客专梁高性能混凝土配合比设计及质量控制
关键词：高性能混凝土，原材料，配合比设计，质量控制
1、前言
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;它以耐久性作为设计的主要指标；针对不同用途的混凝土，保证混凝土的适用性和强度并达到高耐久性、高工作性、高体积稳定性和经济性。为此，高性能混凝土在配制上，在保证混凝土强度指标的同时，同时注重混凝土的耐久性指标，采用低水胶比，选用优质原材料，除水泥、水、集料外，掺加足够数量的矿物掺料和高效外加剂。原材料的选择和配合比的优化是最关键的因素，配制出的混凝土不仅要满足硬化性能的要求，还要满足拌合物可泵性要求。由于其性能要求较高,所以质量控制较难,这就要求在施工过程中,制定严格的质量控制措施,控制好各个施工环节,确保工程质量。本文结合哈大客专的实际情况，对高性能混凝土原材料的选择、配合比设计及施工生产过程质量控制进行阐述。
2、高性能混凝土原材料的选择
高性能混凝土在配置上不同于普通混凝土，为确保桥梁主要承重结构能满足100年使用年限的要求，必须有优质的原材料作保障，综合高性能混凝土的配制原则及高性能混凝土的要求，在配合比设计之初必须严格把好原材料料源关。本工程各原材料选用情况如下：
2.1水泥的选择
水泥应选用标号不低于42.5的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。C3A的含量不宜超过8%,Cl-含量不宜超过水泥重的0.06%，碱含量不宜超过0.6%，其余性能应符合《客运专线预应力混凝土混凝土预制梁暂行技术条件》的规定。本工程选用的黑龙江宾州水泥厂低碱P.O42.5水泥。
2.2骨料的选择
(1)砂:工程使用的是五常河东中砂，其级配良好、质地坚硬而洁净的天然河沙。要求细度模数在2.6-3.0的中砂,含泥量不应大于2.0％，选用的砂在使用前要送铁道部质量监督检验中心进行碱活性试验，合格后才能使用。
(2)碎石:选用坚硬耐久满足要求的碎石，其压碎指标不应大于10％，母岩抗压强度与梁体混凝土设计强度之比应大于2，含泥量不应大于0.5％，针片状颗粒含量不应大于5％；最大粒径不应大于25mm。选用的骨料在使用前应送铁道部质量监督检验中心进行碱活性试验，合格后才能使用。该工程选用的是阿城小岭碎石。
2.3外加剂的选择
采用新一代的聚羧酸高效减水剂，能有效降低混凝土用水量，增大混凝土坍落度，并有效控制混凝土坍落度损失。高效减水剂厂家应经铁道部鉴定或评审，并经铁道部质量监督检验中心检验合格后方可使用。哈大铁路客专使用的混凝土外加剂经铁道部统一招标，从中标单位选取。本工程采用的是山西黄腾和山东联强两家外加剂。
2.4矿物掺和料
高性能混凝土常用的矿物掺和料主要有硅灰、粉煤灰、磨细矿渣粉。本工程矿物掺和料选用粉煤灰和磨细矿渣粉双掺。粉煤灰选用哈尔滨热电厂Ⅰ级灰，细度≤12％，需水量比要求≤100％。矿渣粉选用辽源金刚S95以上的矿渣粉，比表面积要求宜为400～500kg/m3。
2.5拌和用水
拌制和养护用水应符合饮用水标准的要求。
3、高性能混凝土配合比设计及选用
高性能混凝土配合比设计是铁路客运专线预应力混凝土箱梁预制的关键技术，是实现结构耐久性的基础，配合比的优劣将直接影响箱梁的质量。高性能混凝土配合比设计主要包括2个步骤:一是选择高性能混凝土的适宜组分(水泥、集料、水、外加剂、掺和料)。二是设计它们的相关数量或比例,使之满足混凝土的抗裂、抗冻、耐磨、抗渗等其它性能要求。而传统的配合比设计方法仅以混凝土的某一指定工作性能和某一龄期的抗压强度为基准,这在高性能混凝土设计中是远远不够的。下面笔者结合哈大铁路客运专线工程实践介绍高性能混凝土配合比设计及选用情况。
3.1设计时应考虑的因素
掌握设计图纸，了解混凝土结构设计要求的强度等级，混凝土耐久性能、工程所处环境、结构的断面尺寸及钢筋的配置情况，同时还要考虑混凝土的搅拌、运输及振捣等施工条件，以选定适当品种、标号的水泥，选定合适的集料、掺合料以及外加剂等材料，确定适宜的拌和物稠度。
3.2设计参数的选择及检验项目
（1）C50预应力混凝土箱梁高性能混凝土的胶凝材料总量一般不宜高于500kg/m3。
（2）混凝土中宜双掺粉煤灰和磨细矿渣粉两种矿物掺和料，矿物掺和料等量取代水泥的推荐掺量20～30%，水胶比≤0.35。
（3）砂率主要影响和混凝土的工作性，可根据胶凝材料总量、粗细骨料的颗粒级配及混凝土泵送要求等因素来确定，一般宜采用37%～42%。
（4）高效减水剂的掺量根据坍落度要求确定，其最佳掺量一般占胶凝材料质量的1%～2%。
（5）当骨料的碱—硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.10～0.20%时，混凝土的总碱含量应≤3.0kg/m3的规定，还应在混凝土中掺加具有明显抑制效能的矿物掺合料和复合外加剂，并应通过试验证明抑制有效。预应力混凝土的氯离子总含量（包括水泥、矿物掺合料、粗骨料、细骨料、水、外加剂等所含氯离子含量之和）不应超过胶凝材料总量的0.06％。
（6）配合比选定应检验的项目有坍落度、泌水率、含气量、抗裂性、抗压强度、电通量、弹性模量、抗冻性、抗渗性、抗蚀系数。
3.3配合比设计及选用
（1）确定混凝土配制强度(Mpa)，
fcu,o=fcu,k+1.645σ，式中
fcu,o—混凝土强度标准值(Mpa)
σ—混凝土强度标准差,当无统计资料时,混凝土强度标准差σ可取5.5MPa。
（2）水胶比的选定
水胶比根据哈大环境类别为碳化环境，作用等级T2选用，本工程水胶比为0.31
（3）胶凝材料用量的选定
胶凝材料用量通过选用原材料的实际情况和技客专梁术条件要求确定，选用胶凝材料用量为490Kg/m3,其中水泥为350Kg/m3,粉煤灰为60Kg/m3,矿粉为80Kg/m3。