高速铁路C50预应力混凝土配合比设计和质量控制

文摘 2024-10-12 07:01 河南

1引言

高速铁路城市群一体化交通网是交通强国建设的重要组成部分，五纵六横七连线的高速铁路网的建设任重而道远。高速铁路桥梁施工作为高速铁路建设的重要组成部分，配合比设计是施工前期准备的关键工作尤为重要，本文结合目高速铁路C50预应力混凝土的配合比实例，详细的介绍了配合比设计的方法和步骤，并对混凝土质量控制关键点进行了阐述。

2C50配合比设计实例

2.1设计原理及思路

根据《铁路混凝土》第7条配合比章节的规定，采用最小浆骨体积比设计的原则，内掺法掺加5%的粉煤灰，保证胶凝材料总量不变的情况下降低水泥用量，降低了混凝土早期水化热，改善混凝土的工作性，使混凝土易于泵送、浇筑成型，保证了早期强度的同时提高后期强度和耐久性，外掺法掺加12%的聚竣酸系高性能缓凝型减水剂，减少了用水量和胶凝材料的用量，降低了混凝土早期水化热，提高混凝土工作性的同时避免混凝土早期开裂。

2.2设计依据及技术要求

(1)设计规范

①《铁路混凝土》TB/T3275-2009；②《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011；③《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2019；④《铁路混凝土结构耐久性设计规范》TB10025-2210；⑤《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》TB12752-2010；⑥《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2019；⑦《普通混凝土拌合物性能试验方法》GB/T50080-2002；⑧《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》GB/T50082-2009；⑨设计文件。

(2)技术要求

①设计强度等级：C50；②工作性能要求：180～220mm，凝结时间：大于8h，入模含气量3.0%，1h坍落度损失不超过30mm；③使用环境及要求：T1，T2环境，设计使用年限100年；④耐久性能要求：电通量＜1000C、抗渗等级不小于P12；⑤胶凝材料及水胶比要求：最大胶凝材料用量不宜超过480kg/m^{3，最小胶凝材料用量不应小于33}0kg/m^{3，最大水胶比不应超过}0.35；⑥使用部位：预应力现浇梁。

2.3试验用原材料

水泥：葛洲坝松滋水泥有限公司P•052.5；细

集料：岳阳洞庭湖砂/中砂；粗集料：重庆涪陵区乌江路5～20mm碎石(二级配5～10mm20%，10-20mm80%)；粉煤灰：重庆华珞F类C50及以上粉煤灰；外加价：湖北抚州工业聚竣酸系高性能缓凝型减水剂。

2.2配合比计算过程

(1)计算配置强度

采用f_cu，0=f_cu，k+1.645b计算配制强度，根据施工水平，确定标准差为6.0，配制强度计算如下：

f_cu，0=50+1.645x6.0=59.9MPa

(2)配合比计算

①水胶比

水胶比采用下式确定W/B=(ɑ_a×f_b)/(f_cu，0×ɑ_a×ɑ_b×f_b)

式中：W/B—混凝土水胶比；ɑ_a、ɑ_b一回归系数，根据本工程所用的粗集料为碎石，按规程第5.1.2条分别取值为ɑ_a=0.53、ɑ_b=0.20；力一胶凝材料28d胶砂抗压强度为0.85×1.00×1.10×52.5=49.1MPa。

带入已知相关数据，计算水胶比为：

W/B=0.53×49.1/(59.9+0.53×0.20×49.1)=0.39

根据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》、《铁路混凝土》的规定，结合经验并考虑施工诸多因素及混凝土耐久性，确定水胶比为0.32。

②单位用水量和减水剂用量

根据坍落度要求，结合JGJ55-2211中5.2条的规定及相关经验，拟定不掺减水剂是的单位用水量为215kg，聚竣酸减水剂的减水率为28%，则掺外加剂时，单位用水量m_w0=215×(1-28%)=155kg/m^{3，最终用量以试拌调整后调整的为准。}

③胶凝材料用量及减水剂用量

粉煤灰掺量为胶凝材料15%，减水剂按照推荐掺量1.2%

胶凝材料用量计算：

m_b0=155/0.32=484kg/m³

粉煤灰用量计算：m_f=484x15%=73kg/m³

水泥用量计算：mc=484-73=411kg/m³

外加剂用量计算：m_a=484X1.2%=5.81kg/m³

④砂率选择

根据《铁路混凝土》中7-2.9条的规定，结合经验并考虑施工工艺及集料的实际情况，砂率β_s取38%。

⑤粗、细集料用量

V_a，g=1-[(m_w/p_w+m_c/ρ_c+m_f/ρ_f+m_g/ρ_g+m_s/ρ_s+m_a/ρ_a)+ɑ](1)

m_s=V_a，g×β_s×ρ_s(2)

m_g=V_a，g×(1-β_s)×ρ_g(3)

采用体积法，按照式(2式(2)式(3)，带入水泥的密度ρ_c=3100kg/m^{3，粉煤灰的密度}ρ_f=2699kg/m^{3，细集的料密度}ρ_g=2699kg/m³，粗集料的密度ρ_g=2712kg/m^{3，减水剂的密度}ρ_a=1077kg/m^{3，水的密度}ρw=1000kg/m^5，β_s=38%，混凝土含气量ɑ=1%，求得m_g=675kg/m^3，m_s=1073kg/m³。

