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摘要： 随着国民经济建设和交通事业的飞速发展，普通铁路已经不能满足社会需要，新建铁路专线隧道横断面较大，且列车行驶是速度较高，隧道维修有一定的时间限制，对隧道衬砌的安全性、耐久性和防水性要求提高。普通砼虽然有高强度等特点，但是寿命短，为了正常使用维修费用高，已經不能满足要求。为了使砼结构满足安全性，实用性和耐久性等要求，提出了高性能砼的设计施工。
关键词： 高性能砼水泥外加剂配合比浇筑养护
Abstract: you along with the national economy construction and transportation industry rapid development, the ordinary railway has been unable to meet the social needs, the new railway line tunnel cross section is larger, and the train speed is higher, the tunnel repair a certain time limit, to the lining of tunnel safety, durability and waterproof requirement to improve. Ordinary concrete while has high strength and other characteristics, but life is short, to use normal repair cost is high, has been unable to meet the requirements. In order to make the concrete structure to meet the safety, applicability and durability requirement, put forward the design and construction of high performance concrete.
Key words: high performance concrete; cement; admixture; mixture ratio;pouring;maintenance
中图分类号：[TQ178] 文献标识码： A 文章编号：
高性能砼与普通砼相比，其抗拉、抗弯、抗裂及耐磨、耐冲击、耐疲劳、任性等性能都有显著提高，满足了安全性、实用性和耐久性的要求。从而要有严格的质量要求。隧道衬砌要求砼有抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、耐久性、安全性等性能。在施工过程中，特别是原材料要求极为严格，砼配制、搅拌、运输、浇筑、养护都极为重要。 1 原材料的基本要求 1.1 水泥 水泥是砼的主要胶凝材料，水泥的抗压强度，抗折强度，安定性和凝结时间必须检验合格。隧道高性能砼优先使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。硅酸盐水泥的主要特性为早期强度及后期强度均高，水化热较高，耐磨性、抗冻性均较高；但耐热性、耐水性和抗腐蚀能力较差。普通硅酸盐水泥是掺有少量活性材料的硅酸盐水泥，特性和适用范围，与硅酸盐水泥基本相同，但早期强度和水化热低于硅酸盐水泥。 1.2 骨料 高性能砼的工作性、强度和耐久性对骨料更加敏感。骨料是砼重要组成部分，在水泥砼混合物中的体积和重量均占据了水泥砼的70%以上，占有绝大多数，其几何特性、物理性能、化学成分等对砼早期的工作性能，硬化后的力学性能和耐久性能都存在不可忽视的影响。