楊 池，趙 悟，王樹林，宋儒霖，劉 琨

(長安大學道路施工技術與裝備教育部重點實驗室，陜西 西安 710064)

0 引 言

伴隨著我國科技創(chuàng)新和工程建設水平的不斷提高，在鐵路工程建設方面，我國的高鐵技術處于全球領先地位。隨著鐵路工程建設的不斷擴大，不僅增加對鐵路混凝土的使用量，而且對混凝土的質(zhì)量和性能要求也隨之提高。在保證混凝土的質(zhì)量的前提下，采用合理的方法減少原材料的使用量，減少不必要的資源浪費，達到節(jié)能減排的效果。

傳統(tǒng)強制攪拌存在許多問題和不足之處，振動攪拌技術作為一種新興攪拌技術[1]，在強制攪拌的同時施加機械振動強化攪拌過程[2]。振動攪拌過程中混合料處于顫振狀態(tài)，降低攪拌過程阻力，降低攪拌設備的能耗。研究表明振動攪拌不僅能改善新拌混凝土的微觀結構，且在滿足強度要求的情況下，能夠減少一定的水泥用量，能夠減少攪拌時間，大大提高攪拌質(zhì)量和效率，提高資源的利用率[3-6]。

筆者試驗采用兩種方案減少膠凝材料用量，第一種方案為只減少水泥用量，第二種方案為減灰少水(保持水膠比不變)，研究減少膠凝材料對混凝土工作性、抗壓強度和耐久性的影響，以確定此優(yōu)化配合比參數(shù)，在滿足各項性能指標要求的前提下，達到減少原材料的用量，降低工程成本和減少不必要的資源浪費。

1 試驗材料和設備

試驗開展依托閻良-機場城際鐵路工程-涇河特大橋項目，本試驗在現(xiàn)場試驗室開展，試驗選取的混凝土標號為涇河特大橋C40墩身混凝土，混凝土配合比按照鐵路混凝土施工標準進行設計。

1.1 試驗材料

試驗用水泥為冀東發(fā)展涇陽建材有限公司生產(chǎn)的P·0 42.5(低堿)硅酸鹽水泥，初凝時間193 min，終凝時間為 294 min；粉煤灰采用大唐陜西發(fā)電有限公司渭河熱電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰；減水劑采用山西奧瑞特建材科技有限公司生產(chǎn)的ART-001緩凝型減水劑；細骨料采用武功縣金鐵砂石廠的天然砂，細度模數(shù)為2.8的中砂；粗骨料采用冀東發(fā)展涇陽建材有限公司生產(chǎn)的公稱粒徑為5～10 mm、10～20 mm、16～31.5 mm連續(xù)級配粗骨料。

1.2 試驗配合比

本試驗的配合比按照鐵路混凝土施工標準進行設計，具體配合比如表1所列。

表1 試驗配合比

1.3 試驗設備

試驗在DT60ZBW型德通振動攪拌試驗樣機上進行試驗，此試驗機能夠?qū)崿F(xiàn)單獨的普通強制攪拌以及振動攪拌，如圖1所示。

圖1 DT60ZBW型雙臥軸振動攪拌機

2 試驗方案

此次實驗采用兩種試驗方案，第一種方案為只減少水泥用量(JS)，其他材料用量保持不變，即混凝土的水膠比發(fā)生改變；第二種方案為減灰少水(JH)，在減少水泥用量的同時，其他膠凝材料用量也按質(zhì)量法相應減少，即保持原有水膠比不變。設計減少量為2.5%、5%、7.5%。如表2所列，其中ZD-0為按照原配合比振動攪拌試驗組，QZ-0為按照原配合比的強制攪拌試驗組。

表2 試驗方案材料用量表 /(kg/m3)

3 試驗結果及分析

3.1 膠凝材料減少量對混凝土工作性影響

試驗過程中，對所述方案每組試驗的新拌混凝土測定其塌落度和倒塌落度筒排空時間，繪制如圖2和圖3所示。

圖2 混凝土塌落度變化趨勢

圖3 混凝土倒塌落度筒哌酮時間變化趨勢

由圖2可知，在只減少水泥用量時，新拌混凝土的塌落度隨著水泥用量的不斷減少呈現(xiàn)穩(wěn)定增大的趨勢，混凝土的流動性也隨之提高，但是在只減少水泥用量5%、7.5%和10%時出現(xiàn)不同程度離析；而在減灰少水時，混凝土的塌落度卻呈現(xiàn)急劇下降的趨勢，在保持水膠比的情況下，減少膠凝材料和水的用量，混凝土的粘聚性變好，但是流動性大幅度下降，減少7.5%和10%的膠凝材料后，混凝土出現(xiàn)結團現(xiàn)象，不滿足施工工作性要求。

