论文部分内容阅读
摘要：通过对高性能混凝土配合比的研究，在高寒地区工程施工中的应用中，就如何提高其耐久性和机械强度，实现良好的抗冻性能具有重要的现实意义社会意义。本文将结合哈大客专旅客通道工程施工中，针对高性能混凝土配合比可能出现的技术难点，进行三个阶段的分析，从试验室研究到生产工艺上的调整，以及施工动态性能测试和实践中，实现对高性能混凝土的合理配比，取得了良好了应用效果。
关键词：高寒地区 混凝土配合比 高性能研究 关键技术 应用
中图分类号：TU528文献标识码： A 文章编号：
在对国内外混凝土的发展研究上，高性能混凝土的应用前景十分广泛，特别是对于高寒地区，耐冻性和耐久性已经成为国际工程施工中普遍关注的问题。作为高寒地区混凝土施工工程，哈大客专旅客通道工程项目由于处于纬度较高的高寒地区，冬季降雪量大，平均温度在-10℃以下，最低气温达到-30℃，常规冻土深度在1.06m，由于气候条件的恶劣给混凝土施工带来了严峻挑战。为此，通过对高性能混凝土配合比的科学调整，从实验到现场试验进行全面的综合分析，并最终确定了严寒地区高性能混凝土最优施工配合比。
工程概述
哈大铁路客运专线是连接哈尔滨，贯穿东北三省，途径长春、沈阳到大连的重要客运线路，在哈大铁路各车站旅客通道施工中，正值寒冬季节，由于平均气温在-12℃，最低温度-26℃，且降雪较多。根据设计要求，对混凝土的施工和养护温度不得低于7℃。为此，在施工中采用暖棚法，利用通道所处地势较低，可有效利用两侧路基挡风，极大的减小外界风力的影响，同时，在通道外侧利用搭设脚手架，外部用苫布或彩条布包裹严密进行保暖。混凝土浇筑严格按照规程要求，从混凝土出罐温度、入模温度和入模含气量等方面，采用泵送、底落差、分层进行，整个工程施工中安排专人每间隔2h对暖棚內及混凝土内部温度进行测量并记录，取得了较好的工程施工效益。
在高寒条件下施工的关键技术与创新点
高寒地区的混凝土施工因环境气候条件恶劣，对工程施工带来了新的要求，为此，从施工的关键技术和创新点来看，主要体现在以下几个方面。
2.1 对高性能混凝土配合比的设定
为增强高寒地区对混凝土抗冻性、耐久性、高流动性、抗离析性、均匀性、稳定性、高抗渗能力等能力的要求，必须从混凝土的早期硬化上限制水化热，后期硬化减少收缩变形。
2.2 对混凝土配合比关键技术参数的确定
从抗寒性和耐久性等指标出发，对混凝土的配合比方面要求抗裂性、氯离子渗透电量要求不小于1500C，胶凝材料的抗蚀系数不得小于0.8，混凝土抗冻等级不小于F300，混凝土最大碱含量不大于3.0Kg/m3 , 混凝土最大氯离子含量不大于0.1%，最大水胶比0.50 。
2.3 对混凝土的强度等级及工作性能的要求
对混凝土的强度上要符合C35S8，坍落度160—200mm，半小时内坍落度损失不超过20mm，入模含气量不小于5.0%，凝结时间8—12h。对于施工中的关键控制点，如泵送、底落差等符合施工要求。
高寒地区高性能混凝土的配合比设计及试验过程
3.1配合比设计计算过程及试验数据分析
配制强度：Fcu,o≥(fcu,k+1.645δ)=35+1.645×5.0=43.2Mpa 取δ=5.0 Mpa
确定基准水胶比：水胶比控制在0.33-0.50，取基准水胶比0.38。
确定单位用水量：W=160 kg/m3
确定基准水泥用量：C=W/（W/B）=160/0.38=421 kg/m3