其影响因素有颗粒级配、含泥量、碱活性和有害物质含量等。 1）合格的颗粒级配可以降低砼的空隙率，提高密实度，提高砼强度； 2）含泥量过大，不应超过5%。超标1%就会使砼强度降低3MPa~5MPa，同样会降低含气量，影响砼耐久性； 3）碱活性超标，会造成砼中来自水泥、粉煤灰、减水剂中可溶性碱与骨料中某些组分之间发生碱集料反应，使砼膨胀开裂。经碱集料反应试验后，由砂配制的试件无裂缝，酥裂，胶体外溢等现象，在规定试验龄期的膨胀率应小于0.01%； 4）有害物质含量，会降低砼强度，硫酸盐和硫化物产生体积膨胀，引起应力，砼开裂，从而耐久性降低。 细骨料不宜使用山砂，不得使用海砂，应采用河砂；粗骨料必须使用多级配碎石，若使用卵石，必须是多个破碎面的卵碎石，且必须是多级配的。另外，经研究表明适量石粉能改善砼拌合物和易性，减少砼胶凝材料用量，适量的粉尘还能起到填充料的作用，对于提高砼强度有利，同时还能改善砼抗渗性能。但过高的石粉含量会引起砼收缩增大。≤铁路砼与砌体工程施工及验收规范≥（TB10210-97）中规定：配置C30砼时，石粉（小于0.08mm颗粒）含量不能大于10%。但实际工程当中人工砂石生产系统制造的远高于此标准， 经有关方面研究石粉含量介于16%~21%之间时，砼性能较优。 1.3 水 拌制砼用的水，应采用纯净的水，不得采用含有影响水泥正常凝结和硬化的油类、糖类等有害杂质的水。 1.4 外加剂 高性能砼主要就是掺加外加剂来改善砼工作性和耐久性。应使用高性能优良的外加剂。 首先，粉煤灰会对砼的工作性能有显著改善。1）粉煤灰是由大小不等的球状颗粒的玻璃体组成，表面光滑致密，在砼拌合物中能起到滚珠润滑作用；2）新拌砼中水泥颗粒易聚集成团，粉煤灰的掺入会有效分散水泥颗粒，使砼拌合更加均匀；3）替代水泥减少水泥用量，减少水的用量，从而降低水灰比，减少泌水和离析；4）具有良好的保水性，有利于泵送施工。良好的工作性可大大改善砼外观质量，也保证了内在质量。 其次，粉煤灰提高高性能砼耐久性。1）火山灰效应，粉煤灰取代部分水泥，不仅能降低砼有效含碱量，还能产生物理化学作用抑制碱-骨料反应。粉煤灰中含有的酸性氧化物和水泥水化产生Ca(OH)2反应，使骨料周围的碱金属离子及氢氧根离子减少。从而削弱碱-骨料反应；2）提高砼的抗渗性，粉煤灰颗粒分布水泥之间，增加砼密实性，减少水泥用量，降低了水化热，从而即减少了砼本身的收缩和开裂，又提高了砼的抗侵蚀能力；3）掺加粉煤灰可以提高砼本身抗氯离子渗透性，砼密实性明显改善，电通量指标明显下降，防水砼要求粉煤灰惨量小于20%。 然而，粉煤灰砼应用与隧道衬砌存在凝结时间慢和早期强度低的问题。 另外，减水剂也是必不可少的。减水剂可以在保持一定强度的情况下，减少用水量。普通减水剂可以减少用水量5%~20%，增加砼密实性，提高砼强度和耐久性：使泌水率减少，有利于减少砼离析，改善砼工作性; 砼的引气量和强度是影响砼抗冻性的主要因素，砼强度越高，抗冻性越好；水灰比越小抗冻性越好。 经试验结果表明，聚羧酸减水剂在分子结构、减水率、泌水率、引气量、塌落度保留值、凝结时间差、收缩率方面较优。该减水剂的减水率大于20%。 2 砼配合比的设计 长大隧道要求使用高性能砼，设计使用年限100年，还有抗渗防冻等要求。施工中惨有粉煤灰和高效减水剂、防水剂等。配合比设计步骤。 2.1 水泥用量和水灰比 砼不允许出现裂缝，采用低水化热水泥，水泥用量不超过500kg/m3。 2.2 粉煤灰惨量的确定 耐久性砼要求粉煤灰掺量大于20%，可高达60%。 2.3 砂率 采用较低砂率一方面可以降低用水量，同时增加骨料在砼中的比例，从而降低砼自身的电通量。另外，可以减少砼收缩。 2.4 减水剂选择及用量 根据相容性试验，确定其用量。 2.5 水胶比和砂率的调整 水胶比以0.01或0.02为基准调整砂率，以确定最佳配合比。
