高速铁路桥梁高性能混凝土配合比设计论文

摘要：桥梁的混凝土配合比设计对高速铁路的建设十分重要，也非常必要。这是影响到铁路建设安全的重要举措和施工技术。因此，其配合比设计方法和设计技术是至关重要的一环，有关单位要加强其相关的设计技能。

前言

高速铁路现在已经逐渐成为我国重要的交通方式之一，高速铁路中的桥梁高性能混凝土配合比设计则是铁路建设中重要的一部分。铁路施工涉及到诸多技术的应用，其中最为重要的便是桥梁的混凝土配合比设计，关乎到铁路的施工质量和列车日后行驶的安全程度，所以我国加大了相关技术的研究，并加以应用，使铁路建设可以朝着安全，科学的方向前进，为我国的铁路建设做出一定的贡献。

1桥梁配合比对混凝土耐久性的影响 1.1水胶比

水胶比是混凝土配合比当中很重要的一个比率。水胶比过大，可能会引起混凝土拌合物粘聚性和保水性不良，当水胶比超过某一极限时，混凝土拌合物将产生严重的泌水、离析现象，大大减少了混凝土实际有效断面，桥梁而且可能在孔隙周围产生应力集中，使混凝土结构很容易发生损坏，会严重影响混凝土的耐久性；桥梁水胶比过小，桥梁水泥不能完全水化，桥梁有相当一部分未水化水泥将残留在混凝土中，桥梁滞后水化。即当硬化的混凝土渗入水分时，桥梁将继续水化，后期水化产物得不到可供扩展膨胀体积的空间，桥梁产生混凝土

膨胀裂纹，桥梁影响混凝土耐久性。而且在施工振捣条件下，桥梁拌合物过于干涩，桥梁混凝土不能被振捣密实，会影响到混凝土最终的耐久性。

1.2桥梁水泥用量

水泥用量要符合规范规定的用量。水泥浆用量较少时，桥梁将会导致混凝土、砂浆粘聚性差，桥梁施工时易出现离析，桥梁硬化后混凝土强度低，桥梁从而使耐久性下降；桥梁若水泥浆用量过多，桥梁则会导致混凝土或砂浆硬化后收缩增大，桥梁由此引起干缩裂缝增多，桥梁水泥石结构疏松、耐侵蚀性较差。

1.3桥梁砂率

砂率是指细集料质量占全部集料（砂、石）总质量的百分率。由细集料与水泥组成的水泥砂浆在混凝土拌合物中起着润滑的作用，它可降低粗集料颗粒之间的摩擦阻力，有助于混凝土拌合物的流动性。因此，砂率在制作混凝土中有着重要的作用。过小的砂率将使水泥砂浆的数量不足，会严重影响粘聚性和保水性；过大砂率会降低混凝土粗集料的填充效果，桥梁不利于混凝土强度的形成和发展。

1.4桥梁外加剂掺用量

外加剂使用与水泥的相容性以及不同品种间的匹配性有关联，桥梁外加剂的掺量应通过试验来确定，否则会给混凝土带来副作用，影响其耐久性。

2用于混凝土的原材料

（1）砂：中粗河砂，主要性能指标详见表1。

碱活性检测方法是快速砂浆棒法，试验结果得到其膨胀率是0.09%。

（2）石：碎石，两级配，5～10mm和10～20mm，主要性能指标详见表2。

碎石的抗压强度127MPa，连续级配，大于混凝土设计强度等级C50的2倍，碱活性检测方法是快速砂浆棒法，试验结果得到其膨胀率是0.04%。所用石子是两种级配，两者之间就存在一个最佳比例关系，此时石子的堆积密度值应该是最大值，图1就是细石5～10mm占石子总量的百分比与石子堆积密度的关系图。

由图1可以看出，当细石占石子总用量的35%时，石子紧密堆积密度1630kg/m3。

（3）水泥：P.O42.5，低碱，主要性能指标详见表3。 （4）粉煤灰Ⅰ级，主要性能指标详见表4。

（5）外加剂：聚羧酸高性能减水剂，性能指标见表5。 3配合比设计

3.1确定试配强度（fcu，0）

根据《JGJ55―2011普通混凝土配合比设计规程》，混凝土试配强度采用下式确定：

fcu，0≥fcu，k+1.645σ=50+1.645×6.0=59.9（MPa） 式中：fcu，0-混凝土配制强度（MPa）； fcu，k-混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）； σ-混凝土强度标准差（取6.0MPa）。