确定各胶凝材料用量，粉煤灰用量：FA=421×12%=51 kg/m3，其中粉煤灰取代基准水泥量的12%。矿粉用量：KF=421×18%=76 kg/m3，其中矿粉取代基准水泥量的18%。膨胀剂用量：PZ=421×8%=34 kg/m3，其中膨胀剂取代基准水泥量的8%。水泥用量：C=421-51-76-34=260kg/m3 。选取砂率取Sp=41%。假定容重：Mcp=2400 kg/m3 。计算砂、石用量S=（Mcp-W-C-FA- KF-Pz）×Sp=746 kg/m3G=（Mcp-W-C-FA- KF-Pz）×（1-Sp）=1073 kg/m3，其中石为二级掺配5-10mm为30%，10-25mm为70%，因此G小=1073×30%=322 kg/m3G大=1073×70%=751 kg/m3 。外加剂用量：M外=421×0.012=5.05 kg/m3 ，理论配合比计算C：FA：KF：Pz：G小：G大：S：W：M外=260：51：76：34：322：751：746：160：5.05，简约成下列比例=1:0.20:0.29:0.13:1.24:2.89:2.87:0.62:0.019。
3.2 混凝土配合比性能比较
根据以上计算要求，分别配制水胶比为0.38、0.40、0.36的三种比例的混凝土，对其进行电通量、含气量、混凝土3d、7d、28d、56d抗压强度进行检测。
3.3 结果分析
高性能混凝土水胶比与电通量试验结果对比中发现，水胶比越小电通量越小，而混凝土的电通量越小混凝土的耐久性越好，从水胶比与含气量对比中可知，水胶比越小含气量越大，从试验混凝土强度的对照曲线图中可以分析出，水胶比越小混凝土强度值越高，无论是早期强度还是最终强度都与水胶比成反比。从电通量与冻融重量损失对比图中来看，电通量值与混凝土冻融循环重量损失成正比。
综合以上各类条件可知，混凝土的耐久性与混凝土水胶比成反比，即水胶比越小耐久性越好；混凝土的抗冻性与混凝土的水胶比成正比，即抗冻性越好混凝土水胶比越小；混凝土的水胶比越小含气量越大，混凝土冻融损失越小，抗冻性能越好。
通过3次现场试验，从而最终解决了高性能混凝土耐久性和抗冻性，提高了混凝土的强度、耐久性、抗冻性。其配合比如下表所示。
总结
通过对已完成的旅客通道高性能混凝土检测结果及实施效果进行分析，采用水胶比为0.36的高强度混凝土配合比，能够在满足工期要求的条件下，实现对工程施工质量的提升，并在鞍山西站、辽阳站、海城站等工程中的得到了广泛应用，取得了良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1] 金璐 高海拔、高寒地区高性能混凝土配合比设计理论的研究[D]. 青海大学 2011
关键词：高寒地区 混凝土配合比 高性能研究 关键技术 应用
中图分类号：TU528文献标识码： A 文章编号：
在对国内外混凝土的发展研究上，高性能混凝土的应用前景十分广泛，特别是对于高寒地区，耐冻性和耐久性已经成为国际工程施工中普遍关注的问题。作为高寒地区混凝土施工工程，哈大客专旅客通道工程项目由于处于纬度较高的高寒地区，冬季降雪量大，平均温度在-10℃以下，最低气温达到-30℃，常规冻土深度在1.06m，由于气候条件的恶劣给混凝土施工带来了严峻挑战。为此，通过对高性能混凝土配合比的科学调整，从实验到现场试验进行全面的综合分析，并最终确定了严寒地区高性能混凝土最优施工配合比。
工程概述
哈大铁路客运专线是连接哈尔滨，贯穿东北三省，途径长春、沈阳到大连的重要客运线路，在哈大铁路各车站旅客通道施工中，正值寒冬季节，由于平均气温在-12℃，最低温度-26℃，且降雪较多。根据设计要求，对混凝土的施工和养护温度不得低于7℃。为此，在施工中采用暖棚法，利用通道所处地势较低，可有效利用两侧路基挡风，极大的减小外界风力的影响，同时，在通道外侧利用搭设脚手架，外部用苫布或彩条布包裹严密进行保暖。混凝土浇筑严格按照规程要求，从混凝土出罐温度、入模温度和入模含气量等方面，采用泵送、底落差、分层进行，整个工程施工中安排专人每间隔2h对暖棚內及混凝土内部温度进行测量并记录，取得了较好的工程施工效益。
在高寒条件下施工的关键技术与创新点
高寒地区的混凝土施工因环境气候条件恶劣，对工程施工带来了新的要求，为此，从施工的关键技术和创新点来看，主要体现在以下几个方面。
2.1 对高性能混凝土配合比的设定
为增强高寒地区对混凝土抗冻性、耐久性、高流动性、抗离析性、均匀性、稳定性、高抗渗能力等能力的要求，必须从混凝土的早期硬化上限制水化热，后期硬化减少收缩变形。