高性能砼要求除了强度要求外，砼耐久性应采用水灰比和水泥用量，选用优质、颗粒级配良好的骨料，并根据环境要求选择外加剂；拌合物和易性关系到質量均匀、密实等性能及工作性，和易性包括流动性、粘聚性及保水性；砼凝结时间与水泥的凝结时间有关，与水灰比有较大关系，根据一些试验，在相同温度条件下，砼的初凝时间约比水泥标准试验的初凝时间延长一倍以上；在低温浇筑砼时，砼拌合物必须具有一定的抗冻性能和早强性能。 3 施工过程的管理和后期养护 3.1 砼的配制与搅拌 在砼生产过程中，应注意控制原材料的计量偏差，砼拌合物应采用自动计量装置，水泥。水掺合料、外加剂的称量误差在±1%之间，骨料控制在±2%左右。对集料的含水率的检测，每以工作班不少于3次，如有异常情况要重新检验。按照实测含水率调整用水量、粗、洗、细骨料用量。砼搅拌时的水泥温度：南方不宜高于60℃，北方不宜高于50℃，且不宜低于10℃。 在开工之初，应对所选用水泥、砂、碎石、掺合料、外加剂等原材料制作抗冻融循环、抗渗性、抗氯离子渗透性、抗裂性、抗钢筋锈蚀和抗碱-骨料反应的耐久性试件各一组，进行耐久性试验。 砼拌合物应拌合均匀，颜色一致，不得有离析和泌水现象。强制式搅拌机1000最短搅拌时间至少2min。砼拌合物应随时进行塌落度、含气量、泌水率、入模温度等进行检测。 3.2 砼运输 砼的运输能力应该满足施工需要，使浇筑工作不间断，保持均匀性，不出现分层离析现象。否则，要对砼拌合物进行二次快速搅拌。严禁在运输过程中向砼拌合物加水。 3.3砼浇筑 对大方量砼浇筑，应事先制定浇筑方案。砼入模前，应采用试验设备测定砼的温度、坍落度、含气量、泌水率、坍落度损失率等工作性能。只有拌合物性能符合设计或配合比要求的砼方可入模浇筑。入模温度一般控制在5℃~25℃之间。砼浇筑时的自由倾落高度不应大于2m；当大于2m时，应采用滑槽，串筒，漏斗等器具辅助输送砼，保证砼不出现分层离析现象。砼浇筑过程当中应采用分层连续推移的方式进行，间歇时间不得大于90min，不得随意留置施工缝。新浇筑砼温度与邻接的已硬化砼温度不得大于15℃。砼搅拌、运输及浇筑的全部时间不应超过砼的初凝时间。同一施工段的砼应连续浇筑，并在底层砼初凝之前将上一层砼浇筑完毕，上下层应不少于1.5m。 3.4 砼振捣 可采用插入式振捣棒，附着式平板振捣器，表面平板振捣器等振捣设备。振捣时应避免碰撞模板，钢筋。采用插入式振捣器振捣砼时，每一振捣时间应以砼表面呈现浮浆且均匀平整、不再出现大量的气泡和不再有显著沉降为准。一般不会超过30s，避免过振。若需要变换振捣位置时，应首先竖向缓慢将振捣器拔出，然后将振捣器移至新位置，不的将振捣器放在拌合物中平拖。 3.5 砼的养护 砼浇筑成型后水泥硬化还需要一定数量的水分，一般砼浇筑完后，天然空气相对湿度较低砼中水分容易蒸发，应尽快洒水养护，抗渗要求的砼赢不少于14d。当气温低于5℃时， 不得洒水，应覆盖保温。在任意时间内，砼养护水的温度要小于砼表面温度，之间温差不得大于15℃。砼养护期间应采取保温措施，防止砼表面温度受环境因素影响而发生剧烈变化。养护期间砼的内部与表层、表层和环境之间的温差不宜大于20℃。砼养护期间应对有代表性的砼结构进行温度控制，采取同条件养护记录。防止砼受温、湿度的侵蚀，使水泥水化作用顺利进行，砼达到预期的强度和抗裂能力。 上述就是高性能砼的生产过程，原材料和外加剂起着重要作用，直接决定砼的高性能，生产过程和后期养护质量检测都是影响高性能砼的因素，但是，高性能砼才刚刚兴起，许多方面不够成熟，特别是外加剂还 需要进一步研究。 参考文献 ： [1]杨理准，武吉中，余军.公路施工手册基本作业[S].北京，1992. [2]刘艳青.铁路客运专线隧道主要技术标准与施工关键技术.铁科院（北京）工程咨询有限公司. [3]TB10003.铁路隧道设计规范. [4]TB10210-97.铁路砼与砌体工程施工及验收规范.
