趙 德 超

(中鐵二局第五工程有限公司，四川 成都 610000)

1 工程概況

某高鐵項目全長432 km，其中T—Q段230 km為新建段，Q—E段212 km改建段。項目按300 km/h設(shè)計，采用中國高鐵標準設(shè)計、施工和運營管理，是該國第一條現(xiàn)代化高速鐵路，也是一帶一路，中國高鐵真正走出國門的第一個項目。線路穿趆廣袤的鹽湖地區(qū)，長達10 km的軟基需采用預(yù)制方樁打入進行地基加固處理，提高承載力。采用預(yù)制場集中生產(chǎn)、蒸汽養(yǎng)護、到齡期經(jīng)檢測合格、運至施工現(xiàn)場、打樁機打入施工工藝。

2 確定該混凝土配合比設(shè)計技術(shù)參數(shù)

預(yù)制方樁設(shè)計要求為100年的C50高性能耐久性混凝土，侵蝕環(huán)境等級為L3,H3,Y4。根據(jù)設(shè)計對鹽湖段地質(zhì)進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該段路基所處環(huán)境等級為L3,H3,Y4，處于氯鹽侵蝕、化學(xué)侵蝕及硫酸鹽結(jié)晶破壞三種高侵蝕相互作用的環(huán)境。混凝土抗侵蝕要求之高，在中國類似工程中罕見。按照設(shè)計文件及《鐵路混凝土驗收標準》確定C50(L3H3Y4)混凝土配合比設(shè)計技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 混凝土配合比設(shè)計技術(shù)參數(shù)表

3 原材料選擇

1)水泥。

由于該混凝土所處為高硫酸鹽侵蝕環(huán)境，選取Delijian水泥廠生產(chǎn)的高抗硫酸鹽Ⅱ型低堿水泥。

2)礦物摻合料。

經(jīng)調(diào)查，當(dāng)?shù)責(zé)o粉煤灰生產(chǎn)，僅有磨細礦渣粉且產(chǎn)量較低但硅灰產(chǎn)量豐富且質(zhì)量穩(wěn)定，擬定采用Sepehan礦渣粉和Azna硅灰作為外摻料提高混凝土的抗腐蝕性。

3)細骨料。

經(jīng)調(diào)查選用線路附近Razani砂石生產(chǎn)的天然河砂作為細骨料。

4)粗骨料。

經(jīng)調(diào)查選用線路附近Zambook砂石生產(chǎn)的5 mm～25 mm兩級配破碎卵石(5 mm～12 mm占30%，12 mm～25 mm占70%)作為粗骨料。

5)外加劑。

經(jīng)檢測和混凝土試拌選定Persian White Damavand公司生產(chǎn)的SR340P聚羧酸系高性能減水劑和MA-410引氣劑。

6)混凝土拌合用水。

混凝土拌合用水使用飲用水。

4 理論配合比設(shè)計

耐久性混凝土配合比設(shè)計步驟以及計算中所涉及的公式與普通混凝土配合比設(shè)計并無差別，主要增加前置條件和耐久性要求，即各項指標均要滿足列表技術(shù)參數(shù)要求，包含前置條件和耐久性指標的驗證結(jié)果，而非僅保證強度和工作性要求。

4.1 試配強度的確定

按混凝土試配強度公式計算：

fcu,0=fcu,k+1.456σ=59.9。

其中，fcu,0為混凝土的試配強度，MPa；fcu,k為混凝土立方體抗壓強度標準值，MPa;σ為混凝土強度標準差。由于沒有當(dāng)?shù)亟诘幕炷翉姸荣Y料，σ按JGJ 55—2011普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程之規(guī)定取6.0 MPa。

4.2 水膠比

水膠比的大小決定混凝土硬化后的強度并影響混凝土的耐久性，選擇低水膠比能保證混凝土的密實性，是耐久性混凝土配制的特點之一?；炷恋膹姸扰c水膠比及使用的水泥強度成線性關(guān)系，仍按保羅米公式計算水膠比。

其中，W/B為混凝土水膠比；αa，αb均為回歸系數(shù)，αa取0.53，αb取0.20；fb為膠凝材料28 d膠砂抗壓強度，fb=γfγsγcfce,g;γf為硅灰影響系數(shù),取1；γs為礦渣粉影響系數(shù)，取0.90；γc為水泥強度等級值富余系數(shù)，按實際統(tǒng)計值取1.18；fce,g為水泥強度等級值，取42.5MPa；fcu,0為混凝土試配強度。

由上式計算得出水膠比為0.37，因為水膠比是耐久性配合比的重要參數(shù)之一，它關(guān)系到能夠保證混凝土的密實度，防止含腐蝕性氣體滲入，按前表確定的技術(shù)參數(shù)最大水膠比為0.36，因計算水膠比大于規(guī)定值，應(yīng)取規(guī)定值的原則進行下步計算，即水膠比取0.36。