圖3可知，在只減少水泥用量時，混凝土倒塌落度筒排空時間呈現(xiàn)先縮短后延長的趨勢，在減少水泥用量5%出現(xiàn)拐點，說明在減少水泥用量7.5%直到10%時未能很好的形成水泥砂漿裹石現(xiàn)象，出現(xiàn)離析現(xiàn)象，流動性變差。而對于減灰少水，混凝土倒塌落度筒排空時間不斷延長，說明混凝土的粘聚性變好，但是流動性變差。

3.2 膠凝材料減少量對混凝土強度影響

在試驗過程中每組試驗成型多組150 mm×150 mm×150 mm立方體試塊，并放進標養(yǎng)室進行養(yǎng)護一定齡期。測試其試塊3 d、7 d、28 d和56 d抗壓強度平均值結果如圖4和圖5所示。

圖4 混凝土各齡期抗壓強度

圖5 混凝土抗壓強度增長趨勢

由圖4可得，對只減少水泥用量和減灰少水兩種方案，混凝土各齡期的強度都隨著減少量的增大整體呈現(xiàn)減小的趨勢，在5%的減少量處各齡期平均強度達到最高峰值，但是都普遍低于未減少水泥或膠凝材料用量的試驗組，但強度結果都滿足設計要求。由圖5可得，減少水泥用量或減灰少水量0%(不減少)時，振動攪拌的強度高于普通強制攪拌；減少水泥用量和減灰少水兩種方案在減少量5%時，強度增長與普通強制攪拌最為接近，且滿足強度設計要求。

3.3 膠凝材料減少量對混凝土耐久性影響

混凝土的耐久性作為一項重要的評價指標，主要有抗?jié)B性、抗凍融、抗侵蝕性等。本試驗研究主要以測量硬化后混56d凝土試塊的抗氯離子滲透性，研究兩種方案對混凝土耐久性的影響。從圖6可得，對只減少水泥和減灰少水兩種方案，隨著減少量的增加，電通量整體趨于增大趨勢。

圖6 混凝土電通量變化趨勢

只減少水泥用量在減少量為2.5%～5%時電通量出現(xiàn)很小的下降趨勢，隨后快速增長；減灰少水在減少量5%～7.5%時電通量出現(xiàn)降低趨勢，隨后又趨于增長；分析原因，水泥用量或者減灰少水用量減少量超過5%時，使得沒有足夠的膠凝材料形成界面過渡區(qū)，界面形成過程中微小顆粒不足，導致產(chǎn)生細小微裂紋，影響混凝土的耐久性。

3.4 優(yōu)化配合比的確定

對兩種方案的上述結果分析可得，從工作性看，只減少水泥用量和減灰少水兩種方案在減少量超過5%之后出現(xiàn)缺陷，前者在減少量5%、7.5%和10%都出現(xiàn)不同程度的離析現(xiàn)象，而后者在7.5%和10%出現(xiàn)粘聚性太高，工作性不滿足要求；在強度方面兩種方案均在減少量為5%時出現(xiàn)強度最大值，且強度都滿足設計要求；在耐久性方面，減灰少水方案的耐久性要比只減少水泥方案的耐久性要好，且在減少量為5%時出現(xiàn)穩(wěn)定趨勢。綜上，本試驗選取減灰少水方案的減少量為5%作為優(yōu)化后的配合比，優(yōu)化后的配合比和原配合比的差異如下表3所列。

表3 優(yōu)化配合比與原配合比對比

4 結 論

此次試驗在振動攪拌技術下優(yōu)化后得到的優(yōu)化配合比，由上述分析可以得出以下結論。

(1) 只減少水泥用量情況下用水量隨著水泥減少量的增大相對增大，雖流動性變好，但混凝土逐漸出現(xiàn)泌水、骨料離析現(xiàn)象；而減灰少水則不會改變混凝土的水膠比，使其保持較好的粘聚性，但隨著膠凝材料減少量增大，流動性大幅度變差。

(2) 混凝土ZD-0組的各齡期強度高于QZ-0，且高于其他膠凝材料減少量的試驗組，膠凝材料減少量在5%時，其各齡期強度最高也最接近ZD-0各齡期強度。減灰少水的混凝土耐久性明顯高于只減少水泥的混凝土。

(3) 振動攪拌得到的優(yōu)化后配合比，能夠保證工作性、抗壓強度和耐久性的設計要求，可以節(jié)約至少5%的膠凝材料用量，不僅減少工程實際成本，也可減少不必要資源浪費。