浅谈客运专线高性能砼的应用

浅谈客运专线高性能砼的应用

孙春兰

孙春兰

绵阳市川正建设工程试验检测有限公司四川绵阳621000

摘要：高性能混凝土具有很多优势，因此也被应用于客运专线中。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。基于此本文分析了客运专线高性能砼的应用。

关键词：客运专线；高性能混凝土；应用

1、高性能砼的定义

高性能混凝土（HighPerformanceConcrete简写为HPC）一词是20世纪90年代前后提出的，高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。高性能混凝土以耐久性作为设计的主要指标，具有高抗渗性（高耐久性的关键性能）；高体积稳定性（低干缩、低徐变、低温度变形和高弹性模量）；高抗压强度；良好的施工性（高流动性、高黏聚性、自密实性），因此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。

2、高性能砼的目的和意义

2.1、增强了工程的抗折强度和耐久性

客运专线采用高性能混凝土后能够增强桥梁表面的抗渗性和致密性提高了桥梁工程的抗折强度和耐久性。

2.2、增强工程的承载能力

高性能混凝土与采用普通混凝土相比提高了桥梁路面的承受强度，同时也降低了桥梁工程中材料用量。

3、高性能砼的性能

3.1、高性能混凝土的强度

高性能混凝土与普通混凝土相比有着更大的承载力、刚性既有利于铁路减轻自身重量汉有利于铁路提高力学性能还有利于施工速度的提高。

3.2、高性能混凝土的耐久性

高性能混凝土具有更强的抗腐蚀性、承受更大的外力和有效抵御老化显示出优于普通混凝土的耐久性。

3.3、高性能混凝土的坍落度

高性能混凝土的泥浆体和粗骨料间粘力强胧良稳定性和均匀性使高性能混凝土坍落度较大便于在成型后形成均匀密实的结构。

3.4、高性能混凝土的经济性

铁路工程应用高性能混凝土可以节省原材料减少混凝土和钢筋的用量延长了铁路的使用寿命，因此具有良好的经济性。

4、高性能砼性能试验结果和分析结论

4.1、工程概况

某铁路客运专线主要工程包括4座隧道，2座特大桥，18座涵洞，需20余万m3混凝土。全标段混凝土均为高性能混凝土，强度等级为C20，C25，C30，C35，C40，C506个等级，其中C20用于隧道仰拱、填充和部分涵洞工程，C25，C30主要隧道二衬和桥梁墩身等工程，C35和C40主要用于2座特大桥的桥台和支承垫石，C50主要用于桥梁梁体混凝土工程，设计年限为100年。

4.2、试验原材料

4.2.1、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。

4.2.2、骨料

砼的骨料有细骨料和粗骨料之分。配制高性能砼，应选用坚硬、高强、密实而无孔隙和无软质杂质的优质骨料。

1）细骨料

砼混合物含砂量较大，如果使用中砂或粗砂，可以避免砼过于干硬。通常，宜用细度模数约为3.0的砂，并尽可能降低含砂率。砼拌和物也不应太干硬，因为，过于干硬的砼不便与现场浇筑。细骨料的级配要符合要求。在高强砼组成中，细骨料所占的比例同样要比普通强度砼所用的量要少些。另外，砂的化学成分含量也非常重要，以采用洁净的石英质河砂为佳。该工程C50高性能混凝土采用石灰岩加工的碎石，最大粒径25mm，采用两级配。岩石强度为103MPa，碱活性（岩石柱法指标≤0．1%）检验结果为0．008%，无潜在碱活性危害，碎石压碎指标为6．6%，有机物含量浅于标准色。

2）粗骨料

在砼的组织结构中起主要骨架作用。粗骨料对砼强度的影响主要取决于：水泥浆及水泥砂浆与骨料的粘结力、骨料的弹性性质、砼混合物中水上升时在骨料下方形成的“内分层”状况、骨料周围的应力集中程度等。对高强砼来说，粗骨料的重要优选特性是抗压强度、表面特征及最大粒径等。

本工程采用的砂物理性能按C50标准进行控制。细度模数2．9，级配良好，无潜在碱活性危害，泥块含量0．2%（标准≤0．5%），含泥量1．7%（标准≤2．0%），坚固性6．5%（≤标准8%），有机物含量浅于标准色，硫酸盐及硫化物含量0．04%（标准≤0．5%）。

4.2.3、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。

4.2.4、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。

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《350km/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。

4.3、试验结果与分析

4.3.1、配合比试验

高性能混凝土配合比设计是以高耐久性、高工作性及满足结构所需的力学性能为主要依据。因此，高性能混凝土必须具有高流动性而不离析、不泌水，便于成型、易密实，水化硬化早期的沉降收缩和水化收缩小，温升低、硬化过程干缩小。其技术性能是由原材料的性质及其相对含量决定的，配合比参数主要是水胶比，一般≤0．45。C5O及以上混凝土水胶比一般宜≤0．33。试配计算也遵循《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55—2011的计算参数，本工程验选用7个水胶比做对比试验，分别是0．28，0．29，0．30，0．31，0．32，0．33，0．34。

4.3.2、混凝土力学性能试验影响

混凝土力学性能的主要因素是水胶比和矿物细掺料的用量，其次是砂率和粗骨料的粒径等。力学试验结果如表1所示。由表1可知，所有水胶比的混凝土28d抗压强度均在C50以上，满足设计要求。

表1混凝土力学性能

4.3.3、混凝土耐久性试验

混凝土耐久性主要由混凝土内部密实程度决定的，大多数造成混凝土破坏的物理性或化学侵蚀都是由有害介质通过水的侵入而发生的，抵抗外界有害介质渗透是混凝土的第1道防线。混凝土内部的不密实，干缩、温度引起的界面裂缝是影响混凝土抗渗透性的主要原因。为提高混凝土密实性，在设计配合比时，应根据工程结构、材料品质、施工工艺等情况选用矿物掺合料和高效减水剂，使其与水泥形成多级微颗粒级配，改善混凝土的浆体结构，达到提高其抗渗、抗腐蚀、抗冻性能力的目的。

4.4、结论

采用高强高性能混凝土可以减小截面尺寸，减轻自重，获得较大的经济效益。结合石太客运专线高性能混凝土使用情况，总结如下。1）高性能混凝土需要采用低水胶比，一般在0．28～0．32。2）高性能混凝土宜选用C3A含量较低的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，以易于外加剂的相容性。3）高性能混凝土用粗骨料最大公称粒径应≤25mm，采用二级或多级级配；优先选用中砂。4）高性能混凝土需掺加足够数量的矿物掺和料和高效外加剂。宜选用Ⅰ级粉煤灰和高效减水剂，减水率≥20%。

5、结束语

由于高性能混凝土正式应用在国内铁路客运专线工程的时间还比较短，很多施工单位对高性能混凝土性能的理解还处于探索阶段，对高性能混凝土的强度、耐久性、工作性等性能和外观质量之间的关系不太了解，因此进一步加强对其的研究非常有必要。

参考文献：

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[2]谭平.高性能混凝土在铁路客运专线中的应用研究[J].施工技术，2014，S2：327-330.

[3]朱志军.高速铁路高性能砼施工技术研究[J].科技创新导报，2014，20：25-26.