鐵路高性能混凝土施工技術(shù)研究

摘 要：當(dāng)前一些鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高、技術(shù)要求高、質(zhì)量目標(biāo)高，特別是對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的抗碳化銹蝕、抗氯鹽銹蝕、抗凍融破壞、抗裂性、抗堿—骨料反應(yīng)、抗化學(xué)侵蝕、抗磨蝕等長(zhǎng)期性能的指標(biāo)和控制、檢測(cè)要求進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定，本文基于筆者近年從事鐵路施工的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，客運(yùn)高速鐵路專(zhuān)線高性能混凝土質(zhì)量控制為研究對(duì)象，分析了配合比設(shè)計(jì)，質(zhì)量管理與施工控制的要點(diǎn)等一系列問(wèn)題，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價(jià)值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土施工質(zhì)量質(zhì)量控制客運(yùn)專(zhuān)線

中圖分類(lèi)號(hào)：TB21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X(2011)05(a)-0085-02

由于當(dāng)前一些鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高、技術(shù)要求高、質(zhì)量目標(biāo)高，特別是對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的抗碳化銹蝕、抗氯鹽銹蝕、抗凍融破壞、抗裂性、抗堿—骨料反應(yīng)、抗化學(xué)侵蝕、抗磨蝕等長(zhǎng)期性能的指標(biāo)和控制、檢測(cè)要求進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定。在“鐵建設(shè)[2005]160”《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)工程施工質(zhì)量的定義是:“包括其在安全、使用功能及其耐久性能、環(huán)境保護(hù)等方面的特征總和”，由此可見(jiàn)，高性能混凝土是客運(yùn)專(zhuān)線材料發(fā)展的必然趨勢(shì)。但是，施工過(guò)程中的管理環(huán)節(jié)多、影響因素多，配合比設(shè)計(jì)不合理、管理不到位等任一因素的影響都將導(dǎo)致由于混凝土性能不能滿(mǎn)足而達(dá)不到某些鐵路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求。

1 高性能混凝土定義及特性

中國(guó)工程院吳中偉院士將高性能混凝土定義為:是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，是以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，針對(duì)不同用途的要求，對(duì)下列性能有重點(diǎn)地加以保證:耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。其典型特征包括易于澆筑、密實(shí)而不離析、高長(zhǎng)期力學(xué)性能、高早強(qiáng)、高韌性、體積穩(wěn)定、嚴(yán)酷環(huán)境中使用壽命長(zhǎng)等耐久性能。傳統(tǒng)的單一高強(qiáng)化的混凝土理念已不能滿(mǎn)足需要，高性能混凝土逐漸成為合理的、科學(xué)的發(fā)展路線。

對(duì)于高速鐵路或客運(yùn)專(zhuān)線鐵路，高性能混凝土主要具備如下性能:

(1)高性能混凝土必須具有一定的強(qiáng)度和高抗?jié)B能力。強(qiáng)度指標(biāo)不一定是具有高強(qiáng)度，只是要求滿(mǎn)足特定需求，《高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》中將高性能混凝土強(qiáng)度規(guī)定為滿(mǎn)足混凝土結(jié)構(gòu)耐久性要求的最低強(qiáng)度。(2)高性能混凝土的使用壽命長(zhǎng)。在我國(guó)中長(zhǎng)期鐵路發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃及設(shè)計(jì)規(guī)范將高速鐵路設(shè)計(jì)使用年限分成3個(gè)級(jí)別，客運(yùn)專(zhuān)線一般要求混凝土結(jié)構(gòu)安全使用年限為50年～100年，這是常規(guī)混凝土很難達(dá)到的。(3)具有良好的工作性。高工作性是高性能混凝土必須具備的首要條件，即高流動(dòng)性、高抗分離性、高間隙通過(guò)性、高填充性、高密實(shí)性、高穩(wěn)定性。(4)在凝結(jié)硬化過(guò)程中和硬化后的體積穩(wěn)定性，水化熱低，不產(chǎn)生微細(xì)裂縫，徐變小，硬化后期收縮變形小。

2 配合比設(shè)計(jì)研究

高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)與普通混凝土相比，有相似之處，也有不同點(diǎn)。主要不同在于:

(1)對(duì)原材料的品質(zhì)要求不同。由于混凝土耐久性的需要，高性能混凝土在與耐久性相適應(yīng)的原材料品質(zhì)比普通混凝土有所提高。(2)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的取值不同。普通混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度主要為了滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)的需求，而高性能混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度尚需滿(mǎn)足環(huán)境效應(yīng)下混凝土耐久性設(shè)計(jì)強(qiáng)度的需求。(3)高性能混凝土增加了抗裂性對(duì)比試驗(yàn)要求。高性能混凝土要求進(jìn)行配合比間的抗裂性能對(duì)比試驗(yàn)，以選擇在標(biāo)準(zhǔn)條件下抗裂性能相對(duì)較好的配合比用于施工。(4)高性能混凝土增加了在各種環(huán)境作用下耐久性的要求。處于不同環(huán)境的高性能混凝土分別有抗?jié)B性、抗氯離子滲透性、抗凍性、耐蝕性和耐磨性等要求，配合比試驗(yàn)時(shí)除拌和物性能和力學(xué)性能外，尚需對(duì)其中的一種或多種(根據(jù)設(shè)計(jì)要求)進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。(5)配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)周期不同。由于有耐久性要求，高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)周期往往要比普通混凝土長(zhǎng)1～2個(gè)月。

