C60 高性能混凝土配合比设计与应用

郝峰HAO Feng

（中铁十七局集团第二工程有限公司，西安 710043）

（The 2nd Engineering Co.，Ltd.of China Railway 17th Bureau Group，Xi'an 710043，China）

1 工程概况

新建长沙至昆明铁路客运专线湖南段CKTJ-Ⅶ标段正线起讫里程为DK287+747～DK324+218.25，全长34.538km。位于湖南省怀化市。其中沅江大桥全长404.94米。特点是深水、高墩、大跨，地形为典型的V 型深切沟谷，地势陡峭，环境艰险，桥跨组成为88+168+88+40 双线预应力混凝土钢构连续梁，主体结构设计寿命100年，梁跨结构混凝土强度等级采用C60。施工要求高，安全风险较大。

2 混凝土配合比设计要求及参数

根据《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》科技基[200]101 号、《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010 和《铁路混凝土结构耐久性设计规范》TB10005-2010 的规定，该悬灌梁C60 高性能混凝土设计寿命100年，碳化环境类别为T2，无氯盐环境、化学侵蚀环境、盐类结晶破坏环境、磨蚀环境、冻融破坏环境的作用。同时根据设计图纸和混凝土施工工艺要求，确定混凝土设计参数如下：①混凝土强度等级：C60；②混凝土电通量：小于1000c；③混凝土抗渗等级：大于P20；④混凝土冻融：200 次快速冻融，相对动弹模量不小于60%，质量损失不大于5%；⑤混凝土施工坍落度：160-200mm。混凝土初凝时间不小于7h，含气量在2%-4%之间。⑥混凝土7 天张拉强度不小于设计强度的95%，即不小于57MPa，7 天张拉弹性模量不小于设计值36.5GPa。

3 配合比设计思路

沅江大桥主体工程设计寿命100年，混凝土最大泵送高度达70 米。采用高性能混凝土。高性能混凝土配合比设计以耐久性为主要设计指标，在满足耐久性的前提下在考虑强度，水化热，工作性及体积稳定性。因此，采用“双掺技术+高性能减水剂”的思路，在混凝土中掺加F 类一级粉煤灰、S95 级矿渣粉和聚羧酸高性能减水剂。

高性能混凝土的特点是耐久性好，良好的工作性（流动性，和易性）。为了保证耐久性要低水胶比，大流动性和良好的和易性则要较大的浆集比和砂率，减少碎石的用量则会影响混凝土的弹性模量，增加混凝土的徐变和干缩。这就要合理选择各项参数，采用优质的原材料。

根据《铁路混凝土工程施工技术指南》铁建设[2010]241 号要求，混凝土配合比设计用最大密实度，最小浆集比理论，按照绝对体积法计算。即新拌混凝土有良好的工作性，且浆体刚好包裹住集料，在混凝土内粗骨料之间的空隙由砂填补，砂中的空隙由水泥填补，粉煤灰和矿粉填补水泥留下的空隙。这样形成最密实结构。采用这种方法设计的混凝土更合理，更科学。

4 混凝土用原材料的选择

4.1 水泥：选用强度较高、水化热低、C3A 含量低、标准稠度用水量低的水泥。试配时，采用湖南海螺水泥有限公司生产的雪峰牌P.O52.5 级普通硅酸盐水泥。其物理力学性能见表1。

表1 水泥的物理力学性能指标

4.2 粉煤灰：用粉煤灰取代部分水泥可改善新拌混凝土的工作性，减少泌水和离析现象；具有良好的保水性，有利于泵送施工；能有效降低水化热，降低混凝土的绝热升温；可提高混凝土的抗渗性能，改善混凝土抗化学腐蚀的能力，提高混凝土的耐久性。该工程确定使用湖南华天能环保科技开发有限公司（金竹山电厂）F 类I 级粉煤灰，各指标中，细度影响用水量，烧失量对减水剂的适应性有较大的影响。检测结果见表2。

表2 粉煤灰检测结果一览表

4.3 矿渣粉：矿粉采用湖南泰基建材有限公司S95级，矿粉比水泥细，可以填充水泥中的空隙，并且可提高混凝土的流动度，改善混凝土的耐久性。检测结果见表3。

表3 矿粉检测结果

4.4 细骨料：泸溪浦市砂场中砂，细度模数Mx=2.8。砂要严格控制含泥量和0.315 筛上的通过量。砂的性能见表4。

表4

4.5 粗骨料：碎石采用仇家碎石场5～10mm 和10～20mm 两种规格碎石，岩体轴心抗压强度为131MPa。（5～10mm）碎石与（10～20mm）的碎石按2:8 合成5-20mm 的连续级配，粗骨料的堆积密度是1510kg/m3，振实密度为1720kg/m3，在此条件下搭配的粗骨料空隙率最小（38%），振实密度较大，其级配比较理想。其性能指标见表5。