2.2计算初步配合比

水泥:粉煤灰:细骨料:粗骨料:水:减水剂=

411:73:675:1110:155:5.81(kg/m³)

2.3配合比设计及试验项目检测

(1)基准配合比设计

首先核算计算配合比的总碱含量、氯离子含量、三氧化硫含量和浆体比，碱含量=1.90kg/m³≤3.0kg/m^{3，氯离子含量占胶凝材料总量=}0.012%≤0.10%，三氧化硫含量占胶凝材料总量=2.58%≤4.0%，浆体比=0.32≤0.35，结果均满足《铁路混凝土》中7.1条，表39的规定。

按初步配合比试拌0.025m³的混凝土，拌合用1。

将混凝土拌合均匀后，检测混凝土的坍落度、泌水率、凝结时间、含气量，如拌合物性能不满足设计要求，调整砂率、减水剂掺量和同水灰比的水泥浆对计算配合比进行修正，如调整不满足要求，需要从新计算初步配合比。拌合物性能试验结果见表2。

(2)试验室配合比设计

以基准配合比分别增减水灰比0.02，砂率保持不变，计算的2个混凝土配合比，详见表3。

首先核算22个配合比的总碱含量、氯离子含量、三氧化硫含量和浆体比，详见表4。

根据每个配合比分别拌制混凝土，拌合均匀后，检测其的坍落度、泌水率、凝结时间、含气量，如果拌合物性能不满足要求，调整砂率、减水剂掺量和同水灰比的水泥浆对每个配合比进行修正。拌合物性能试验结果见表5。

根据每个配合比分别拌制混凝，制作试件，进行标准养护，达到规定龄期后进行力学性能及电通量试验，试验结果见表6。

(2设计配合比的调整和确定

根据力学性能和耐久性结果，在满足设计和施工要求的条件下，本着经济合理的原则，确定C50-1号配合比为理论配合比，根据实测拌合物表观密度、确定的理论配合比的计算表观密度计算校正系数，通过校正系数的修正最终确定每方混凝土材料用量如下：

水泥:粉煤灰:细骨料:粗骨料:水:减水剂

=411:73:675:1110:155:5.81(kg/m³)。

3新拌混凝土的质量控制

3.1原材料控制

水泥要严把质量关，水泥进场后及时取样，进行比表面积、凝结时间、安定性和抗折抗压强度检测、打入储存罐之前要进行温度测试，在储存使用过程中要对温度进行监控，并采取降低水泥温度或者防止水泥升温的必要措施，在浇筑拌制前应避免水泥温度偏高混凝土出现假凝现象。

粉煤灰进场首先要观察颜色，跟留样的粉煤灰进行比对，其次用150倍以上显微镜进行微观观察，呈圆珠相的为原灰，呈类似石子的多棱柱状的为假粉煤灰。做好烧失量、流动度比以及活性指标的检测。

细骨料中泥粉中一方面要考虑蒙脱土有遇水膨胀分层的有害性，另一方面小于0.075mm的颗粒是光滑的岩石颗粒，要检测细骨料的吸水率。

减水剂的选择要充分考虑我国的泥粉分布情况，从西北向东南由碱性的过渡，且呈电泳效应。进场时要验证与水泥的适应性，在常规检测中做好减水率、含固量、含气量、抗压强度比的检测工作，保证减水剂的质量。

3.2施工配合比控制

冬季和夏季应对粉煤灰掺量、减水剂成份掺量进行、粗细集料比例和砂率调整，并选用不同的配合比以适应现场施工。在施工前，根据气温变化、原材料质量变化情况，确定配合比调整作业指导书。

混凝土拌制之前，根据粗细集料的实际含水量与设计配合比的差值调整用水量，确定混凝土的施工配合比。

3.3新拌混凝土拌合物性能检测

（1）开盘鉴定

在混凝土结构部位浇筑前进行混凝土拌制，首先施工配合比和搅拌机适应性能进行检验，其次检验施工配合比的工作性能。当不符合施工要求时，配合比要根据作业指导书进行调整。

（2）出站检测

没车混凝土出站之前，试验人员应按照规范规定对混凝土拌合物性能进行检测，当混凝土出现异常应及时与搅拌司机进行沟通。当检测结果不满足施工要求时，应根据作业指导书调整混凝土配合比，确保混凝土出站工作性能满足施工需要。

（3）现场检测

在混凝土浇筑之时，罐车卸料之前，必须快速转动罐车一分钟以上，避免粗细骨料分离现象。试验人员对每车混凝土工作性能进行检测，工作性能合格的混凝土应予以浇筑。

4结论

（1）根据《铁路混凝土》的规定，高速铁路混凝土配合比设计应采用最小浆骨比的原则，配合比参数要根据原材料情况、设计使用年限、环境条件和强度等级确定。

（2）预应力混凝土配合比设计中，要选用优质的掺合料和外加剂，在满足设计要求的前提下，尽量减少用水量和水泥用量，降低混凝土水化热，以免造成混凝土早期开裂。

（3）新拌混凝土质量管理人员应做好原材料控制、施工配合比控制和拌合物性能检测等几个方面工作，才能充分保证混凝土的质量。

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