关键词： 高性能砼水泥外加剂配合比浇筑养护
Abstract: you along with the national economy construction and transportation industry rapid development, the ordinary railway has been unable to meet the social needs, the new railway line tunnel cross section is larger, and the train speed is higher, the tunnel repair a certain time limit, to the lining of tunnel safety, durability and waterproof requirement to improve. Ordinary concrete while has high strength and other characteristics, but life is short, to use normal repair cost is high, has been unable to meet the requirements. In order to make the concrete structure to meet the safety, applicability and durability requirement, put forward the design and construction of high performance concrete.
Key words: high performance concrete; cement; admixture; mixture ratio;pouring;maintenance
中图分类号：[TQ178] 文献标识码： A 文章编号：
高性能砼与普通砼相比，其抗拉、抗弯、抗裂及耐磨、耐冲击、耐疲劳、任性等性能都有显著提高，满足了安全性、实用性和耐久性的要求。从而要有严格的质量要求。隧道衬砌要求砼有抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、耐久性、安全性等性能。在施工过程中，特别是原材料要求极为严格，砼配制、搅拌、运输、浇筑、养护都极为重要。 1 原材料的基本要求 1.1 水泥 水泥是砼的主要胶凝材料，水泥的抗压强度，抗折强度，安定性和凝结时间必须检验合格。隧道高性能砼优先使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。硅酸盐水泥的主要特性为早期强度及后期强度均高，水化热较高，耐磨性、抗冻性均较高；但耐热性、耐水性和抗腐蚀能力较差。普通硅酸盐水泥是掺有少量活性材料的硅酸盐水泥，特性和适用范围，与硅酸盐水泥基本相同，但早期强度和水化热低于硅酸盐水泥。 1.2 骨料 高性能砼的工作性、强度和耐久性对骨料更加敏感。骨料是砼重要组成部分，在水泥砼混合物中的体积和重量均占据了水泥砼的70%以上，占有绝大多数，其几何特性、物理性能、化学成分等对砼早期的工作性能，硬化后的力学性能和耐久性能都存在不可忽视的影响。其影响因素有颗粒级配、含泥量、碱活性和有害物质含量等。 1）合格的颗粒级配可以降低砼的空隙率，提高密实度，提高砼强度； 2）含泥量过大，不应超过5%。超标1%就会使砼强度降低3MPa~5MPa，同样会降低含气量，影响砼耐久性； 3）碱活性超标，会造成砼中来自水泥、粉煤灰、减水剂中可溶性碱与骨料中某些组分之间发生碱集料反应，使砼膨胀开裂。