1、C50 级高性能混凝土的配制及试验研究李培安中铁二十局中心试验室 咸阳 712000摘要：本文介绍了 C50 高性能混凝土的配制、试验研究、原材料的选择、外加剂对比试验以及该混凝土配合比在秦沈客运专线 24m 箱梁上的应用。关健词 ：高性能混凝土、配制、外加剂、耐久性。1、概述秦沈客运专线是秦皇岛至沈阳，全长 406.64km，客运专线双线间距 4.6m，设计时速 160kmh，设计荷载为 JK标准荷载，全线桥梁较多，其中我局承担的锦州段 178榀 24m箱形预应力混凝土梁的制架任务。客运专线采用箱形梁，在我国铁路建设上尚属首次，其制造工艺技术含量高，难度大，工序复杂，在国内无任何制造经验可取
2、，而梁体混凝土又是箱梁制造的关键。为此，我们对箱梁 C50级高性能混凝土的配制进行了试验研究，并经秦沈 24m箱梁应用取得了良好的效果。2、原材料根据当地原材料质量、供应能力和秦沈客运专线预制后张法预应力混凝土简支梁技术条件要求；优选了以下几种原材料进行 C50级混凝土的配制。2.1 水泥选用质量稳定，活性较高的河北冀东水泥股分公司生产的低碱普通硅酸盐525R水泥，水泥出厂碱含量均控制在 0.6%以内，其物理力学性能见表 1水泥物理力学性能 表 1凝结时间 强 度 （MPa）抗 折 抗 压项 目细度标准稠度用水量初 凝 终 凝3 天 28 天 3 天 28 天安 定 性标 准10 45min
3、10h 5.0 7.0 26.0 52.5必须合格实测值31 258 2h18min 3h45min 78 96 445 643合 格22 粗、细骨料2.2.1 砂：通过试验选用级配良好的锦州市四方台砂厂的中、粗砂，碱活性试验为碱硅酸活性骨料,其它技术指标见表砂技术指标 表 2细度模数 含 泥 量 （） 泥 块 含 量 （）31 17 012.2.2 石子：通过试验选用质地坚硬，表面粗糙，级配良好的锦州太平石料厂的520mm 石灰岩碎石，母材抗压强度大于 110MPa，碱活性试验为碱硅酸活性，其它技术指标见表 3石子技术指标 表 3颗粒 级配（mm） 含泥量（）泥块含量（）针片状（） 压碎值（
4、）520 06 02 61 7823 加外剂选择通过市场调研及初步试验选定了四种高性能外加剂,其品种与基本性能见表 4加外剂品种与性能 表 4名 称 掺 量 减 水 率 （）FDN 08 22NJ5 09 21SP420 08 20ST 泵 送剂 10 19在初步试验基础上，采用四种外加剂，在原材料相同和等坍落度条件下进行对比试验，其结果列于表 5外加剂对比试验强度值 表 5抗 压 强 度 (MPa)编号外加剂品 种用水量/m 3外加剂掺量(/m 3)坍落度(mm) 3 天 7 天 28 天1 FDN 148 3.74 210 41.2 58.7 64.72 NJ5 148 4.21 205
5、34.5 52.1 65.23 SP420 155 3.74 205 37.2 54.3 61.04ST 泵送剂154 4.68 210 33.8 50.8 60.5从试验得出 1#、3 所配制混凝土早期强度高；2 后期强度增长大，但配制混凝土过粘；4 配制的混凝土流动性差；因此，工地选择了 FDN和 SP420两种外加剂作备用。3、主要仪器及相关技术要求31 主要试验仪器设备搅拌机：HJB30 型混凝土搅拌机；天 平：500g 、0.05g；32 相关技术要求搅拌时间：160s210s；养护条件：标准养护（温度 203、湿度90） ；4、配合比混凝土配合比设计一般是通过计算和试配调整后确定。
6、41 配制强度C50级混凝土配合比设计依据 JGJT5596普通混凝土配合比设计规程和 TB1021097铁路混凝土与砌体工程施工及验收规范 、TB1042594铁路混凝土强度检验评定标准要求进行。由于工程应用时的生产条件与试验室条件存在着差异，而试验条件对高强混凝土的强度影响又特别敏感。因此，在配制中充分考虑上述因素，按选定的原材料配制了 40组 C50级混凝土，其 28天平均强度为64.5MPa。留有比较强的富余量以弥补生产施工条件不同所产生的影响。42 水胶比与坍落度为保证混凝土施工的可行性，考虑坍落度损失情况和施工工艺要求，混凝土出机坍落度需挖制在 200mm左右。经试验水胶比应控制在
7、 0.320.36 之间，胶凝材料总量不超过 480kg/m3。43 砂率高强混凝土常用砂率在 2832之间，但从泵送混凝土角度考虑，砂率过小，导致流变参数 下降，对可泵性不利。工程试验证明，砂率大于 38对混凝土泵送有利；在一般情况下砂率的变化对混凝土强度无明显影响，较大砂率有利于减少粗集料界面氢氧化钙聚集，提高混凝土强度和稳定性。经试验砂率应控制在3845之间。44 混凝土碱含量控制根据秦沈客运专线技术要求，对使用活性骨料的混凝土应控制混凝土总碱含量或采取相应的措施。针对锦州地区的原材料均为潜在活性骨料，我们采用了掺粉煤灰、硅灰、低碱水泥等三种技术途径。经试验分析比较，采用低碱水泥、低碱外