3.2计算水胶比W/（C+f+k）

根据铁建设[2007]140号《关于发布<铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定>等两项铁路工程建设标准局部修订条文的通知》表6.3.4—1要求，设计使用年限100年碳化侵蚀环境T2等级时，最低混凝土强度等级C35，最大水胶比为0.50，最小胶凝材料为300kg/m3，取水胶比0.30。

3.3计算1m3混凝土各项材料用量

（1）取每立方混凝土中胶凝材料用量为490kg，外加剂结合经验，掺量为1.0%，即4.9kg，混凝土中粉煤灰掺量为胶凝材料总量的18%，则粉煤灰在混凝土中用量为88.2kg，混凝土中矿渣粉掺量为胶凝材料总量的12%，则矿渣粉在混凝土中用量为58.8kg，水泥用量为343kg。

（2）砂率（βs） 砂率取βs =39%

（3）粗骨料河细骨料用量的确定，应符合下列规定： 采用重量法应按下列公式计算： mc0+mg0+ms0+mw0=mcp „„„① βs= „„„②

式中：mc0—每立方米混凝土的胶凝材料用量（kg）； mg0—每立方米混凝土的粗骨料用量（kg）； ms0—每立方米混凝土的细骨料用量（kg）； mw0—每立方米混凝土的用水量（kg）； βs—砂率（%）；

mcp—每立方米混凝土拌合物的假定用量（kg），其值可取2350～2450kg。

设每立方米混凝土拌合物的假定重量为2400kg。 将①、②式合并化简即可得：

ms0=[2400-（343+88.2+58.8+147+4.9）]×39%=686（kg） mg0=2400-343-88.2-58.8-686-147-4.9=1072（kg） （4）试配用理论配合比为：

C：F：KF：S：G：W：WJ=1：0.257：0.171：2.000：3.125：0.429：0.0143

3.4试配、调整及强度检验

根据经验选定的配合比进行试配，坍落度、粘聚性和饱水性均满足要求。以此配合比作为混凝土强度试验用的基准配合比。根据经验将水胶比按基准配合比相应增加和减少0.02，用水量不变，那么下调0.02水胶比后胶材用量为147kg÷（0.30-0.02）=525kg>500kg，直接舍弃；上调0.02水胶比后胶材用量为147÷（0.30+0.02）=459kg。制作水胶比分别为0.30、0.32的两个不同配合比的混凝土强度试验试件。

（1）计算两个不同配合混凝土每立方米材料的用量 （2）试拌36L混凝土拌合情况 （3）两组配合比抗压强度试验结果 （4）两组配合比弹性模量试验结果 3.5配合比的调整与确定

根据两种配合比试拌的拌合物性能指标及2d、3d、10d、28d抗压强度试验结果，基准配合比的各项性能指标能够满足设计要求，初步确定为施工用理论配合比。

3.6混凝土拌合物性能及耐久性指标 4在桥梁中的应用

此混凝土应用于改建工程中的预制后张箱梁，共400多榀，每片梁用混凝土约310m3，在施工过程中，灌筑顺利，过程流畅，每榀梁的灌筑时间5.5～6h。拆模后，梁体外观平整光滑，颜色均匀一致，无施工缝，无蜂窝麻面，无泌水。只有上翼缘板局部有时出现一些小气泡和水纹现象。在生产过程中，混凝土原材料的质量波动是正常现象，虽然各项指标都在合格范围之内波动，但还是会对混凝土的性能产生一定的影响，主要是混凝土的施工性能受影响比较大，还有施工环境的温湿度变化也较大程度影响混凝土施工性能，这就要求及时对混凝土的施工配合比进行细微调整，确保混凝土的外观和内在质量。在混凝土生产控制过程中，试验室充分、及时把握原材料的各项试验检验数据以及搅拌站的实际情况，加强施工配合比的动态管理，使得混凝土的质量真正做到了“内实外美”。在实际生产过程中，质量变化比较大而且比较频繁的是水泥的比表面积、水泥的石膏质量和水泥的C3A含量，任何一个指标的变动都要影响到混凝土的施工性能，这时就适当调整混凝土外加剂中的复配成分，同时对混凝土配合比进行微调。当坍落度损失快时，可以适当增加粉煤灰对水泥的替代率。

5结语

总而言之，桥梁的混凝土配合比设计对高速铁路的建设十分重要，也非常必要。这是影响到铁路建设安全的重要举措和施工技术。因此，其配合比设计方法和设计技术是至关重要的一环，有关单位要加强其相关的设计技能。

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