经碱集料反应试验后，由砂配制的试件无裂缝，酥裂，胶体外溢等现象，在规定试验龄期的膨胀率应小于0.01%； 4）有害物质含量，会降低砼强度，硫酸盐和硫化物产生体积膨胀，引起应力，砼开裂，从而耐久性降低。 细骨料不宜使用山砂，不得使用海砂，应采用河砂；粗骨料必须使用多级配碎石，若使用卵石，必须是多个破碎面的卵碎石，且必须是多级配的。另外，经研究表明适量石粉能改善砼拌合物和易性，减少砼胶凝材料用量，适量的粉尘还能起到填充料的作用，对于提高砼强度有利，同时还能改善砼抗渗性能。但过高的石粉含量会引起砼收缩增大。≤铁路砼与砌体工程施工及验收规范≥（TB10210-97）中规定：配置C30砼时，石粉（小于0.08mm颗粒）含量不能大于10%。但实际工程当中人工砂石生产系统制造的远高于此标准， 经有关方面研究石粉含量介于16%~21%之间时，砼性能较优。 1.3 水 拌制砼用的水，应采用纯净的水，不得采用含有影响水泥正常凝结和硬化的油类、糖类等有害杂质的水。 1.4 外加剂 高性能砼主要就是掺加外加剂来改善砼工作性和耐久性。应使用高性能优良的外加剂。 首先，粉煤灰会对砼的工作性能有显著改善。1）粉煤灰是由大小不等的球状颗粒的玻璃体组成，表面光滑致密，在砼拌合物中能起到滚珠润滑作用；2）新拌砼中水泥颗粒易聚集成团，粉煤灰的掺入会有效分散水泥颗粒，使砼拌合更加均匀；3）替代水泥减少水泥用量，减少水的用量，从而降低水灰比，减少泌水和离析；4）具有良好的保水性，有利于泵送施工。良好的工作性可大大改善砼外观质量，也保证了内在质量。 其次，粉煤灰提高高性能砼耐久性。1）火山灰效应，粉煤灰取代部分水泥，不仅能降低砼有效含碱量，还能产生物理化学作用抑制碱-骨料反应。粉煤灰中含有的酸性氧化物和水泥水化产生Ca(OH)2反应，使骨料周围的碱金属离子及氢氧根离子减少。从而削弱碱-骨料反应；2）提高砼的抗渗性，粉煤灰颗粒分布水泥之间，增加砼密实性，减少水泥用量，降低了水化热，从而即减少了砼本身的收缩和开裂，又提高了砼的抗侵蚀能力；3）掺加粉煤灰可以提高砼本身抗氯离子渗透性，砼密实性明显改善，电通量指标明显下降，防水砼要求粉煤灰惨量小于20%。 然而，粉煤灰砼应用与隧道衬砌存在凝结时间慢和早期强度低的问题。 另外，减水剂也是必不可少的。减水剂可以在保持一定强度的情况下，减少用水量。普通减水剂可以减少用水量5%~20%，增加砼密实性，提高砼强度和耐久性：使泌水率减少，有利于减少砼离析，改善砼工作性; 砼的引气量和强度是影响砼抗冻性的主要因素，砼强度越高，抗冻性越好；水灰比越小抗冻性越好。 经试验结果表明，聚羧酸减水剂在分子结构、减水率、泌水率、引气量、塌落度保留值、凝结时间差、收缩率方面较优。该减水剂的减水率大于20%。 2 砼配合比的设计 长大隧道要求使用高性能砼，设计使用年限100年，还有抗渗防冻等要求。施工中惨有粉煤灰和高效减水剂、防水剂等。配合比设计步骤。 2.1 水泥用量和水灰比 砼不允许出现裂缝，采用低水化热水泥，水泥用量不超过500kg/m3。 2.2 粉煤灰惨量的确定 耐久性砼要求粉煤灰掺量大于20%，可高达60%。 2.3 砂率 采用较低砂率一方面可以降低用水量，同时增加骨料在砼中的比例，从而降低砼自身的电通量。另外，可以减少砼收缩。 2.4 减水剂选择及用量 根据相容性试验，确定其用量。 2.5 水胶比和砂率的调整 水胶比以0.01或0.02为基准调整砂率，以确定最佳配合比。