2.2 对混凝土配合比关键技术参数的确定
从抗寒性和耐久性等指标出发，对混凝土的配合比方面要求抗裂性、氯离子渗透电量要求不小于1500C，胶凝材料的抗蚀系数不得小于0.8，混凝土抗冻等级不小于F300，混凝土最大碱含量不大于3.0Kg/m3 , 混凝土最大氯离子含量不大于0.1%，最大水胶比0.50 。
2.3 对混凝土的强度等级及工作性能的要求
对混凝土的强度上要符合C35S8，坍落度160—200mm，半小时内坍落度损失不超过20mm，入模含气量不小于5.0%，凝结时间8—12h。对于施工中的关键控制点，如泵送、底落差等符合施工要求。
高寒地区高性能混凝土的配合比设计及试验过程
3.1配合比设计计算过程及试验数据分析
配制强度：Fcu,o≥(fcu,k+1.645δ)=35+1.645×5.0=43.2Mpa 取δ=5.0 Mpa
确定基准水胶比：水胶比控制在0.33-0.50，取基准水胶比0.38。
确定单位用水量：W=160 kg/m3
确定基准水泥用量：C=W/（W/B）=160/0.38=421 kg/m3
确定各胶凝材料用量，粉煤灰用量：FA=421×12%=51 kg/m3，其中粉煤灰取代基准水泥量的12%。矿粉用量：KF=421×18%=76 kg/m3，其中矿粉取代基准水泥量的18%。膨胀剂用量：PZ=421×8%=34 kg/m3，其中膨胀剂取代基准水泥量的8%。水泥用量：C=421-51-76-34=260kg/m3 。选取砂率取Sp=41%。假定容重：Mcp=2400 kg/m3 。计算砂、石用量S=（Mcp-W-C-FA- KF-Pz）×Sp=746 kg/m3G=（Mcp-W-C-FA- KF-Pz）×（1-Sp）=1073 kg/m3，其中石为二级掺配5-10mm为30%，10-25mm为70%，因此G小=1073×30%=322 kg/m3G大=1073×70%=751 kg/m3 。外加剂用量：M外=421×0.012=5.05 kg/m3 ，理论配合比计算C：FA：KF：Pz：G小：G大：S：W：M外=260：51：76：34：322：751：746：160：5.05，简约成下列比例=1:0.20:0.29:0.13:1.24:2.89:2.87:0.62:0.019。
3.2 混凝土配合比性能比较
根据以上计算要求，分别配制水胶比为0.38、0.40、0.36的三种比例的混凝土，对其进行电通量、含气量、混凝土3d、7d、28d、56d抗压强度进行检测。
3.3 结果分析
高性能混凝土水胶比与电通量试验结果对比中发现，水胶比越小电通量越小，而混凝土的电通量越小混凝土的耐久性越好，从水胶比与含气量对比中可知，水胶比越小含气量越大，从试验混凝土强度的对照曲线图中可以分析出，水胶比越小混凝土强度值越高，无论是早期强度还是最终强度都与水胶比成反比。从电通量与冻融重量损失对比图中来看，电通量值与混凝土冻融循环重量损失成正比。
综合以上各类条件可知，混凝土的耐久性与混凝土水胶比成反比，即水胶比越小耐久性越好；混凝土的抗冻性与混凝土的水胶比成正比，即抗冻性越好混凝土水胶比越小；混凝土的水胶比越小含气量越大，混凝土冻融损失越小，抗冻性能越好。
通过3次现场试验，从而最终解决了高性能混凝土耐久性和抗冻性，提高了混凝土的强度、耐久性、抗冻性。其配合比如下表所示。
总结
通过对已完成的旅客通道高性能混凝土检测结果及实施效果进行分析，采用水胶比为0.36的高强度混凝土配合比，能够在满足工期要求的条件下，实现对工程施工质量的提升，并在鞍山西站、辽阳站、海城站等工程中的得到了广泛应用，取得了良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1] 金璐 高海拔、高寒地区高性能混凝土配合比设计理论的研究[D]. 青海大学 2011