摘 要:客運專線對混凝土有了更高的品質的要求,配制耐久性混凝土已經(jīng)成為試驗工作的一個重點,具體分析石太客運專線某標段襯砌混凝土的配制。
關鍵詞:石太客運專線; 耐久性; 混凝土; 襯砌
中圖分類號:U238; U455191 文獻標識碼: B
文章編號: 1004 - 2954 (2007) 04 - 0110 - 02
1 概述
客運專線設計使用壽命要求為100年,襯砌混凝土品質的高低,是保證客運專線使用壽命和質量的關鍵。研究能夠滿足軟弱圍巖(膏溶角礫巖)隧道復雜的地質條件襯砌混凝土的配合比,通過試驗、研究、優(yōu)選,使襯砌混凝土具有高填充性、不離析、自密實、抗?jié)B抗腐蝕等性能,以保證襯砌混凝土的耐久性。
2 施工地質條件
石太客運專線某標段通過Ⅴ級角礫狀泥灰?guī)r(膏溶角礫巖) ,該圍巖對混凝土具有硫酸鹽弱腐蝕性,因此混凝土要具有一定的抗硫酸鹽侵蝕性;沿線地表水不發(fā)育,區(qū)內(nèi)河床干涸無水,溝谷均為涸溝,只是在雨季時有少量積水。本標段隧道區(qū)雨季時有基巖裂隙水,在斷層帶雨季時地下水較豐富,因此混凝土要有一定的抗?jié)B性。
3 原材料的選定
3．1 對原材料的技術要求
(1)水泥選用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥,不宜使用早強水泥,強度等級不低于32．5級,每m3 混凝土的含堿量要求不高于3．0 kg。
(2)水泥的混合材料為礦渣或粉煤灰,若是粉煤灰,優(yōu)先選用Ⅰ級灰,但若通過耐久性試驗驗證,燒失量可以放寬到8%。
(3)細骨料應選用級配合理、質地均勻堅固、吸水率低、空隙率小的潔凈天然河砂,也可選用專門機組生產(chǎn)的人工砂,不宜使用山砂,不得使用海砂。優(yōu)先選用中級細骨料,當采用粗級細骨料時,應提高砂率,并保持足夠的水泥或膠凝材料用量,以滿足混凝土和易性;當采用細級細骨料時,宜適當降低砂率。
(4)粗骨料應選用級配合理、粒形良好、質地均勻堅固、線膨脹系數(shù)小的潔凈碎石,也可采用碎卵石,不宜采用砂巖碎石。應采用二級或多級級配,其松散堆積密度應大于1 500 kg/m3 ,緊密空隙率宜小于40% ,吸水率應小于2% ,最大公稱粒徑不宜超過鋼筋的混凝土保護層厚度的2 /3,且不得超過鋼筋最小間距的3 /4。
(5)外加劑應采用減水率高、坍落度損失小、適量引氣、質量穩(wěn)定、能滿足混凝土耐久性能的產(chǎn)品。當將不同功能的多種外加劑復合使用時,外加劑之間及外加劑與水泥之間應有良好的適應性,宜選用多功能復合外加劑。
(6)拌和用水宜使用飲用水。
3．2 選用的原材料
(1)水泥 根據(jù)現(xiàn)場的水泥供應情況,普通硅酸鹽水泥質量和產(chǎn)量比較能滿足施工的需求,而為了盡可能減少每m3 混凝土的膠凝材料用量,同時減小每m3 混凝土的堿含量,決定使用3215級水泥,最后選定鹿泉曲寨P．O 42．5水泥。
(2)混合材 現(xiàn)場周邊地區(qū)有較多的粉煤灰廠家,摻加一定量的粉煤灰,能夠在保證混凝土強度的情況下,增加混凝土的致密性,進而提高混凝土的抗?jié)B透性、抗鋼筋銹蝕及抗堿骨料反應的性能;同時,摻粉煤灰的混凝土黏聚性、保水性也好,無離析泌水現(xiàn)象,坍落度損失也遠小于不摻粉煤灰的混凝土。本著質量優(yōu)先、效益并重的原則,就近選用了陽泉光源電廠的粉煤灰。
(3)細骨料 Ⅱ區(qū)中砂(河砂) ,細度模數(shù)2．6 ～2．8,經(jīng)檢驗無堿活性,其各項指標也滿足客運專線要求。
(4)粗骨料 5～20 mm與16～31．5 mm碎石以1∶2的比例混合為5～31．5 mm連續(xù)級配碎石,堆積密度大于1 500 kg/m3 ,空隙率小于40%,經(jīng)檢驗無堿活性,其各項指標也滿足客運專線要求。
(5)外加劑 為了降低混凝土的水膠比,盡量減少水的用量,采用在混凝土中加入復合型高效減水劑,不但具有很好的減水率,并且適量引氣、保坍性好,最后選定山西黃騰的粉狀高效減水劑,緩凝型。
(6)水 在當?shù)劂@井取用地下水,經(jīng)檢驗符合飲用水標準。