高性能砼要求除了强度要求外，砼耐久性应采用水灰比和水泥用量，选用优质、颗粒级配良好的骨料，并根据环境要求选择外加剂；拌合物和易性关系到質量均匀、密实等性能及工作性，和易性包括流动性、粘聚性及保水性；砼凝结时间与水泥的凝结时间有关，与水灰比有较大关系，根据一些试验，在相同温度条件下，砼的初凝时间约比水泥标准试验的初凝时间延长一倍以上；在低温浇筑砼时，砼拌合物必须具有一定的抗冻性能和早强性能。 3 施工过程的管理和后期养护 3.1 砼的配制与搅拌 在砼生产过程中，应注意控制原材料的计量偏差，砼拌合物应采用自动计量装置，水泥。水掺合料、外加剂的称量误差在±1%之间，骨料控制在±2%左右。对集料的含水率的检测，每以工作班不少于3次，如有异常情况要重新检验。按照实测含水率调整用水量、粗、洗、细骨料用量。砼搅拌时的水泥温度：南方不宜高于60℃，北方不宜高于50℃，且不宜低于10℃。 在开工之初，应对所选用水泥、砂、碎石、掺合料、外加剂等原材料制作抗冻融循环、抗渗性、抗氯离子渗透性、抗裂性、抗钢筋锈蚀和抗碱-骨料反应的耐久性试件各一组，进行耐久性试验。 砼拌合物应拌合均匀，颜色一致，不得有离析和泌水现象。强制式搅拌机1000最短搅拌时间至少2min。砼拌合物应随时进行塌落度、含气量、泌水率、入模温度等进行检测。 3.2 砼运输 砼的运输能力应该满足施工需要，使浇筑工作不间断，保持均匀性，不出现分层离析现象。否则，要对砼拌合物进行二次快速搅拌。严禁在运输过程中向砼拌合物加水。 3.3砼浇筑 对大方量砼浇筑，应事先制定浇筑方案。砼入模前，应采用试验设备测定砼的温度、坍落度、含气量、泌水率、坍落度损失率等工作性能。只有拌合物性能符合设计或配合比要求的砼方可入模浇筑。入模温度一般控制在5℃~25℃之间。砼浇筑时的自由倾落高度不应大于2m；当大于2m时，应采用滑槽，串筒，漏斗等器具辅助输送砼，保证砼不出现分层离析现象。砼浇筑过程当中应采用分层连续推移的方式进行，间歇时间不得大于90min，不得随意留置施工缝。新浇筑砼温度与邻接的已硬化砼温度不得大于15℃。砼搅拌、运输及浇筑的全部时间不应超过砼的初凝时间。同一施工段的砼应连续浇筑，并在底层砼初凝之前将上一层砼浇筑完毕，上下层应不少于1.5m。 3.4 砼振捣 可采用插入式振捣棒，附着式平板振捣器，表面平板振捣器等振捣设备。振捣时应避免碰撞模板，钢筋。采用插入式振捣器振捣砼时，每一振捣时间应以砼表面呈现浮浆且均匀平整、不再出现大量的气泡和不再有显著沉降为准。一般不会超过30s，避免过振。若需要变换振捣位置时，应首先竖向缓慢将振捣器拔出，然后将振捣器移至新位置，不的将振捣器放在拌合物中平拖。 3.5 砼的养护 砼浇筑成型后水泥硬化还需要一定数量的水分，一般砼浇筑完后，天然空气相对湿度较低砼中水分容易蒸发，应尽快洒水养护，抗渗要求的砼赢不少于14d。当气温低于5℃时， 不得洒水，应覆盖保温。在任意时间内，砼养护水的温度要小于砼表面温度，之间温差不得大于15℃。砼养护期间应采取保温措施，防止砼表面温度受环境因素影响而发生剧烈变化。养护期间砼的内部与表层、表层和环境之间的温差不宜大于20℃。砼养护期间应对有代表性的砼结构进行温度控制，采取同条件养护记录。防止砼受温、湿度的侵蚀，使水泥水化作用顺利进行，砼达到预期的强度和抗裂能力。 上述就是高性能砼的生产过程，原材料和外加剂起着重要作用，直接决定砼的高性能，生产过程和后期养护质量检测都是影响高性能砼的因素，但是，高性能砼才刚刚兴起，许多方面不够成熟，特别是外加剂还 需要进一步研究。 参考文献 ： [1]杨理准，武吉中，余军.公路施工手册基本作业[S].北京，1992. [2]刘艳青.铁路客运专线隧道主要技术标准与施工关键技术.铁科院（北京）工程咨询有限公司. [3]TB10003.铁路隧道设计规范. [4]TB10210-97.铁路砼与砌体工程施工及验收规范.