高速铁路高性能砼施工技术研究

2014-11-10朱志军

科技创新导报 2014年20期

朱志军

摘要：该文基于笔者多年从事高速铁路施工的相关工作经验，以高速铁路高性能砼施工技术为研究对象，论文首先分析了高性能混凝土原材料的质量控制，进而探讨了高性能混凝土配合比的选定，在此基础上，论文分析了施工过程的质量控制，全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：高速铁路高性能砼施工质量控制

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（b）-0025-02

高性能混凝土（High Performance Concrete简写为HPC）一词是20世纪90年代前后提出的，我国学者认为高性能混凝土一种符合特殊性能组合和匀质性要求的混凝土，它具有易于浇筑而不离析，力学性能稳定、早强、韧性、体积稳定性以及严酷环境下的高耐久性的特点。被广泛用于高层建筑、公路、铁路桥梁及海港码头建设工程中。

1 高性能混凝土原材料的质量控制

原材料的选用对高性能混凝土质量的重要性及影响。尤其在原材料方面，如粗、细集料的级配、水泥细度质量，造成新拌混凝土和易性差、混凝土浇注过程中易磨损混凝土输送管道，发生堵、爆管现象。因此对高性能混凝土的原材料质量控制以及进行混凝土坍落度调整极为重要（见图1）。

1.1 水泥

选用水泥的流变性比强度更重要，与减水剂相容性要好，不宜用早强水泥或其它掺混合材水泥。为避免混凝土因体积不稳定而产生的变形，应选择碱、C3A、C3S含量低，质量稳定的水泥。采用4215级的低碱硅酸盐或低碱普通硅酸盐水泥，水泥熟料中C3A含量不应大于8%，在强腐蚀环境下不应大于5%；矿物掺和料仅限于磨细矿渣粉或粉煤灰。

1.2 骨料

混凝土中骨料体积约占混凝土总体积的75%～85%，优质且级配良好的骨料可以提高混凝土的密实度，从而提高新拌混凝土的工作性和硬化后的强度及耐久性。此外，骨料的种类对高性能的体积稳定性也有显著影响。粗骨料的岩石种类、粒径、粒形、表面状况、级配以及软弱颗粒和石粉含量将会影响拌合物的和易性及硬化后的强度，而细骨料的粗细和级配对混凝土流变性能的影响更大。

（1）砂。宜选用质地坚硬、级配良好的河砂，细度模数宜为2.6～3.0，通过0.315 mm筛孔的砂不应少于15%，含泥量≤1.0%；泥块含量≤1.0%；同时用不同粒径的砂混合，调整砂级配。

（2）碎石。宜用质地坚硬，级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等碎石或碎卵石，不得采用具有碱-碳酸盐反应的骨料，并应优先采用非活性骨料。母岩的立方抗压强度fg≥2fcu以上；压碎指标不应大于10%，针、片状含量≤5.0%，并不得混入软弱颗粒；含泥量≤0.5%；泥块含量≤0.5%；吸水率≤1.0%；一般最大粒径Dmax≤25 mm，因为粒径小时界面周长小，厚度也小，难以形成大缺陷，不仅有利于界面强度，也有利于抗渗性；碎石的粒型、表面性质、石粉含量也很重要，应严格控制。

1.3 外掺料

采用F类Ⅰ级粉煤灰和矿渣粉是理想的矿物掺和料组合。掺入一定量的粉煤灰，既能充分发挥粉煤灰的滚珠效应，又能减少水化热，减小混凝土自身收缩膨胀，有利于高性能混凝土的耐久性，但不利于混凝土的早期强度增长。在保证高性能混凝土可泵送的前提下，适当增加坍落度，使其和易性好，黏聚性好，泌水性得到改善，提高早期强度；减少水泥用量，可以有效减少混凝土早期温度收缩裂缝，使抗裂性得以加强，同时也可降低成本，提高经济效益。

1.4 外加剂

采用新一代的聚羧酸高效减水剂，减水效果好，氯离子含量少，与萘系减水剂相比，引气及抗泌水效果更好，更有利于混凝土质量控制。结果选定上海某公司生产的新型高效减水剂（实际掺量为1.1%，减水率为32%）。

上述材料除了符合已提出的技术指标要求外，如应用于高铁客运专线施工中还应符合《350 km/h客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》或《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的技术规定。

