%范围的共53组，占总组数的81.5%。

图2 电通量降低百分比

2.3 哈大客专高性能混凝土抗冻性试验结果(表3)

由表3可以看出C50箱梁经200次冻融循环后，混凝土28、56 d抗冻指标变化不大，且均远远满足规范要求(质量损失不大于5%，相对冻弹模量不低于60%)。质量损失28 d平均值为0.98%，56 d为0.92，平均降低了6.3%;相当动弹模量28 d为89.3%，56 d为92.3%，平均降低了3.4%。

由表4可以看出，C30～C45墩台混凝土经300次冻融循环后，质量损失及相对动弹模量值均较C50箱梁高，质量损失28 d平均为2.01%，56 d为1.88%;相对动弹模量28 d平均为73.4%，56 d为76.0%，平均质量损失降低率和平均相对动弹模增长率同C50箱梁相当，分别为6.1%和3.8%。

表2 哈大客运专线混凝土28、56 d电通量结果对比

表3 哈大客运专线混凝土抗冻性试验结果(箱梁)

表4 哈大客运专线混凝土抗冻性试验结果(墩台)

3 不同龄期高性能混凝土微观结构

混凝土作为一种水硬性混合材，随龄期的增长，各项指标也相应发生变化，随着水化反应的继续进行，以及高性能混凝土掺加粉煤灰或磨细矿渣粉后所产生的火山灰二次反应，生成凝胶体，进一步填充混凝土中的空隙，强度会进一步增长，密实度增加。表现在指标上就是56 d的强度比28 d强度高，电通量指标56 d比28 d低。因此高性能混凝土后期强度及耐久性能指标会有较大程度提高。图3及图4为选取的C30高性能混凝土28、56 d水化产物的电镜照片，从照片可以看出，56 d结构比28 d要致密，水化更充分，这也正是56 d强度、电通量、抗冻性等物理性能指标优于28 d的微观表现。

图3 C30高性能混凝土28 d电镜照片

图4 C30高性能混凝土56 d电镜照片

4 高性能混凝土28 d与56 d龄期性能指标关系的应用

通过对哈大客运专线不同强度等级、不同原材料、不同配合比的分析表明，高性能混凝土56 d的性能指标是优于28 d指标的，当硬化混凝土的配合比验证指标:强度、电通量、抗冻性(由于抗渗性指标和电通量为同一类型的表征指标，而且抗渗强度等级指标对高性能混凝土表征意义不大，故未专门研究)等指标的28 d结果满足设计要求时，56 d指标一般会更符合设计，因此本着保守原则，在28 d结果合格的情况下，可以审批高性能混凝土配合比，待56 d结果出来后进行调整。目前客运专线执行的《高性能混凝土暂行技术条件》对各种环境条件下的混凝土原材料质量、配合比参数(如水胶比、水泥用量、掺合料比例等)都进行了详细的规定要求，按照这些规定，大部分选定的配合比28 d的指标均能达到或超过标准规定限值，或者试验配合比中水胶比较小的配合比(偏保守)28 d指标就可满足标准规定值。

根据这个思路，哈大客运专线公司下发了《关于按28 d结果审批配合比的要求的通知》，明确规定，施工、监理单位可以按上述原则试验和审批配合比，全线共按28 d试验结果审批配合比103组，经试验验证其56 d试验结果均超过了28 d试验结果，满足设计要求。通过这一举措，既保证了混凝土配合比的质量，又加快了施工进度。在施工过程中，对于重要的结构，也应用这一关系和思路进行质量验收，如墩台龄期未到，可否架设箱梁，经测试28 d的性能指标，满足标准要求，则可以验收通知，进行下道工序。

5 结论

(1)对高性能混凝土来说，由于掺加了活性掺和料，其56 d的强度、电通量、抗冻性等指标要优于28 d指标，28 d龄期的强度、电通量、抗冻性等指标满足要求后，56 d龄期该项指标也达到或超过28 d指标值。

(2)对于执行《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的客运专线及其他相关混凝土工程可以按照本文提到原则按28 d试验结果进行混凝土配合比的配和审批，但要注意该结果是偏于保守的，必要时应按56 d试验结果再进行调整。

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