维普资讯 http://www.cqvip.com 铁 道 建筑 】０３ ２００８年第１期 Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 文章编号：１００３—１９９５（２００８）Ｏ１—０１０３－０３ 客运专线铁路桥梁耐久性混凝土的研究与应用 张 勇 ，杨富民 ，王保江 ，石新桥 （１．铁道科学研究院，北京１０００８１；２．郑西铁路客运专线公司，西安７１００６８） 摘要：结合郑州一西安铁路客运专线工程，采用现场原材料对预制箱梁用Ｃ５０高性能混凝土，尤其是混 凝土耐久性的主要影响因素进行了研究和分析。对混凝土电通量的影响因素之一矿物掺和料的数量和 种类研究表明，当粉煤灰掺量大于１５％或掺入矿粉大于３０％时混凝土电通量能满足小于１ ０００ Ｃ的要 求。含气量达到２．５％～３．５％时，混凝土经过２００次冻融循环后相对动弹性模量高于８５％，抗冻性良 好。最后，介绍了郑西铁路混凝土箱梁的工艺要求。 关键词：客运专线 混凝土 耐久性 应用 中图分类号：Ｕ２１４．１ ８ 文献标识码：Ｂ ０ 引言 郑，ｋ ｕ－Ｉ一西安铁路客运专线东起郑州枢纽，西止西 安枢纽，基本与陇海铁路郑州一西安段平行，是规划的 徐州一兰州客运专线的重要组成部分。全线长４８４．５２ ｋｍ共有桥梁２１５座２３０．４ ｋｍ。沿线共设有１８个预制 梁场，预制梁多采用强度等级为Ｃ５０的３２ ｍ和２４ ｍ 预应力箱梁，共７ ０００件左右。可以说，预制梁质量的 优劣对整个工程质量的影响十分重大。自２００５年，铁 秦岭Ｐ．０４２．５水泥；｝胃河电厂Ｉ级粉煤灰；西安德 龙新型建筑材料科技有限公司矿渣；灞河河砂，细度模 数为２．９；华县莲花寺二级配碎石；聚羧酸系减水剂。 上述材料各项指标均符合《铁路客运专线高性能混凝 土暂行技术条件》的要求。 １．３配合比设计原则 １）混凝土坍落度应满足施工要求，配制成的混凝 土应满足设计强度、耐久性等质量要求。 ２）混凝土的胶凝材料总量不宜高于５００ ｋｇ／ｍ 。 混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量应满足设计 以及规范要求。 ３）混凝土中宜适量掺加优质的粉煤灰、矿渣粉等 掺和料，粉煤灰的掺量不宜大于３０％。 ４）为了降低碱一骨料反应发生的可能性，混凝土 单方总碱含量应满足相关要求。 ５）预应力混凝土的氯离子总含量不应超过胶凝材 料总量的０．０６％。 １．４混凝土技术参数 路客运专线建设采用以耐久性为基本要素的高性能混 凝土的技术要求，规定结构物按耐久性设计，确保混凝 土结构物达到正常的使用寿命 。高性能混凝土是 基于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，重点保证混凝土的耐久性、工 作性、适用性、强度、经济性 。本文结合郑西客专梁 场施工情况，对高性能（以耐久性为主）混凝土在郑西 铁路客运专线箱梁中的应用进行研究和探讨。 １混凝土配合比设计 １．１环境条件 根据《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》等相 关规范、设计要求、环境条件以及施工工艺，初步确定 预制箱梁用高性能混凝土技术参数（因各梁场情况不 郑西客运专线气候环境为暖温带半湿润季风气 候，雨量适中，气候温和，四季分明。沿线年平均温度 为１３．０℃～１４．４℃，１月份最低平均温度为一０．９℃ ～同，本研究仅供参考），具体情况见表１。 １．