CCM復合摻合料混凝土在高鐵現澆梁中的應用

孫成銘，李保明

（中鐵十二局四公司,陜西 西安 710021）

1 引言

京滬高鐵全長1318公里，多為高架線路，預計2010年底投入運營，面臨著工期緊張、施工難度大、質量要求嚴的難題。經京滬高鐵總指揮部組織，中鐵十二局四公司以京滬高鐵四標段淮河特大橋為試驗工程，采用CCM摻合料進行了基于早期張拉的混凝土現澆梁試驗。該工程段位于安徽省蚌埠市龍子湖區境內，跨越既有京滬上行貨運線及蚌東聯絡線。設計采用一聯（32+48+32）m預應力混凝土連續梁，全長113.5m，箱梁采用單箱單室斜腹式截面，梁高3.25m，箱梁底寬5.4m，橋面寬12.0m，梁體采用三向預應力體系，梁部采用掛籃法懸臂澆筑施工。工程施工難度大，工期緊張，成為京滬高鐵四標段節點工程之一。

目前客運專線橋梁用高性能混凝土的礦物摻合料絕大部分為粉煤灰或磨細礦渣粉，其早期強度提升較慢，一般在混凝土灌筑5d左右達到設計的彈性模量和抗壓強度后進行初張拉，在現澆梁施工中對工期進度的影響很大。本研究采用北京樂宇英泰科技有限公司提供的CCM復合摻合料進行現澆梁施工，以物理方式提高混凝土早強，減少用水量，在滿足高速鐵路梁混凝土工作性能的前提下，顯著縮短了達到預張拉和初張拉的時間，實現了早期張拉，解決了現澆梁施工因混凝土早期強度低而延誤工期的難題。

2 主要研究內容

2.1 研究目標

以混凝土新配合比施工的現澆梁工程應滿足以下環境條件的要求：

（1）線路等級：高速鐵路；

（2）設計速度：設計最高運行速度350km/h；

（3）環境類別及作用等級：一般大氣條件下無防護措施的地面結構，環境類別為碳化環境，作用等級為T1、T2；

（4）設計使用年限：正常使用條件下梁體結構設計使用壽命100年；

（5）地震烈度：地震烈度為Ⅶ度、地震動峰值加速度0.1g。

2.2 配合比的確定

參照供貨方提供的經驗值，即CCM復合摻合料摻量占膠凝材料的20%，等量替代水泥膠凝材料，并根據實際情況對配合比進行調整，使混凝土配合比滿足梁體的技術條件。

2.3 主要技術指標

1）混凝土工作性能

混凝土拌合物應具有良好的工作性能，即具有良好的流動性和坍落度等，以保證混凝土拌合物易于在短時間內儲存、運輸并易于澆注和搗實，從而保證混凝土的施工質量，獲得均勻密實的內部結構。

2）混凝土耐久性

京滬高鐵梁的設計使用壽命為100年。混凝土抗凍性試件在凍融循環次數300次后，重量損失不應超過5%、相對動彈性模量不應低于60%；混凝土抗滲性試件的抗滲等級不應小于P20；混凝土抗氯離子滲透性試件的氯離子滲透電量不應大于1200C，當處于含氯鹽環境時，氯離子滲透電量不應大于1000C。

3）混凝土力學性能

混凝土強度等級應不低于設計強度，彈性模量不低于設計值。

3 新混凝土的拌制及試驗結果

在實驗室試驗的基礎上進行方案優選，確定施工用配合比，具體步驟如下：

3.1 原材料的選擇及技術性能

1）水泥選用海螺牌P·O42.5普通硅酸鹽水泥。

2）細骨料選用蚌埠池河（女珊瑚）中砂。

3）預應力混凝土粗骨料為堅硬耐久的碎石。

4）外加劑選用聚羧酸高性能減水劑

5）拌合用水符合現行國家《混凝土拌合用水標準》（JGJ63）的要求。

6）摻合料選用某公司提供的CCM復合摻合料，該摻合料含兩種以上礦物材料，其特性為低活性、超細，在混凝土中作用的主要機理在于依靠物理方法填充混凝土漿體內部孔隙，提高混凝土密實度；與其他摻合料相比，摻加這種超細摻合料后可顯著降低用水量，減少水泥用量，降低混凝土水化溫升，減少收縮，提高漿體硬化后的密實度和強度，保證混凝土硬化后具有良好的綜合性能。表1為實測的CCM復合摻合料技術性能參數。

表1 CCM復合摻合料技術性能

表2 現澆梁混凝土配合比

表3 混凝土拌合物性能

表4 混凝土耐久性參數

表5 混凝土強度及彈性模量參數

以上原材料中，除CCM復合摻合料外，其余各項原材料技術性能都應符合客運專線高性能混凝土暫行技術條件的規定。

3.2 預應力高性能混凝土配合比的確定

參照供貨方提供的經驗值，并根據實際情況進行調整，經過大量的實驗，確定混凝土的配合比如表2所示：

3.3 試驗結果及分析

3.3.1 混凝土拌合物性能

根據《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》測量混凝土拌合物性能，結果如表3所示。從表中可以看到混凝土拌合物無泌水，和易性良好，具有良好的攪拌和振搗效果，完全可以滿足從拌合、運輸到灌筑、振搗工序對混凝土工作性的要求。

3.3.2 混凝土耐久性指標

表4為按《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》標準進行的混凝土耐久性能試驗結果。從表中可以看到混凝土材料的抗凍性、抗裂性、抗滲性等參數均滿足標準規定的要求。

3.3.3 混凝土強度及彈性模量

表5為使用CCM復合摻合料時制作的混凝土標準試塊（150mm×150mm×150mm）在標準養護條件下的抗壓強度、彈性模量試驗數據。從表中可以看到，標養條件下，3d平均抗壓強度超過50MPa，彈性模量超過40GPa，標養28d抗壓強度不低于64MPa，28d彈性模量不低于43GPa。試驗結果表明，采用CCM復合摻合料的混凝土力學性能可以滿足高速鐵路橋梁的要求。

3.3.4 結果分析

新制已加CCM復合摻合料的混凝土與未加CCM復合摻合料的混凝土相比，其達到脫模強度的時間縮短了一半以上，我們在施工現場養護環境下，創造了2d達到30MPa（設計強度的60%）拆模強度、3d達到50MPa（設計強度的100%）的施工紀錄。混凝土早期強度的提升，為縮短預張拉、初張拉齡期、實現早期張拉創造了必要條件。

此外，由于CCM復合摻合料替代等量水泥的超細粉體在拌合物中有很好的分散效應和形貌效應，具有改善工作性、減少坍落度損失的作用，可保證混凝土梁外觀平滑、光潔、美觀。

4 結論

綜上所述，以CCM復合摻合料等量替代部分水泥所配制的新型混凝土，通過骨料-基材的牢固粘結和結構內部密實度的提高，有效地實現了用水量的降低和早期強度的提高；新型混凝土不僅工作性、耐久性，力學性能等各項指標均滿足高速鐵路混凝土梁的技術條件要求，而且具有理想的早強性能，為解決高速鐵路梁工程施工中因普通摻合料混凝土早期強度提升緩慢而延誤工期的難題提供了一種切實可行的途徑。