3 材料特點(diǎn)及控制重點(diǎn)研究

高性能混凝土在普通混凝土基礎(chǔ)上發(fā)展，添加化學(xué)外加劑和礦物摻合料而達(dá)到特定性能需求，所以其原材料的指標(biāo)要求特點(diǎn)主要體現(xiàn)在:不但對(duì)水泥、粗細(xì)骨料、水等常規(guī)材料、常規(guī)指標(biāo)提出很高的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)化學(xué)外加劑、礦物摻合料使用和指標(biāo)提出更加嚴(yán)格的規(guī)定，總體是要求更全面、更具體、更詳細(xì)。外加劑及礦物摻合料在高性能混凝土中具有相當(dāng)重要的作用，其材料選擇、質(zhì)量控制及配合比設(shè)計(jì)等是施工管理的重中之重。

高性能混凝土對(duì)原材料的要求為:

(1)水泥:水泥的流變性比強(qiáng)度更重要，要求與外加劑相容性好。主要技術(shù)指標(biāo)包含:比表面積、80μm方孔篩篩余、游離氧化鈣含量、堿含量、熟料中的C3A含量、氯離子含量。(2)細(xì)骨料:細(xì)骨料主要指標(biāo)包含:顆粒級(jí)配、細(xì)度模數(shù)、堅(jiān)固性、吸水率、有害物質(zhì)含量(含泥量、泥塊含量、云母、輕物質(zhì)、有機(jī)物、硫化物及硫酸鹽等)、堿活性、人工砂或混合砂的壓碎指標(biāo)。(3)粗骨料主要指標(biāo)包含:最大粒徑、級(jí)配、吸水率、巖石抗壓強(qiáng)度或壓碎指標(biāo)、堅(jiān)固性、有害物質(zhì)含量。(4)拌和用水主要技術(shù)指標(biāo)包含:pH值、不溶物、氯離子含量、硫酸鹽含量、堿含量。(5)化學(xué)外加劑:外加劑具有高度分散水泥顆粒、消除絮凝結(jié)構(gòu)的作用，也使混凝土的水膠比突破理論水膠比成為現(xiàn)實(shí)，甚至能大大低于理論水膠比而不必?fù)?dān)心工作性不良。(6)摻合料:礦物摻合料選用品質(zhì)穩(wěn)定的產(chǎn)品，根據(jù)工程環(huán)境及經(jīng)濟(jì)條件選擇粉煤灰、磨細(xì)粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉或硅灰等。

4 質(zhì)量控制方法研究

高性能混凝土質(zhì)量管理和施工控制分成3個(gè)階段:配合比控制、生產(chǎn)控制、驗(yàn)收控制，客運(yùn)專(zhuān)線具體控制程序及控制重點(diǎn)包含如下。

(1)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行和貫徹:包含規(guī)范及設(shè)計(jì)文件的研究、學(xué)習(xí)、培訓(xùn)，編制高性能混凝土實(shí)施大綱。(2)原材料控制:原材料比較、優(yōu)選、試驗(yàn)檢驗(yàn)、儲(chǔ)存、材料及堆放場(chǎng)地管理、使用。(3)配合比控制:施工配制強(qiáng)度、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ值計(jì)算，摻合料、外加劑用量、膠凝材料總量、水膠比、砂率選定，初選配合比，試配，調(diào)整基準(zhǔn)配合比，選定理論配合比。(4)混凝土生產(chǎn):機(jī)具選型及配置、布置，試拌，原材料檢驗(yàn)及施工配合比調(diào)整，配料、計(jì)量，攪拌，拌合物出站檢驗(yàn)及運(yùn)輸組織。(5)混凝土澆筑施工:施工組織及方案確定，澆筑順序確定，泵送或輸送、吊運(yùn)、直接或溜放入模方式選定，施工工藝試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，分次或分層厚度、施工、搗固工藝確定，升溫、降溫防裂措施，標(biāo)養(yǎng)及同條件養(yǎng)護(hù)試件制作，接縫及表面處理等。(6)混凝土養(yǎng)護(hù):養(yǎng)護(hù)時(shí)限，養(yǎng)護(hù)方式，環(huán)境及溫度監(jiān)控，環(huán)境劇變的措施。(7)混凝土拆模:拆模、拆架時(shí)間控制、順序，強(qiáng)度、彈性模量監(jiān)控，徐變、上拱變形觀測(cè)和分析。(8)建設(shè)期內(nèi)缺陷修復(fù):包括結(jié)構(gòu)物的缺陷及變形監(jiān)測(cè)、監(jiān)控，缺陷成因分析及修復(fù)。(9)高性能混凝土檢驗(yàn)及驗(yàn)收和后期管理:包含強(qiáng)度及彈模檢驗(yàn)、外觀檢驗(yàn)、無(wú)損檢測(cè)、滲透性檢測(cè)，實(shí)體抽芯片檢查耐久性、抗凍性等指標(biāo)，結(jié)構(gòu)工程的總體評(píng)定;結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、監(jiān)控。

高性能混凝土施工管理重點(diǎn)及質(zhì)量控制要素、程序見(jiàn)圖1。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)上述項(xiàng)目的具體控制方法、指標(biāo)在此未予詳述，這些控制指標(biāo)、控制方法、控制內(nèi)容、施工操作工藝等在客運(yùn)專(zhuān)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)收規(guī)范、施工指南等規(guī)范性、標(biāo)準(zhǔn)化文件中已有全面、詳細(xì)的要求。本文在此僅列出高性能混凝土施工管理及控制重點(diǎn)、項(xiàng)目?jī)?nèi)容、關(guān)鍵控制指標(biāo)，著重于介紹高性能混凝土施工技術(shù)上和管理上的特殊性。

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