8、加剂控制混凝土总碱量这一技术途径最经济；经试验所选配合比混凝土总碱含量均小于 3kg/m3,满足技术要求。通过试验确定了 C50级混凝土适宜的材料组成和配合比参数范围：水泥440480kg/m 3,砂率 3845，水胶比 0.320.36，外加剂掺量为胶凝材料的0.71.0%。5、混凝土性能试验研究51 混凝土拌合物性能研制的 C50级高性能泵送混凝土拌合物具有如下性能指标：坍落度大、不离析、不泌水、和易性好；坍落度：180220mm；扩展度：550600mm；表观密度：24002470kg/m 3;含气量：0.571.0；坍落度损失：60min 最大值为 15mm；初凝时间：3h10min;
9、 终凝时间：4h30min;52 混凝土力学性能521 抗压强度按现行标准规定，在配合比确定之后对高强混凝土应进行强度复验，主要考虑不同批材料、外加剂质量的波动对强度的影响，以及试验误差的影响的敏感性等原因。所以，我们又进行了 4次共 12组的强度复验，结果列于表 6混凝土抗压强度 表 628 天强度(MPa)水胶比砂率(%)坍落度(mm) n mfcu,28 fcu,max fcu,min (%)0.320.34 42 180200 12 65.6 70.1 59.8 3.47重复试验结果表明，4 次复试共制作 12组试件，其 28天平均强度为65.6MPa，可以说对配制 C50级混凝土有足
10、够的强度富余量。此外，复验强度平均值与确定配合比时平均强度 64.5MPa很接近，并略有提高，表明强度的复验性很好。522 轴心抗压强度与弹性模量混凝土轴心抗压强度与静力弹性模量的试件均采用 100100300棱柱体试验，其轴心抗压强度均采以 0.95系数（GBJ8185 标准规定） ，试验结果列于表 7轴心抗压强度与弹性模量 表 728 天抗压强度(MPa) 轴心抗 压强度(MPa) 弹性模量(110 4MPa)试 件组 平均 总平均 组平均 总平均 组平均 总平均T3 63.5 52.1 4.89T4 63.8 52.8 4.85T5 64.163.850.751.94.734.82平均轴
11、压比值 51.963.80.813试验结果表明,轴压比值比普通等级混凝土的轴压比值略有偏高。静力弹性模量值比规范统计公式计算结果偏高，这主要是配合比设计时，提高了弹性模量值，以增加结构的刚度，采取了一些措施：（1）控制混凝土单方材料用量中的细粉总量不超过 480；（2）在满足混凝土工作性的前提下，取较低砂率值，效果比较显着。53 混凝土长期性及耐久性能531 收缩性能混凝土的干燥收缩试件用 100100515标准试件，按 GBJ82-85标准条件下养护及检测，结果列于表 8干燥收缩性 表 8收 缩 值 (mmm)试 件编 号1 天 3 天 7 天 14 天 28 天 45 天 60 天 90
12、天T3 0.018 0.056 0.072 0.091 0.138 0.155 0.170 0.210从试验结果表明，由于配制的混凝土具有用水量少，水胶比低和密实度高的特点。因此，干燥收缩比普通等级混凝土低，具较早的趋于稳定。532 抗渗性为验证所配制 C50混凝土的抗渗性能，我们成型了一组抗渗标准试件，标养28天后，进行抗渗压力试验，试验水压从 0.1MPa开始加至 2.0MPa，无透水现象，劈开后渗水高度在 2030mm，说明抗渗等级大于 P20。533 抗冻性抗冻性试验，按冻结时温度控制在1520，经过 50次循环后试压，试验结果列于表 9抗冻性能 表 9检 验 项 目 50 次循环 f
13、c0=64.8MPa mfcu=61.2MPa强度损失率（） 5.重量损失率（） 无外 观 完 整从试验结果可见，经 50次冻融循坏，其强度损失均小于 15（标准规定） ，无重量损失，表明所研制的 C50混凝土具有较高抗冻融性能。6、结论（1）配制高性能混凝土应优先选用高性能外加剂。（2）控制单方水泥用量，采用 P.O525R或硅酸盐 525R水泥。（3）碎石粒径应控制在 25mm以下，砂子采用模数为 2.73.3的中粗砂。（4）对于构筑物应避免风吹日晒，并及时覆盖养护，才能满足强度及耐久性要求。参考文献（1（ 冯乃谦 高性能混凝土 中国建筑工业出版社 1996（2（ 普通混凝土配合比设计规程 JGJ/T55-96（3（ 铁路混凝土与砌体工程施工及验收规范 TB10210-97（4（ 铁路混凝土强度检验评定标准 TB10425-94