５混凝土耐久性 预制梁混凝土的耐久性技术指标主要有电通量、 抗冻性、抗渗性、碱一骨料反应和抗裂性。因力学性能 研究资料较多，本文不再进行讨论，仅对主要混凝土耐 久性影响因素进行研究。 １）电通量 氯离子是引起钢筋锈蚀，造成混凝土 ０．２ ｏＣ。极端最低气温为一２０．６ ｏＣ，个别地区存在 中度以下化学腐蚀。 １．２原材料 收稿日期：２００７．０８．２０；修回日期：２００７．１０．１５ 作者简介：张勇（１９７４一），男，山东聊城人，助理研究员，硕士。 结构耐久性下降的最主要原因之一。氯离子的渗透性 维普资讯 http://www.cqvip.com １０４ 铁道建筑 Ｊａｎｕａｒｙ．２ＯＯ８ 是评价混凝土抵抗氯离子侵蚀的一个重要参数，长期 以来国内外学者做了大量工作，提出了多种试验方法， 其中应用最广泛的是快速氯离子渗透测试方法，即电 通量法（ＡＡＳＨＴＯ Ｉ＂２２７和ＡＳＴＭ Ｃ１２０２）。其主要原理 是利用外电场来加快离子的运动速度，然后按扩散性 与电迁移参数间的理论关系来计算氯离子的扩散性， 从而判断混凝土的抗渗透性。考虑到目前的生产技术 条件，铁路各相关规范暂时将氯离子电通量作为混凝 土的重要耐久性检验指标之一。试验表明，影响电通 ０＼嘲嘲诤 量的因素有水胶比、掺和料掺量和种类、混凝土含气 量、混凝土龄期、混凝土中ｃｌ一含量等。一般认为随着 姗 咖 枷 瑚 咖 矿物掺和料掺量的增加，混凝土电通量呈现下降的趋 势；一般掺和料效果：硅灰效果＞粉煤灰效果＞矿粉效 果；随着水胶比的降低，混凝土电通量亦呈现轻微下降 的趋势。 相同条件下，掺加不同掺量的粉煤灰和矿粉对混 凝土电通量的影响见图１和图２。通过图１、图２可以 看出，相同掺量条件下粉煤灰降低？昆凝土电通量的效 果优于矿粉。矿粉掺量在０％～２０％之间时对电通量 影响程度较小，当矿粉掺量达Ｎ２ｏ％以后混凝土电通 量开始明显降低，也就是矿粉需达到一定掺量后方对 混凝土电通量有较明显的改善作用。对于本次Ｃ５０梁 体混凝土试验研究，单掺粉煤灰掺量＞１５％或单掺矿 粉掺量＞３０％，能够满足混凝土电通量＜１ ０００ Ｃ的要 求。此外，采用粉煤灰和矿粉同时掺入的“双掺”方法 也可以有效降低混凝土的电通量，见图２。因此，施工 过程中一般可通过控制矿物掺和料掺量和种类来降低 混凝土电通量，但由于工地大量采用普通硅酸盐水泥， 也就是水泥中已掺加了ｌ５％左右的混合材料，在进行 配合比设计时要注意其掺量和种类。 ２）抗冻性能混凝土在饱水状态下因冻融循环产 生的破坏作用称为冻融破坏。混凝土的抗冻性是指混 凝土抵抗冻融循环作用的性能。混凝土冻融循环产生 的破坏作用主要有冻胀开裂和表面剥蚀两个方面。影 响混凝土抗冻性的主要因素有混凝土含气量和气孔结 构、水胶比、矿物掺和料数量和种类、水泥品种、骨料品 质等，其中混凝土含气量与抗冻性的关系最为紧密。 混凝土含气量与抗冻性的关系 验结果见表２。 ０＼嘲嘲诤 ㈣ 枷 瑚 ０ 姗 枷 枷 瑚 咖 姗 咖 枷 瑚 ０ ｏ ２０ ３０ ４０ ５０ ６Ｏ 矿物掺和辩掺量 图１ 粉煤灰和矿粉掺量对混凝土电通量影响曲线 ｌｏ ２０ ３０ ４０ 矿物掺和料掺量 图２不同粉煤灰和矿粉掺量对混凝土电通量的影响、 ３Ｏ％粉煤灰＋ｌ５％矿粉对混凝土电通量叠加效果 结果表明，对于Ｃ５０混凝土而言，不对混凝土引气其抗 冻效果不理想，仅经过１２５次冻融循环就破坏。当混 凝土含气量达到２．５％～３．５％时，混凝土经过２００次 冻融循环后相对动弹性模量高于８５％，抗冻性良好。 因此，施工中要求控制混凝土入模含气量为２％～ ４％，对保证混凝土抗冻性十分重要。 ３）抗渗性通过试验混凝土抗渗性均容易满足设 计要求 对于Ｃ５０混凝土而言，抗渗指标意义不大。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第１期 客运专线铁路桥梁耐久性混凝土的研究与应用 １０５ 表２混凝土含气量与抗冻性关系试验结果 价，此试验为对比试验，无明确技术指标。试验表明当 掺入一定量的掺和料后裂缝出现的概率大大降低。 １．６混凝土配合比的确定 经对比试验，预制箱梁高性能混凝土配合比见表 ３，试验结果见表４。 表３混凝土配合比 ４）抗碱一骨料反应性能 试验采用非碱活性骨 料，低碱水泥，混凝土单方总碱含量小于３ ｋｇ／ｍ’。 ５）抗裂性 采用抗裂环对混凝土抗裂性进行评 表４混凝土性能试验结果 ２施工工艺 混凝土按照腹板一底板一面板的顺序对称浇筑， 采用纵向分段、斜向分层，连续浇筑的方式，分层厚度 ≤３００ ｍｍ。浇筑时间不得超过混凝土初凝时间并不 ３结语 １）高性能混凝土具有良好的抗冻、抗氯离子渗透、 抗渗、抗裂以及抗碱一骨料反应等耐久性能，且具有良 好的拌和物性能，坍落度经时损失小，混凝土不泌水， 施工性能良好。 ２）相同掺量条件下粉煤灰降低混凝土电通量的效 果优于矿粉。对Ｃ５０混凝土，当粉煤灰掺量大于１５％ 或掺入矿粉大于３Ｏ％时，混凝土电通量能满足小于 得超过６ ｈ。混凝土出机温度不大于３Ｏ℃，夏季采用 冷却水及骨料遮阳等降温处理，气温较高时泵管采用 麻布覆盖洒水的方式，并防止输送过程中混凝土坍落 度损失过大。箱梁配筋密集，结构相对复杂，在浇筑过 程中适当增加振捣人员及设备的数量，尤其加强层与 层间的振捣，振捣标准以混凝土表面的水平不再显著 下沉、不再出现气泡、表面不再泛浆为准。在浇筑腹扳 时严格控制混凝土坍落度，避免从底板泛浆。拆模后， １ ０００ Ｃ的要求。采用粉煤灰和矿粉同时掺入的“双 掺”方法也可以降低混凝土的电通量。 ３）对混凝土含气量与抗冻性能的研究表明，非引 气Ｃ５０混凝土仅经过１２５次冻融循环就破坏，含气量 达到２．５％ ３．５％时，混凝土经过２００次冻融循环后 相对动弹性模量仍高于８５％，抗冻性良好。控制混凝 土入模含气量２％一４％是保证混凝土抗冻性达到要 求的重要保证。 参 考 文 献 及时喷涂混凝土养护剂或覆盖洒水，养护时间≥１４ ｄ。 养护用水与梁体表面温差≤１５℃。 现场各梁场需要根据不同原材料进行混凝土配合 比的优选。搅拌前根据骨料含水率检测结果确定施工 配合比，对出机混凝土按规定频率进行坍落度、含气 量、泌水率、出机温度等指标检测。一般情况下，混凝 土泵送距离１００—２００ ｍ，混凝土坍落度在１ ｈ内基本 没有损失，混凝土和易性好，易泵送，易振捣，混凝土初 凝时间为８—１２ ｈ，满足浇筑工艺的要求。混凝土强度 和弹模随龄期发展规律良好，能够满足１０ ｄ终张拉的 要求。混凝土芯部最高温度基本能够控制在６５℃，但 ［１］科技基［２００５］ｌＯｌ号，客运专线高性能混凝土暂行技术条件 ［ｓ］． ［２］铁建设［２００５］１５７号，铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定 ［ｓ］． ［３］铁科技函［２００４］１２ｏ号，客运专线预应力混凝土预制梁暂行 技术条件［ｓ］． ［４］冯乃谦．高性能混凝土结构［Ｍ］．北京：机械工业出版社， ２００４． 在夏期施工时要加强管理，控制好混凝土最高温度和 温差。梁体拆模后，表面光洁，可见裂缝很少，外观 良好。 ［５］吴中伟、廉慧珍．高性能混凝土［Ｍ］．北京：中国铁道出版社， １９９９． （责任审编 孟庆伶）
