铁路高性能混凝土配合比设计方法研究

孙 宇

(中铁九局集团工程检测试验有限公司，110025)

前言

近几年，由于我国经济的高速发展，我国铁路建设的规模也逐渐扩大，铁路施工中的高性能混凝土也越来越受到施工单位和人员的关注，无论是实际施工人员还是工程的初步设计人员都应该重视到高性能混凝土的质量。高性能混凝土当中的拌合物不仅要具有强大的流动性和包容性，还应该具有一定的力学原理和耐久性。

一、材料对高性能混凝土配合比的影响

在高性能混凝土配制的过程中，配合比与材料直接影响了高性能混凝土最终的质量，其中不同的材料会对高性能混凝土产生不同的影响。

（一）水泥

水泥可以说是高性能混凝土中的主要材料，水泥的质量直接影响到混凝土的品质。当水灰比相等时，高标号的水泥要比低标号水泥配置出的混凝土抗压强度高很多。随着水泥细度不断的增加[3]，水泥的水化率逐渐增长，会出现较高的强度增强率。由此可见，水泥的细化程度对于混凝土的强度有着一定的影响。

（二）粗集料

集料是保证高性能混凝土强度的关键材料。混凝土中的粗集料一般都采用的是碎石或是卵石，碎石的表面比卵石粗糙，在与水泥相结合时碎石的结合率要比卵石高，当水灰比相同时，使用碎石来配制的混凝土强度要比卵石配制的高。质地优良的石料强度时普通混凝土的二至三倍，因此，普通混凝土不会受石料的影响。但是，高性能混凝土则有所不同，由于自身具有高强度的水泥，如果石料的强度不够，则会导致高性能混凝土表面出现破裂。

（三）细集料

混凝土中的细集料一般都有河砂、海砂和山砂。混凝土中的细集料如果过粗，那么会导致混凝土拌合料粗糙、松散，让混凝土的密度直线降低；如果使用的细集料过细，那么配合比表面将会增大[4]，增加单位用水量的同时还会增强水泥的用量。

（四）粉煤灰

粉煤灰作为混凝土中的主要材料，已经得到了广泛的使用。在混凝土搅拌过程中加入粉煤灰，不仅可以降低混凝土的温度，防止混凝土出现炸裂，提升混凝土强度、抗冻、抗腐蚀的能力，还可以提升混凝土的工作性能。

（五）减水剂

外加剂在混凝土施工中已经非常的普遍。混凝土中的外加剂种类十分的多，各种类型的外加剂有不同的作用，减水剂是高性能混凝土不可缺少的外加剂。在拌合混凝土的过程中，根据实际情况添加一定减水剂，可使水泥颗粒分散均匀，同时还可以让水泥颗粒中所包含的水分释放出来，从而最大化减少混凝土的单方用水量。

二、铁路施工高性能混凝土拌合比的确认

（一）高性能混凝土配合比设计时注意的要求

铁路工程建设中高性能混凝土配比设计时应该要注意以下五点：

1、不同类型掺和料的高性能混凝土所含有的胶凝材料总量都是不同的[5]，主要有400kg/m³、450kg/m³、500kg/m³这三种阶段。

2、在进行混凝土配比时可以根据施工的实际需求掺入粉煤灰、矿渣粉以及硅灰等符合国家混凝土指标的材料。不同的矿物质掺合料能够满足不同施工环境的需求，可以提升混凝土各个方面的性能，但是这些都是需要通过实验确定的，可以根据施工需求进行相应的混凝土掺合料的拌入实验。

3、合力使用减水剂能够增加高性能混凝土的耐久性，其中复合型减水剂是最佳的。

4、当高性能混凝土中骨料的碱与硅酸反应膨胀率达到0.12%至0.21%之间时，混凝土中的碱含量应该满足表一当中的参数规格，当骨料的膨胀率达到 21%至33%之间时，除了要满足表一所示的参数需求，混凝土中的硅含量还应该具有一定的额外数据，主要的操作就是在混凝土当中掺入具有明显抑制效果的矿物质掺合料[6]，并且通过相应的实验检验混凝土中的碱与硅酸反映是否达标。

表一：混凝土最大碱含量（kg/m³）

5、高性能混凝土当中含有的氯离子不能超过胶凝材料的0.23%.

（二）高性能混凝土配合比过程中应注意的各方面因素

由于这里所使用的高性能混凝土是用在铁路施工中的，因此，高性能混凝土配合比会受到各个方面的影响，如果不能对各因素进行有效的控制，则会影响高性能混凝土的配比质量。这里作者提出以下几点要特别注意

1、铁路施工在多数情况下是在户外，环境比较多变，因此，施工队伍应该控制好混凝土的搅拌时间和施工时间。

2、高性能混凝土的配比应该根据铁路地段不同，配比不同抗腐蚀能力的高性能混凝土。

3、为了保证铁路后期的运行质量，在高性能混凝土配比的初期就应该考虑到铁路后期的维护作业，因此，施工队伍应该将该段落的高性能混凝土配制方式备份。

三 高性能混凝土配合比的检验与确定

（一）确定高性能混凝土的配合比

将混凝土配合比的基础数据作为实验的基准，试拌三种不同水胶比的高性能混凝土，其中一种要为基准水胶比的混凝土，另外两种可以在基准水胶比的基础上增加或减少0.03～0.04的水胶比，高性能混凝土校验项目主要有：混凝土塌落度、坍落扩展度和扩展时间、表观密度、凝结时间、抗裂性、抗压强度、电通量、弹性模量、抗冻性、抗渗性以及抗腐蚀能力、化学有害物质的计算。根据相关实验得出的高性能混凝土的水胶比，最后根据铁路施工的施工性、耐久性和经济性确定混凝土的水胶比值。

（二）高性能混凝土在初步配比完成后，然后就应该通过科学的方式校正混凝土的表观密度，首先，我们要计算出混凝土表观需要校正的系数，然后在用混凝土表面密度值除以表观密度值。混凝土表观密度的 2%是这次计算的一个临界点，当计算值之差没有超过2%则可以将其作为高性能混凝土的配比计算值，如果超过了2%，则应该使用混凝土的每项材料乘以校正系数，得到的数据就是高性能混凝土的配比数值。

四 结束语

一般的混凝土难以满足铁路施工的需求，因此，高性能混凝土的质量就显得尤为重要，结合全文来看，高性能混凝土在配置上的特点有：采用低水胶比，最大化的降低混凝土的单位用水量，根据施工的实际情况选择高性能的减水剂，在拌合过程中掺入较多的掺合料，减少一般水泥的用量，从而减少混凝土内部产生空隙的几率，降低混凝土凝聚后的体积收缩大小，全面提升混凝土的耐久性。电通量、抗渗、抗裂、抗腐蚀、抗冻都是高性能混凝土耐久性的具体表现。

[1]吴红娟. 自密实混凝土配合比设计方法研究[D].天津大学,2011.

[2]徐丽. 客运专线高性能混凝土全寿命配合比设计方法研究[D].北京交通大学,2012.

[3]韩建国,阎培渝. 系统化的高性能混凝土配合比设计方法[J]. 硅酸盐学报,2006,08:10.

[4]杨小龙. 尾矿集料绿色高性能混凝土的配合比设计及应用研究[D].郑州大学,2013.

[5]杨春. 基于抗氯离子渗透性的高性能混凝土配合比优化设计研究[D].南京林业大学,2013.

[6]朱文华. 浅谈铁路高性能混凝土配合比设计体会[J]. 混凝土,2011,08:113.