表5 碎石的物理力学性能指标

4.6 外加剂：掺加高性能减水剂后，能在一定的和易性要求下显著降低用水量，使混凝土更加密实，从而提高强度、耐久性等。

与水泥的适应性试验：对两种不同配方的减水剂选用不同掺量，分别测定在3、30、60min 的水泥净浆流动度。通过数据对比，最终选用与水泥适应性较好的山西凯迪建材有限公司KDSP-1 型聚羧酸盐高性能减水剂。并重复流动度试验，确定最佳用量为1.2%。（表6）

4.7 拌合用水：饮用水。

5 混凝土配合比设计

5.1 试配强度按下式计算（fcu,0）：fcu,0≥1.15fcu,k fcu,0=1.15*60=69.0（MPa）式中fcu,0 为混凝土试配强度，fcu,k 为混凝土设计强度。

5.2 确定砂率。通过筛分试验确定5-10mm 和10-20mm 的碎石的组成比例是2:8；采用四个不同的砂率38%、39%、40%、41%分别和碎石混合后做表观密度试验，经试验对比当砂率为39%时混合表观密度最大为2720kg/m3。取基准砂率为39%试拌，根据混凝土状态进行调整。

表6 聚羧酸减水剂检测结果一览表

5.3 根据原材料试验结果分析，依据配合比设计原则及工程施工的具体要求，结合类似工程的施工经验，相关参数确定如下：混凝土中浆体体积取Vp=0.35，基准水胶比取0.27。混凝土中含气量α=3%。采用体积法计算得到：胶材总量：526kg，水：142kg，聚羧酸减水剂掺量为1.2%，6.31kg。

5.4 选用砂率为39%。水胶比、粉煤灰和矿粉不同的掺量三个因素，每个因素三个不同的水平采用正交试验分析如表7。三个水胶比0.25、0.27、0.29；粉煤灰和矿粉的掺量8%、10%、12%。

表7 正交试验分析方案表

从表8 可以看出：当水胶比是0.25 时，混凝土的强度，弹模均能满足要求，但扩展度有些偏低。在试拌时粘底。水胶比是0.29 时。28 天强度能满足要求，7 天张拉强度有些偏低。考虑到施工要求和经济性最终确定混凝土配比如下：每立方米混凝土材料用量（kg）

表8 试验结果一览表

水泥:粉煤灰:矿渣粉：细骨料:粗骨料:水:减水剂=420:64:42:677:1059:142:6.31

5.5 凝结时间和坍落度损失的测定。对该配合比进行凝结时间的测定，初凝9 小时30 分，终凝13 小时20 分。分别进行30 分钟、60 分钟坍落度损失测定，结果如表9。

表9 混凝土坍落度损失试验结果

5.6 混凝土耐久性能校核。按照《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010 和《铁路混凝土结构耐久性设计规范》TB10005-2010 的规定对该配比进行耐久性校核，检验结果如表10。

表10

6 工程施工应用情况

从2012年9月份到2013年11月份，沅江大桥完成全部C60 混凝土施工。施工过程中混凝土控制的较好，混凝土的工作性和硬化后的性能均能满足设计要求。在施工中出机坍落度控制在180-200mm，施工现场坍落度控制在160-180mm，泵送施工比较顺利。混凝土拆模后颜色均匀，有光泽，气泡较少。在现场随机抽取混凝土制作试件，同条件养护，7d 强度在58.5MPa 到62.5MPa 之间，7d 弹性模量在37.2GPa 到42.0GPa 之间。28d 强度在63.0MPa 到72.5MPa 之间。完全满足7d 张拉和设计强度等级要求。

7 存在问题及心得体会

①聚羧酸减水剂减水率高，对材料的适应性比较敏感。每批减水剂进场后要及时进行试拌，看混凝土的状态，及时进行适应性调整。②砂、碎石质量波动比较大，要严格控制砂中含泥量，超5mm 颗粒含量。碎石进场后及时进行筛分，确定最佳比例。和砂混合后的最大表观密度，以便及时对砂率微调，使混凝土达到最佳状态。由于砂、碎石全部水洗，砂、碎石中的含水量每工作班均要测定，以便及时调整混凝土用水量。③砂进场后及时筛分。特别是砂中0.315mm 以下颗粒含量要注意保证。如果砂中0.315 筛上的通过量不能满足规范要求，则泵送会比较困难。要及时调整砂率，甚至要调整胶材的用量。④严格控制搅拌时间和用水量。搅拌时间120 秒。由于胶材数量较多，要充分搅拌均匀才能使混凝土达到最佳状态。聚羧酸高性能减水剂对用水量非常敏感，用水量稍微增多，就容易发生离析，有的拌和站司机不按要求搅拌，在现场容易导致混凝土坍落度忽大忽小，无法正常施工。⑤矿物掺和料要实行车检制度。检验合格方可卸车。

[1]郭延辉,郭京育.聚羧酸系高性能减水剂研究与工程应用[M].中国铁道出版社，2007.

[2]中铁三局集团有限公司.铁路混凝土工程施工质量验收标准[M].中国铁道出版社,2011.

[3]朱红娟,朱文通,罗思欣.C60 高性能混凝土配合比设计[J].公路交通技,2009（8）.