高速铁路高性能混凝土原材料常见质量问题及防范对策探析

2018-03-07高军

中国住宅设施 2017年6期

高军

摘要：高速铁路设计和施工混凝土采用高性能混凝土实施，通过对高性能混凝土的主要原材料技术参数进行分析和对普通混凝土进行对比，提出了原材中水泥、粉煤灰、矿粉和硅灰中存在的突出质量问题和应对措施，为保证混凝土质量提供了借鉴参考。

关键词：高铁；高性能混凝土；比表面积；游离氧化钙；蓄水量比

1 引言

高速铁路高性能混凝土原材料主要有水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、粗骨料、细骨料、外加剂和拌合水。高性能混凝土施工选用的水泥主要有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。在有充分实践经验证明可行的情况下，大体积混凝土也可选用矿渣硅酸盐水泥。水泥的混合材料宜为粉煤灰或矿渣。有耐硫酸盐侵蚀要求的混凝土也可选用中级抗硫酸盐硅酸盐水泥或高级抗硫酸盐硅酸盐水泥。粉煤灰是火山灰质混合材料中的铝硅玻璃质材料，是从电厂煤粉炉烟道气体中收集的粉末，呈玻璃态球状颗粒。粉煤灰的活性主要决定于玻璃体的含量，主要成分是活性氧化硅和活性氧化铝。矿粉是在炼铁炉中浮于铁水表面的熔渣，排出时用水急冷，得到水淬粒化高炉矿渣。磨细矿渣是将这种粒状高炉水淬渣干燥，再采用专门的粉磨工艺磨至规定细度，在混凝土配制时掺入的一种矿物外加剂，其活性较粉煤灰高，主要成分是Si0，在显微镜下呈光滑的非结晶球形颗粒。硅灰是铁合金厂在用电弧炉冶炼硅铁合金或金属硅时，从烟气净化装置中回收的烟尘，在袋滤器中收集。硅灰具有极高的活性。

2高性能混凝土原材料与常用料的主要区别

2.1水泥用材与常用材料的主要区别

2.1.1使用低碱水泥的碱含量不大于0.6%（碱含量以Na20+0.658K2O计算值表示）；

2.1.2只允许使用立窑生产的水泥，且f-Ca0≤1.0%；

2.1.3熟料的C3A含量非氯盐环境下不大于8%，氯盐环境下不大于10%。

2.2粉煤灰

2.2.1用于高速铁路C50以下混凝土、C50以上混凝土的粉煤灰与GB/T1596-2005中一级灰、二级灰的参数有差别，特别是细度、烧失量、需水量比的区别，不能简单地认为高速铁路用于C50以上混凝土的粉煤灰就是一级灰，用于C50以下混凝土的粉煤灰就是二级灰。

2.2.2高速铁路混凝土对粉煤灰的要求增加了Cl-含量的要求（不宜大于0.02），减除了对游离氧化钙（F类粉煤灰≤1.0%；C类粉煤灰≤4.0%）和体积安定性（C类粉煤灰≤5.0m）的要求。

2.2.3高速铁路混凝土对粉煤灰的含水率要求为1.0%，SO3含量为3%。对细度要求为≤20%（C50以下混凝土），≤12%（C50及以上混凝土）；需水量比≤105%（C50以下混凝土），≤100%（C50及以上混凝土）；烧失量≤5.0%（C50以下混凝土），≤3.0%（C50及以上混凝土）。

2.2.4国标对混凝土中粉煤灰的技术要求为细度为≤12%（一级灰），≤25%（二级灰），≤45%（三级灰）；需水量比≤95%（一级灰），≤105%（二级灰），≤115%（三级灰）；烧失量≤5.0%（一级灰），≤8.0%（二级灰），≤15.0%（三级灰）。

3 存在的质量问题

3.1水泥

3.1.1碱含量超标。由于生产厂家所处的地理位置差异，水泥熟料碱含量较难控制。厂家常常通过调整粉煤灰等低碱材料含量来控制碱含量，这时一定要注意水泥强度会因此而损失一部分。

3.1.2水泥入罐温度过高。这是由于水泥厂把新出厂的水泥直接交付工地使用造成的，发现这种现象应该立即制止，水泥出厂后须存放10 d左右方可使用，让残留的f-Ca0彻底消解，才能保证水泥的安定性。

3.2粉煤灰

3.2.1细度不合格。用静电收尘法的产量很低，厂家为了增加产量，经常会出现细度超标的现象。细度值越小，需水量越小。但是，粉煤灰的品质，应该首先关注烧失量和需水量比，细度不能作为评价粉煤灰质量的唯一标准。

3.2.2烧失量超标。粉煤灰中的未燃碳是有害成分，燒失量越大，含碳量越高，混凝土的需水量就越大，从而导致水胶比提高，严重影响了粉煤灰效用的充分发挥，同时粉煤灰烧失量过高会严重影响对混凝土中含气量的控制。粉煤灰的含碳量与锅炉性质和燃烧技术有关；同一台设备生产的粉煤灰，其烧失量的大小与煤的品种及产地有关，电厂使用煤的产地，粉煤灰加工厂是很难控制的，所以在采购粉煤灰时应该确认电厂主要煤产地，以便适时掌握烧失量的变化。一般情况下，用同一产地的煤生产的粉煤灰，表观颜色越深，烧失量越大。

3.2.3混凝土含气量变化。粉煤灰质量出现波动时，会导致混凝土含气量超标。粉煤灰的烧失量对混凝土的含气量影响很大，所以抗冻混凝土要尽量降低粉煤灰的烧失量。

3.2.4使用湿排灰和陈灰。湿排灰在排放过程中加入了一定量的水，含水率大于3%；陈灰是指露天存放的粉煤灰，含水率很高。湿排灰和陈灰使用价值不高，在高速铁路上应该严禁直接使用。

3.3矿粉

3.3.1细度超标。矿粉细度较低时，随着掺量的增大，泌水性增大；矿粉对混凝土的干缩影响不大，但超细矿粉（比表面积>500m2/kg）会增加棍凝土的收缩开裂。比表面积应控制在350-500m2/kg范围内。

3.3.2活性指数不够。如果试件7天强度低于设计强度的75%，基本上可以断定矿粉活性指数不够，要警惕供应商用低标号矿粉冒充高标号矿粉。

3.4硅粉

3.4.1温度变形。硅灰的高活性使混凝土温度升高提前，对混凝土早期开裂有促进作用。

3.4.2水泥浆变稠。硅灰的需水量比较大，若掺量过大，水泥浆就会变得十分黏稠，影响拌和和浇筑。

3.4.3混凝土自收缩。硅灰的高活性和大比表面积促进了混凝土自收缩的发生，导致早期收缩过大的问题。

4 结语

4.1各种材料使用时的掺量严格按照设计和施工配合比实施，配置超高强混凝土时，严格控制掺量。

4.2严格控制添加量，若过量添加会造成混凝土的泌水、离析。