2 高性能混凝土配合比的选定

高铁客专预制梁梁体设计混凝土强度等级为C50混凝土，28 d抗压强度要求≥50.0 MPa，弹性模量强度≥35.0 GPa，耐久性要求等级不小于P20，环境侵蚀条件按T2处理。现场施工为泵送连续施工工艺，要求砼坍落度较大且要求泵性良好，且充分要考虑模板、台座生产周转时间。因此梁体砼各项性能指标要求较高，不但考虑强度要求，还要充分考虑设计砼的早期强度、耐久性和工作性能。又梁体砼浇注因采用泵送工艺施工，砼拌合物的工作性能就显的由为重要，因为它是保证砼浇筑质量的关键所在，它要求砼拌合物有较高的流动性及可泵性，易于振捣。同时拌合物还要有良好的体积稳定性、不离析、泌水等特征，并还要考虑环境、温度、搅拌运输时间对砼的流动性损失。

为此选择砼坍落度为180～220 mm。多数造成砼质量劣化的物理、化学侵蚀介质都是通过水侵入砼内部而发生的，所以提高砼的抗渗性能是提高砼耐久性的重要手段，而提高砼的抗渗性能主要是改善砼内部结构、提高砼的密实性。因此，在配合比设计时通过掺加适当的矿粉、粉煤灰等矿物掺合料和高效减水剂等手段，降低砼的水灰比、水化热，减小内部温升，防止砼的不良收缩等原因造成细微裂缝，提高砼拌和料的均匀性、稳定性和硬化后砼的密实性，同时相应也提高了砼的强度等级。

（1）预制箱梁C50混凝土试配强度的确定：根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000），混凝土的配制强度采用公式fcu，o=fcu，k+1.645σ进行计算确定。R取值为610MPa，则：fcu，o=59.9 MPa。（2）配合比各组分的确定：充分考虑含气量的控制，设计含气量为3.0%。配合比设计采用体积法，计算得出预制梁C50混凝土配合比，经试验室室内试配、调整后配合比见表1。endprint

该配合比经现场试拌、试验后确定混凝土工作性能、抗压强度、静压弹性模量及混凝土耐久性均能够满足设计要求。

3 施工过程的质量控制

3.1 混凝土拌制

（1）高性能混凝土拌制时，要严格控制配合比中各种原材料的计量，保证配料数量误差在施工规范要求之内。水胶比很低的高性能砼对用水量和材料用量变化非常敏感，所以要认真对待原材料的计量。应定期对搅拌站计量系统进行检定。另每班混凝土浇注前，应对搅拌站计量系统均要进行零点校核，确保混凝土浇注过程中混凝土组成材料计量结果偏差符合相关规定见表2、表3。

（2）高性能混凝土拌制时，必须准确控制用水量，应在砼生产前及生产过程中及时对砂、石料进行含水量测定，当含水率发生明显变化时，增加检测频率并依据检测结果及时调整混凝土用水量和骨料用量。严禁在材料出机后加水。

（3）因掺加了粉煤灰和硅粉等颗粒较细的材料，施工中要严格控制各种材料特别是细料的用量，同时要采取防风、防雨、密闭等措施。

3.2 混凝土浇注

（1）高性能混凝土中由于掺加了粉煤灰和矿渣粉，和易性较好，不易产生离析的现象，同时由于混凝土中的各种成分之间黏结能力比普通混凝土增强，以及由于掺加了多种外掺料，在不同温度下混凝土的坍落度损失亦不同。因此，混凝土浇注时要根据现场施工温度选择适宜的混凝土坍落度，提供给拌和站进行调整。（2）混凝土浇筑过程中，注意振捣，特别是箱梁腹板与底板及顶板的承托、预应力钢束锚固钢筋密集部位，由于钢筋比较密集，建议采用直径稍小的振动棒，适当延长振捣时间，并配合附着式振捣器，确保不漏振、不过振，保证箱梁的外观质量。（3）混凝土浇筑完成，表面收浆干燥后，应及时养护和抽动波纹管内芯棒。

3.3 混凝土养护、拆模

高性能砼因水胶比低，早期强度并不比同强度的普通砼的低。掺入大量细掺料的高性能砼需要尽早保水养护。早期保水养护不足对所有砼的强度发展和耐久性都有不利的影响。掺加粉煤灰的砼拌和物对湿度和温度尤其敏感，浇注过程中，混凝土表面失水较快，在其表面形成一道硬壳，即“假凝”现象。如养护不及时，则有可能在混凝土表面形成微小网状干缩裂缝。所以要求砼浇筑完毕待终凝后立即洒水覆盖或蒸汽养护，养护期间不少于7 d，控制拆模强度为梁体同条件养护试件强度达到砼设计强度的60%方可拆模。

4 结语

高性能混凝土质量控制，牵涉到原材料选择、配合比设计、施工工艺等诸多因素，为充分发挥高性能混凝土的性能，应在配制高性能混凝土原材料选择上加以重视，并加强高性能混凝土施工生产、运输、浇注、及养护过程中的质量控制，从而保证工程质量要求。

参考文献

[1] 张少锋.客运专线箱梁预制质量控制要点[J].铁道标准设计，2007（6）.