4 配合比的確定
(1)混凝土設計要求 鋼筋混凝土強度等級C30,坍落度要求160～180 mm,泵送,抗?jié)B等級P8,抗硫酸鹽侵蝕等級H1;由于混凝土拌和站在洞外,從拌和站到襯砌臺車通過一800 m斜井,來往車輛也較多,會有20～50min的混凝土運送時間,故結合減水劑的保坍性,將試配混凝土的坍落度提高到180～220 mm;考慮到耐久性混凝土的要求:膠凝材料總量不宜大于400kg/m3、水膠比不宜大于0145、粉煤灰摻量不宜小于20%、并保證足夠的砂率,于是基準水膠比取0．43,砂率取40% ,粉煤灰使用超量取代法最后摻量為21%,減水劑摻量1．3% (推薦摻量為1% ～1．5% ) ;同時再取0．41、0．45兩組水膠比作為參考,但水泥、粉煤灰的每m3 用量不變,而是通過改變水的用量和外加劑的摻量來實現(xiàn)坍落度的控制。
最后,試配混凝土的每m3 用料量見表1。
(2)加入強制式混凝土攪拌機攪拌2．5 min。
(3)做混凝土的坍落度、含氣量、泌水率、表觀密觀、坍落度保留值等試驗,記錄數(shù)據(jù)。每組配合比制作7 d、28 d、56 d三組抗壓試件及9個抗?jié)B試件( 6個做抗?jié)B試驗, 3個取芯切割后做電通量試驗)和一組抗裂性試件,試件終凝后小心拆去試模并置于相應條件下進行養(yǎng)護和觀察。
5 抗壓強度試驗
7 d、28 d、56 d齡期做抗壓強度試驗,最后數(shù)據(jù)見表2。
表2 試驗結果
6 抗?jié)B試驗
設計要求為P8,試配時按P10設計, 28 d齡期時將抗?jié)B試件取出做抗?jié)B試驗,最后數(shù)據(jù)見表2。
7 抗氯離子滲透試驗
56 d齡期到達時,將每組配合比的3個圓形抗?jié)B試件取出,放入混凝土抗?jié)B儀試模中并一同固定好,用<100鉆芯取樣機進行鉆芯,之后再用切割機切為厚度約50 mm的符合標準要求的圓形試件進行抗氯離子滲透試驗,取6 h平均電通量,數(shù)據(jù)見表2。
8 抗裂性試驗
用顯微鏡觀察試件表面,并記錄裂縫寬度,結果見表2。
從3組試驗結果看,基本上都達到了耐久性要求,但結合工地的施工情況,若采用0145水膠比,電通量指標不夠安全,再考慮到盡量節(jié)約成本,認為取0．43水膠比是比較適宜的。經(jīng)計算,混凝土總堿含量為1．83 kg/m3 (小于3 kg) ,氯離子總含量為膠凝材料總量的0．041% (小于0．10%) ,滿足客運專線的要求。
9 結論
配合比設計是確?；炷聊途眯宰铌P鍵的環(huán)節(jié)之一,尤其在隧道施工中,襯砌混凝土的質量將決定隧道的使用壽命。提出混凝土最大水膠比、最小膠凝材料用量限值,就是有效而可行的措施。摻加礦物摻和料和高品質的外加劑更成為配制耐久性混凝土的必要措施。在以往設計混凝土配合比時,是先按強度計算水灰比,如今按耐久性要求設計配合比時,首先是根據(jù)環(huán)境類別和作用等級,確定混凝土的水膠比和膠凝材料用量,在條件許可的情況下,盡量選用較低的水膠比,減少單方用水量和膠凝材料用量,有利于提高混凝土的密實性。另外,降低水膠比是發(fā)揮礦物摻和料對混凝土強度貢獻的重要條件。但過少的膠凝材料用量對混凝土的強度、耐久性和工作性能不利,因此膠凝材料用量應有最小限值。
由試驗結果看出,水膠比直接影響到混凝土的抗?jié)B性、抗氯離子滲透性等耐久性指標,而水膠比的控制則要依靠適當?shù)奶罴油饧觿┖头勖夯?同時,由于粉煤灰的價格遠低于水泥,摻加粉煤灰也更加經(jīng)濟;在混凝土中填加外加劑和摻和料,不但使混凝土品質得到了提高,而且一定程度上節(jié)約了成本。因此,適當?shù)哪z凝材料用量和水膠比將是配制耐久性混凝土的關鍵所在。
參考文獻:
[1 ] 鐵建設[2005 ]157號,鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規(guī)定[S].
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