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摘 要：当前一些铁路建设标准高、技术要求高、质量目标高，特别是对混凝土结构的抗碳化锈蚀、抗氯盐锈蚀、抗冻融破坏、抗裂性、抗碱—骨料反应、抗化学侵蚀、抗磨蚀等长期性能的指标和控制、检测要求进行了严格规定，本文基于笔者近年从事铁路施工的相关工作经验，客运高速铁路专线高性能混凝土质量控制为研究对象，分析了配合比设计，质量管理与施工控制的要点等一系列问题，相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词：高性能混凝土施工质量质量控制客运专线
中图分类号：TB21 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)05(a)-0085-02
由于当前一些铁路建设标准高、技术要求高、质量目标高,特别是对混凝土结构的抗碳化锈蚀、抗氯盐锈蚀、抗冻融破坏、抗裂性、抗碱—骨料反应、抗化学侵蚀、抗磨蚀等长期性能的指标和控制、检测要求进行了严格规定。在“铁建设[2005]160”《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》中对工程施工质量的定义是:“包括其在安全、使用功能及其耐久性能、环境保护等方面的特征总和”,由此可见,高性能混凝土是客运专线材料发展的必然趋势。但是,施工过程中的管理环节多、影响因素多,配合比设计不合理、管理不到位等任一因素的影响都将导致由于混凝土性能不能满足而达不到某些铁路的技术标准和技术要求。
1 高性能混凝土定义及特性
中国工程院吴中伟院士将高性能混凝土定义为:是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土,是以耐久性作为设计的主要指标,针对不同用途的要求,对下列性能有重点地加以保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。其典型特征包括易于浇筑、密实而不离析、高长期力学性能、高早强、高韧性、体积稳定、严酷环境中使用寿命长等耐久性能。传统的单一高强化的混凝土理念已不能满足需要,高性能混凝土逐渐成为合理的、科学的发展路线。
对于高速铁路或客运专线铁路,高性能混凝土主要具备如下性能:
(1)高性能混凝土必须具有一定的强度和高抗渗能力。强度指标不一定是具有高强度,只是要求满足特定需求,《高性能混凝土暂行技术条件》中将高性能混凝土强度规定为满足混凝土结构耐久性要求的最低强度。(2)高性能混凝土的使用寿命长。在我国中长期铁路发展战略规划及设计规范将高速铁路设计使用年限分成3个级别,客运专线一般要求混凝土结构安全使用年限为50年～100年,这是常规混凝土很难达到的。(3)具有良好的工作性。高工作性是高性能混凝土必须具备的首要条件,即高流动性、高抗分离性、高间隙通过性、高填充性、高密实性、高稳定性。(4)在凝结硬化过程中和硬化后的体积稳定性,水化热低,不产生微细裂缝,徐变小,硬化后期收缩变形小。
2 配合比设计研究
高性能混凝土的配合比设计与普通混凝土相比,有相似之处,也有不同点。主要不同在于:
(1)对原材料的品质要求不同。由于混凝土耐久性的需要,高性能混凝土在与耐久性相适应的原材料品质比普通混凝土有所提高。(2)混凝土设计强度的取值不同。普通混凝土的设计强度主要为了满足结构荷载效应的需求,而高性能混凝土的设计强度尚需满足环境效应下混凝土耐久性设计强度的需求。(3)高性能混凝土增加了抗裂性对比试验要求。高性能混凝土要求进行配合比间的抗裂性能对比试验,以选择在标准条件下抗裂性能相对较好的配合比用于施工。(4)高性能混凝土增加了在各种环境作用下耐久性的要求。处于不同环境的高性能混凝土分别有抗渗性、抗氯离子渗透性、抗冻性、耐蚀性和耐磨性等要求,配合比试验时除拌和物性能和力学性能外,尚需对其中的一种或多种(根据设计要求)进行耐久性试验。(5)配合比设计试验周期不同。由于有耐久性要求,高性能混凝土的配合比设计周期往往要比普通混凝土长1～2个月。