4.3 單位用水量

根據(jù)多次試拌經(jīng)驗，在不摻減水劑時，單位用水量為215 kg，高性能減水劑的減水率為26%，按下式計算單位用水量：

4.4 單位膠凝材料用量

其中，mbo為計算配合比每方混凝土膠凝材料用量；mwo為單位用水量；W/B為混凝土水膠比。

4.5 礦渣粉、硅灰、水泥各自用量

mko=mbo×40%=177(按前表已確定的技術(shù)參數(shù)取值)。

mao=mbo×7%=31(按前表已確定的技術(shù)參數(shù)取值)。

mco=mbo-mso-msi=234。

其中,mso為礦渣粉用量;mao為硅灰用量;mco為水泥用量。

4.6 減水劑和引氣劑用量

mdo=mbo×0.6%=2.65(經(jīng)試驗后確定的減水劑摻量)。

meo=mbo×0.01%=0.442(經(jīng)試驗后確定的引氣劑摻量)。

其中，mdo為高性能減水劑用量；mao為引氣劑用量。

4.7 砂率

根據(jù)多次試拌的經(jīng)驗，確定該C50配合比砂率取42%為宜。

4.8 采用質(zhì)量法計算粗細骨料用量

利用下式計算：

mwo+mco+mko+mao+mso+mgo=mcp。

其中，mso為計算配合比每方混凝土細集料用量；mgo為計算配合比每方混凝土粗集料用量；mcp為每方混凝土拌合物的假定質(zhì)量因本配合比的混凝土為含氣量混凝土，取2 400 kg/m3；βs為砂率。

減水劑和引氣劑質(zhì)量未納入計算。

經(jīng)計算，得到計算配合比的粗集料為1 026 kg,根據(jù)大、小石的摻配比例得到12 mm～25 mm石為718 kg, 5 mm～12 mm石為308 kg,細集料為773 kg。

4.9 匯總每方混凝土中的各材料用量

匯總每方混凝土中的各材料用量如表2所示。

表2 每方混凝土中的各材料用量表

4.10 混凝土配合比試拌

試拌階段使用與施工相同的原材料采用強制式拌合機在室內(nèi)試拌，試拌結(jié)束后測表觀密度和不同時間的坍落度、擴展度、含氣量和初終凝時間,如表3所示。

表3 物理性能檢測結(jié)果匯總表

各項指標檢測結(jié)果符合設(shè)計和施工要求。

5 配合比耐久性指標驗證

再次試拌制作強度及各項耐久性指標驗證試件，分別成型3 d,7 d,28 d,56 d抗壓強度試件各1組；成型電能量試件1組；成型氯離子擴散系數(shù)試件1組；56 d抗硫酸鹽結(jié)晶破壞等級試件4組；氣泡間距系數(shù)試件1組，并計算總堿含量和氯離子總含量三氧化硫含量。標準養(yǎng)護至不同齡期后的檢測結(jié)果如表4所示。

表4 耐久性能檢測結(jié)果匯總表

經(jīng)驗證，各項指標符合設(shè)計要求，可用于C50預(yù)制樁施工。

6 施工過程質(zhì)量控制

加強施工過程管控是保證混凝土質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。鹽湖段預(yù)制樁施工中采用強制式拌合機拌合、混凝土灌車運輸至澆筑點運用溜槽入模成型的方式預(yù)制完成。通過蒸汽養(yǎng)護，快速提高早期強度，7 d達到設(shè)計要求，沖擊振動打入軟土地基，從而達到加固地基作用。施工過程中加強了原材料質(zhì)量控制、拌合站監(jiān)控、澆筑現(xiàn)場坍落度、含氣量雙控措施，保證入?；炷临|(zhì)量。通過同條件試件強度和實體回彈監(jiān)測，隨時掌握實體強度發(fā)展?fàn)顩r，保證了所有預(yù)制樁質(zhì)量符合設(shè)計要求。

7 結(jié)語

以某高鐵鹽湖段軟基處理為載體，采用摻硅灰和礦渣粉提高混凝土耐久性；摻高性能減水劑和引氣劑，解決含氣量問題，并通過一系列耐久性檢測，設(shè)計出了性能滿足要求、經(jīng)濟合理且具有施工可操作性的C50(L3H3Y4)抗侵蝕耐久性混凝土配合比。該配合比在鹽湖段正式施工，為全線抗侵蝕混凝土配合比設(shè)計提供了重要參數(shù)和積累了寶貴經(jīng)驗。保證了高鐵的施工質(zhì)量，不僅有利于項目建設(shè)任務(wù)優(yōu)質(zhì)高效推進，而且對充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，降低工程造價具有十分重要的現(xiàn)實意義。