高铁高性能混凝土设计与应用

贾建良1，2

（1.石家庄铁道大学，河北 石家庄 430325；2.中铁十八局，天津 300222）

摘 要：随着经济的发展和人们交通需求的日益旺盛，高铁的使用逐渐普及，高速铁路的质量问题也得到了人们的高度重视，高性能混凝土就是影响高铁质量的关键因素之一.本文在此背景下，分析了高性能混凝土的原材料设计，以期通过使用科学合理的原材料铸就高性能的混凝土.第二，本文还讨论了高性能混凝土的生产过程，并分析了在生产的各个环节中如何保证产品质量，提高产品性能.

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关键词 ：高铁施工；高性能混凝土；应用

中图分类号：U214.18文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）02-0058-02

高性能混凝土是一种采用新型高端制造技术打造出的一种质量国际领先的产品，各方面性能都高于普通混凝土.持久耐用、广泛适用、经济合理、性能稳定是其主要特征.高性能混凝土之所以具有上述特点，主要是因为其在产品配置上的独特性.它注重原材料质量、融入的水胶比低，还添加了足够多的矿物掺料和高性能的外加剂，共同保证了高性能混凝土的效用.

1 高性能混凝土原材料设计

1.1 高性能混凝土原材料比例分配

高性能混凝土的主要原材料包括水泥、矿物掺加料、外加剂、粗骨料、细骨料等.要想更好地发挥高性能混凝土的效能，在混凝土制作中要严格控制各种原材料的添加比例.高性能混凝土所选水泥必须为普硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，水泥中不能有超过8％的C3A，碱浓度要高于0.8%，氯离子不超过0.1%，细密度不能高于10%.像食物一样，它还有严格的保质期，按照要求，存放三天的水泥是最理想的.

1.1.1 高性能混凝土的主要特性

普通混凝土所能承受的压力小，因而使用范围狭窄，而高性能混凝土革新了这一不足.研发人员以持久耐用作为主要目标，制作过程中混凝土浆液流动性高，离析、泌水率低.用高性能混凝土浇筑成型的石块形状均匀、密度高、具有非常高的耐压性，承重能力明显优于普通混凝土，且使用寿命长，抵抗外部侵蚀的能力较强.

1.1.2 高性能混凝土的原材料选择

用来制作高性能混凝土的水泥之所以选用低碱硅酸盐水和低碱普通硅酸盐水，是因为这两种水泥具有非常稳定的品质，强度等级较低，原料中所含的C3A低于8%，这样能增强混凝土的抗腐蚀性.掺入混凝土中的矿物应选用优质粉煤灰或磨细了得矿渣粉，不能还有大块的杂志，会破坏混凝土的粘合性.粉煤灰的兑水量要小于100%，烧失量应控制在3%以内，所掺合量以每千克400-500平方米为准.掺合的细骨料选用坚硬无杂质的天然河沙，沙子的粗细度应为2.6-3.0，保证沙子中的含泥量不能高于2%，尽量剔除较大的泥块.粗骨料要选用碎度为10%的碎石，所选碎石的强度要与混凝土的预期强度持平，针片状石块不能超过5%，泥土含量不能超过0.5%，块状泥含量小于0.1%.选用的外加剂要具备减水率高、坍陷度小等性能，这样的添加剂对水泥、水、空气都有良好的适应性.搅拌混凝土所用的水也要符合饮用水标准，确保水中无杂质和沉淀物.

1.1.3 高性能混凝土的配合比参数的选择

在给高性能混凝土配料时要注意水胶比率、掺合矿物料的添加比率、粗骨料、细骨料的添加比率，这些比率虽然繁琐，但却影响着混凝土的整体性能，需要认真对待.这些原材料之间的配比相互影响、相互制约，例如要想混凝土更耐用，配料时就要尽可能降低水胶比；要想提高混凝土的流动性可以增加砂的使用量；要想提高混凝土的强度则可以减少粗骨料，多用细骨料.选择正确的原材料，确定正确的掺合比率，才会得到高效能的混凝土.下面大致列出了各个原材料之间的合理配比：

水胶比：从国内高性能混凝土的研发生产经验来看，和理的水胶比应控制在0.30-0.33之间.

浆集比：确定好水胶比后，为满足浆集比高性能混凝土的流动性大这一特点，需要适当增加胶凝材料用量.根据以往的成功的生产经验，每立方米的混凝土中胶凝物总量不能超过500千克.需要注意的是，胶凝物的使用也不能过少，太少会影响混凝土成品的性能，会引发混凝土断层、分裂，混凝土硬化后的抗腐蚀能力也会降低，减少混凝土的使用年限，因此，要确保高性能混凝土中胶凝材料的掺合量最少要达到每立方米300千克.

（3）矿物掺合料比例：在混凝土中添加矿物石料是为了提高混凝土的抗腐蚀性，减低混凝土应硬化、干缩而产生性能变化的可能性.所以，掺入优质粉煤灰和细矿渣粉来代替水泥是必不可少的.

（4）砂率：确定砂率时应考虑到砂的粗细程度、砂的精细级别等.单靠砂自身的细度参数往往不能完全反映出砂的性能，因此在确定砂率时还要仔细辨别砂粒组成情况：所选砂以细颗粒为主时可适当降低砂的使用量，防止过多的细颗粒物导致水泥浆不足，增大管道润滑层的摩擦；所选砂中细砂较少时要提高砂率，同时增加浆液的保水性，防止混凝土硬化后分裂.