3 材料特点及控制重点研究
高性能混凝土在普通混凝土基础上发展,添加化学外加剂和矿物掺合料而达到特定性能需求,所以其原材料的指标要求特点主要体现在:不但对水泥、粗细骨料、水等常规材料、常规指标提出很高的标准,对化学外加剂、矿物掺合料使用和指标提出更加严格的规定,总体是要求更全面、更具体、更详细。外加剂及矿物掺合料在高性能混凝土中具有相当重要的作用,其材料选擇、质量控制及配合比设计等是施工管理的重中之重。
高性能混凝土对原材料的要求为:
(1)水泥:水泥的流变性比强度更重要,要求与外加剂相容性好。主要技术指标包含:比表面积、80μm方孔筛筛余、游离氧化钙含量、碱含量、熟料中的C3A含量、氯离子含量。(2)细骨料:细骨料主要指标包含:颗粒级配、细度模数、坚固性、吸水率、有害物质含量(含泥量、泥块含量、云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐等)、碱活性、人工砂或混合砂的压碎指标。(3)粗骨料主要指标包含:最大粒径、级配、吸水率、岩石抗压强度或压碎指标、坚固性、有害物质含量。(4)拌和用水主要技术指标包含:pH值、不溶物、氯离子含量、硫酸盐含量、碱含量。(5)化学外加剂:外加剂具有高度分散水泥颗粒、消除絮凝结构的作用,也使混凝土的水胶比突破理论水胶比成为现实,甚至能大大低于理论水胶比而不必担心工作性不良。(6)掺合料:矿物掺合料选用品质稳定的产品,根据工程环境及经济条件选择粉煤灰、磨细粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰等。
4 质量控制方法研究
高性能混凝土质量管理和施工控制分成3个阶段:配合比控制、生产控制、验收控制,客运专线具体控制程序及控制重点包含如下。
(1)标准执行和贯彻:包含规范及设计文件的研究、学习、培训,编制高性能混凝土实施大纲。(2)原材料控制:原材料比较、优选、试验检验、储存、材料及堆放场地管理、使用。(3)配合比控制:施工配制强度、强度标准差σ值计算,掺合料、外加剂用量、胶凝材料总量、水胶比、砂率选定,初选配合比,试配,调整基准配合比,选定理论配合比。(4)混凝土生产:机具选型及配置、布置,试拌,原材料检验及施工配合比调整,配料、计量,搅拌,拌合物出站检验及运输组织。(5)混凝土浇筑施工:施工组织及方案确定,浇筑顺序确定,泵送或输送、吊运、直接或溜放入模方式选定,施工工艺试验,现场测试,分次或分层厚度、施工、捣固工艺确定,升温、降温防裂措施,标养及同条件养护试件制作,接缝及表面处理等。(6)混凝土养护:养护时限,养护方式,环境及温度监控,环境剧变的措施。(7)混凝土拆模:拆模、拆架时间控制、顺序,强度、弹性模量监控,徐变、上拱变形观测和分析。(8)建设期内缺陷修复:包括结构物的缺陷及变形监测、监控,缺陷成因分析及修复。(9)高性能混凝土检验及验收和后期管理:包含强度及弹模检验、外观检验、无损检测、渗透性检测,实体抽芯片检查耐久性、抗冻性等指标,结构工程的总体评定;结构长期监测、监控。
高性能混凝土施工管理重点及质量控制要素、程序见图1。
5 结语
对上述项目的具体控制方法、指标在此未予详述,这些控制指标、控制方法、控制内容、施工操作工艺等在客运专线技术标准、验收规范、施工指南等规范性、标准化文件中已有全面、详细的要求。本文在此仅列出高性能混凝土施工管理及控制重点、项目内容、关键控制指标,着重于介绍高性能混凝土施工技术上和管理上的特殊性。
参考文献
[1] 钱晓倩,詹树林,方明晖,孟涛,钱匡亮.减水剂对混凝土收缩和裂缝的负影响[J].铁道科学与工程学报,2004,2.
[2] 马新伟,钮长仁,伊彦科.早龄期高强混凝土自收缩的测量[J].低温建筑技术,2002年04期
[3] 张树青,杨全兵.矿粉混凝土的自收缩性能[J].低温建筑技术,2004,3.
[4] 吴学礼,张树青,杨全兵,王彩英.粉煤灰混凝土的自收缩性能[J].粉煤灰,2003,6.
[5] 唐建华,蔡基伟,周明凯.高性能混凝土的研究与发展现状[J].国外建材科技,2006,3.
[6] 鲍光玉,胡晓波,王志,张竞男.水泥石体积变形试验研究[J].建筑材料学报,2004,1.
[7] 田倩,孙伟,缪昌文,刘加平.高性能混凝土自收缩测试方法探讨[J].建筑材料学报,2005,1.
[8] 李崇智,冯乃谦,李永德.现代高性能混凝土的研究与发展[J].建筑技术,2003,1.
[9] 王贤乐.客运铁路专线高性能混凝土施工质量控制技术研究.科技创新导报, 2010(19).
关键词：高性能混凝土施工质量质量控制客运专线
中图分类号：TB21 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)05(a)-0085-02
由于当前一些铁路建设标准高、技术要求高、质量目标高,特别是对混凝土结构的抗碳化锈蚀、抗氯盐锈蚀、抗冻融破坏、抗裂性、抗碱—骨料反应、抗化学侵蚀、抗磨蚀等长期性能的指标和控制、检测要求进行了严格规定。在“铁建设[2005]160”《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》中对工程施工质量的定义是:“包括其在安全、使用功能及其耐久性能、环境保护等方面的特征总和”,由此可见,高性能混凝土是客运专线材料发展的必然趋势。但是,施工过程中的管理环节多、影响因素多,配合比设计不合理、管理不到位等任一因素的影响都将导致由于混凝土性能不能满足而达不到某些铁路的技术标准和技术要求。
1 高性能混凝土定义及特性
中国工程院吴中伟院士将高性能混凝土定义为:是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土,是以耐久性作为设计的主要指标,针对不同用途的要求,对下列性能有重点地加以保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。其典型特征包括易于浇筑、密实而不离析、高长期力学性能、高早强、高韧性、体积稳定、严酷环境中使用寿命长等耐久性能。传统的单一高强化的混凝土理念已不能满足需要,高性能混凝土逐渐成为合理的、科学的发展路线。
对于高速铁路或客运专线铁路,高性能混凝土主要具备如下性能:
(1)高性能混凝土必须具有一定的强度和高抗渗能力。强度指标不一定是具有高强度,只是要求满足特定需求,《高性能混凝土暂行技术条件》中将高性能混凝土强度规定为满足混凝土结构耐久性要求的最低强度。(2)高性能混凝土的使用寿命长。在我国中长期铁路发展战略规划及设计规范将高速铁路设计使用年限分成3个级别,客运专线一般要求混凝土结构安全使用年限为50年～100年,这是常规混凝土很难达到的。(3)具有良好的工作性。高工作性是高性能混凝土必须具备的首要条件,即高流动性、高抗分离性、高间隙通过性、高填充性、高密实性、高稳定性。(4)在凝结硬化过程中和硬化后的体积稳定性,水化热低,不产生微细裂缝,徐变小,硬化后期收缩变形小。
2 配合比设计研究
高性能混凝土的配合比设计与普通混凝土相比,有相似之处,也有不同点。主要不同在于:
(1)对原材料的品质要求不同。由于混凝土耐久性的需要,高性能混凝土在与耐久性相适应的原材料品质比普通混凝土有所提高。(2)混凝土设计强度的取值不同。普通混凝土的设计强度主要为了满足结构荷载效应的需求,而高性能混凝土的设计强度尚需满足环境效应下混凝土耐久性设计强度的需求。(3)高性能混凝土增加了抗裂性对比试验要求。高性能混凝土要求进行配合比间的抗裂性能对比试验,以选择在标准条件下抗裂性能相对较好的配合比用于施工。(4)高性能混凝土增加了在各种环境作用下耐久性的要求。处于不同环境的高性能混凝土分别有抗渗性、抗氯离子渗透性、抗冻性、耐蚀性和耐磨性等要求,配合比试验时除拌和物性能和力学性能外,尚需对其中的一种或多种(根据设计要求)进行耐久性试验。(5)配合比设计试验周期不同。由于有耐久性要求,高性能混凝土的配合比设计周期往往要比普通混凝土长1～2个月。