1.2 高速铁路混凝土配料注意事项

高速铁路在大大提高了运行速度的同时，也给铁路修筑技术和建筑材料的选择带来了大大的挑战.其中对浇筑铁路路基的混凝土更是有着严格的质量要求.在配置高速铁路混凝土时需添加一种外加剂，这种耐用性高、性价比高的聚羧酸系列产品以其独特的性能优势得以广泛运用.使用该外加剂时需要注意混凝土中其他材料的含量：其中碱水率要大于20%，所含氯离子不得超过0.2%，硫酸钠含量、碱含量少于10%，空气低于3%.这些数字看似无关紧要，但在配置混凝土时一定要严格按照要求严格检测，以免配料失当带来的损失.

1.3 高速铁路混凝土生产注意事项

高速铁路施工前首先要实地考察，落实相应地段的路况、气候等情况.浇筑混凝土时，关键在于控制好坍落度，为此需要严格控制混凝土的制作过程.搅拌原材料前，需要测量出原材料的含水量，据此确定各材料的配比，务必确保所测量数据的准确性和材料配比的科学性.混凝土搅拌人员要有扎实的专业知识，每方混凝土要进行不少于两次的测量，保证前后数据的一致.工作人员要认真负责，不能敷衍了事，对各项数据及时测量、核对.混凝土搅拌时，为了使生产出的成品更耐用、各方面性能更好，一定要严格按照程序进行搅拌，保证各个原材料充分融合、保证外加剂充分发挥其化学性能，搅拌时间要充足.

2 高性能混凝土的生产与质量控制

2.1 原材料的计量

高性能混凝土优异性能，首先离不开对原材料的准确计量.可以说，原材料的配比是影响混凝土均与性、粘合性、耐压性等的关键环节.生产环节中原材料的测量结果误差要控制在一定范围中，尽可能使数据精确、科学.用于测量原材料的相关仪器在进行新一次测量时都应归零校准，减少误差.其中掺合粉煤灰和水泥、水、砂石之间有着严格配比，生产前应准确称量出各原材料所需分量.还应考虑骨料中的含水量和施工时的天气状况来调整混凝土搅拌中需加的水量.

2.2 搅拌

高性能混凝土的搅拌时间比普通混凝土长，且掺合的原材料之间不断发生化学反应，因此搅拌是否充分决定着生产出的混凝土的质量高低.搅拌前，可先加入相同配比的水泥浆空转几分钟之后倒掉，这样做是为了使搅拌桶湿润.然后加入细骨料、矿物材料、水泥等原材料搅拌30秒至原材料均匀混合.再加水和减水剂继续搅拌，搅拌时间不得少于两分钟.减水剂也可分次掺加，分别在搅拌时和混凝土运送到工地使用前掺加，这样做有利于较低坍落度，适用于混凝土需远距离运送的工程.

2.3 浇筑

从以往的施工经验可以看出，浇筑过程对混凝土的质量也有着重大影响.浇筑前，需要测定清楚工地的工作性能，确保其适合浇筑.输送混凝土的布料尽量对准浇筑点，以免二次移动破坏混凝土的粘合性，布料距离浇筑地面的高度不能超过1.5米，防止在下落过程中混凝土离析.铺料时最好采用人工铺，铺设的混凝土层要保持水平，分层厚度30厘米左右，方便振动棒将上下层振捣成整体.铺设时四周高于中间，要将边缘的粗骨料铲放到中间.浇筑过程要持续，避免中断，防止混凝土硬化后的混凝土的新混凝土不能粘合，浇筑前要先将路面、钢筋等浸湿，增强混凝土的凝固性.

2.4 振捣

搅拌好的混凝土中还含有许多空气，浇筑混凝土时，又因为其粘合性阻滞了空气的流动，接触了模板、钢筋和其它物体后，还会产生大大小小的孔洞.这就需要振捣来增加混凝土的密实度.振捣混凝土时要注意不能将粗集料分离出来，要将其均匀铺设在混凝土层中并捣实，避免产生蜂窝状的空隙.振捣时，震动棒垂直插入混凝土中，每一片混凝土都要捣实，震动间距不能过大.同时，也不能过度震动，防止破坏其它组件，见混凝土不在下沉、不冒气泡、表面平坦、泛浆即可.

2.5 拆模

混凝土浇筑成型硬化后即可拆模，在给混凝土拆模之前要确定浇筑的混凝土结构具备了足够强度，切不可过早拆模，这样会使混凝土表面被拆走的模拉散，棱角处也容易破损，一定要等混凝土充分硬化可承受一定外力时再拆卸.一般要求在混凝土强度达到2.5MPa时才可拆模，最好选择天气晴好、气温较高时拆，避免混凝土因温差大、收缩幅度大而产生裂缝.

2.6 养护

硬化成型后的混凝土还需要配合科学的养护工作，才能延长使用寿命.尤其是刚刚浇筑成型的混凝土，在其正式投入使用之前，还要渡过一段水化反应期，这段时间的合理养护是今后混凝土实现其耐用性、耐压性的关键所在.当混凝土表层干燥硬化，湿度降到75%一下时，水泥将停止水化，这会破坏混凝土的各项性能.因此，在水化反应期间，要将混凝土适当覆盖、定时浇水，尤其是天气炎热干燥时，防止混凝土出现裂缝.初期，白天可用草帘、麻袋盖住混凝土表面，每隔两小时就要浇一次水；夜晚，最少浇水两次.后期可适当减少.注意浇水养护在混凝土凝固后要立即开始.

3 总结

通过以上分析，我们了解了高性能混凝土的原材料设计方法，明白了只有保证原材料的优质和材料配比的科学性才能充分发挥高性能混凝土的独特性能.通过对高性能混凝土生产过程的解析，我们可以清楚知道了如何生产出高性能混凝土和如何在各环节保证混凝土质量.只有打造出高性能混凝土，才能为高铁的安全通行添一份保障.在今后的工作中，我们还要不断总结经验、发展创新，为高铁事业提供更多的技术支持.

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参考文献：

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