3 材料特点及控制重点研究
高性能混凝土在普通混凝土基础上发展,添加化学外加剂和矿物掺合料而达到特定性能需求,所以其原材料的指标要求特点主要体现在:不但对水泥、粗细骨料、水等常规材料、常规指标提出很高的标准,对化学外加剂、矿物掺合料使用和指标提出更加严格的规定,总体是要求更全面、更具体、更详细。外加剂及矿物掺合料在高性能混凝土中具有相当重要的作用,其材料选擇、质量控制及配合比设计等是施工管理的重中之重。
高性能混凝土对原材料的要求为:
(1)水泥:水泥的流变性比强度更重要,要求与外加剂相容性好。主要技术指标包含:比表面积、80μm方孔筛筛余、游离氧化钙含量、碱含量、熟料中的C3A含量、氯离子含量。(2)细骨料:细骨料主要指标包含:颗粒级配、细度模数、坚固性、吸水率、有害物质含量(含泥量、泥块含量、云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐等)、碱活性、人工砂或混合砂的压碎指标。(3)粗骨料主要指标包含:最大粒径、级配、吸水率、岩石抗压强度或压碎指标、坚固性、有害物质含量。(4)拌和用水主要技术指标包含:pH值、不溶物、氯离子含量、硫酸盐含量、碱含量。(5)化学外加剂:外加剂具有高度分散水泥颗粒、消除絮凝结构的作用,也使混凝土的水胶比突破理论水胶比成为现实,甚至能大大低于理论水胶比而不必担心工作性不良。(6)掺合料:矿物掺合料选用品质稳定的产品,根据工程环境及经济条件选择粉煤灰、磨细粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰等。
4 质量控制方法研究
高性能混凝土质量管理和施工控制分成3个阶段:配合比控制、生产控制、验收控制,客运专线具体控制程序及控制重点包含如下。
(1)标准执行和贯彻:包含规范及设计文件的研究、学习、培训,编制高性能混凝土实施大纲。(2)原材料控制:原材料比较、优选、试验检验、储存、材料及堆放场地管理、使用。(3)配合比控制:施工配制强度、强度标准差σ值计算,掺合料、外加剂用量、胶凝材料总量、水胶比、砂率选定,初选配合比,试配,调整基准配合比,选定理论配合比。(4)混凝土生产:机具选型及配置、布置,试拌,原材料检验及施工配合比调整,配料、计量,搅拌,拌合物出站检验及运输组织。(5)混凝土浇筑施工:施工组织及方案确定,浇筑顺序确定,泵送或输送、吊运、直接或溜放入模方式选定,施工工艺试验,现场测试,分次或分层厚度、施工、捣固工艺确定,升温、降温防裂措施,标养及同条件养护试件制作,接缝及表面处理等。(6)混凝土养护:养护时限,养护方式,环境及温度监控,环境剧变的措施。(7)混凝土拆模:拆模、拆架时间控制、顺序,强度、弹性模量监控,徐变、上拱变形观测和分析。(8)建设期内缺陷修复:包括结构物的缺陷及变形监测、监控,缺陷成因分析及修复。(9)高性能混凝土检验及验收和后期管理:包含强度及弹模检验、外观检验、无损检测、渗透性检测,实体抽芯片检查耐久性、抗冻性等指标,结构工程的总体评定;结构长期监测、监控。
高性能混凝土施工管理重点及质量控制要素、程序见图1。
5 结语
对上述项目的具体控制方法、指标在此未予详述,这些控制指标、控制方法、控制内容、施工操作工艺等在客运专线技术标准、验收规范、施工指南等规范性、标准化文件中已有全面、详细的要求。本文在此仅列出高性能混凝土施工管理及控制重点、项目内容、关键控制指标,着重于介绍高性能混凝土施工技术上和管理上的特殊性。
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[1] 钱晓倩,詹树林,方明晖,孟涛,钱匡亮.减水剂对混凝土收缩和裂缝的负影响[J].铁道科学与工程学报,2004,2.
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[9] 王贤乐.客运铁路专线高性能混凝土施工质量控制技术研究.科技创新导报, 2010(19).