浅谈高性能混凝土在高速铁路中的应用

摘要：高性能混凝土这个概念，首次由1990年美国HPC国际会议提出，指的是采用现代混凝土技术，将普通性能混凝土制作成耐久性、强度、稳定性等水平更高的新型混凝土。高性能混凝土被广泛应用到各种工程项目施工当中，譬如高速铁路，也开始应用这种混凝土，并取得了相当不错的效果，但由于施工过程中经常违背材料科学基本规律，使得混凝土的性能无法有效提高。为此，本文将在分析高性能混凝土基本特征的基础上，从侧面反映出高速铁路应用高性能混凝土的必要性，对如何在高速铁路施工中应用这种材料，展开深入的分析和探讨。

关键词：高速铁路，高性能，混凝土

一、高速铁路应用高性能混凝土的必要性

笔者结合实际工程的施工经验，认为高性能混凝土的基本特征，主要围绕其耐久性设计的，一方面确保容易浇筑成型，另一方面是防止温度裂缝和收缩裂缝的出现，并且在硬化之后能够达到一定的强度水平。高性能混凝土的这些基本特征，与高速铁路施工对混凝土的要求如出一辙，具体可如下总结：

（一）基本参数

根据我国制定的相关规范，譬如《混凝土结构耐久性设计规范》、《混凝土耐久性检验评定标准》、《混凝土结构耐久性评定标准》等，对高性能混凝土的基本参数提出了一定的要求：1.容易浇筑；2.可捣实；3.长期力学性质；4.不离析；5.渗透性强；6.密度大；7.韧性强；8.体积稳定性强；9.服务环境中运行寿命长。在高速铁路施工中，对混凝土耐久性指标是在抗裂、耐磨、耐蚀、护筋等方面达到设计使用年限，而且根据铁路不同的运行服务环境，确定混凝土不同等级的性能，很多高速铁路工程实例证明，高性能混凝土性能与铁路工程混凝土性能要求基本吻合，因此高速铁路有必要应用高性能混凝土，并结合施工的实际需求，对其性能进行不断改善。

（二）混凝土使用问题

高速铁路工程施工当中，混凝土开裂是最为常见的问题，从侧面反映出结构耐久性的不足。笔者结合高速铁路施工周围的环境特征，认为冷热和干湿循环是最大的影响因素，另外外界的荷载也是造成混凝土性能恶化的症结点。在这些因素的影响下，混凝土内部出现微裂缝和孔隙，并逐渐延伸到混凝土表面，成为外界侵蚀介质深入的通道，譬如外界水分深入混凝土内部，与骨料发生吸水膨胀反应，逐渐削弱混凝土的强度，最终导致结构的彻底破坏。为此，我们有必要将高性能混凝土应用到高速铁路工程施工当中，据笔者了解，高速铁路对混凝土的强度要求是C25--C50，高性能混凝土的用水量低，具备较强的抗离析性，其弹性模量可达到40-45GPa，抗压强度超过200MPa，与普通混凝土相比，其徐变总量明显减少，并且能够较早阻止水化反应，基本能够满足铁路混凝土结构的功能需求，大大提高了铁路桥梁结构的使用寿命。

二、高速铁路应用高性能混凝土的建议措施

从高性能混凝土基本性能和高速铁路混凝土性能需求的角度分析，笔者认为高速铁路应用高性能混凝土，可在对高性能混凝土原材料正确使用的基础上，详细分析施工当中的应用方法，具体建议措施如下：

（一）高性能混凝土的材料组成

高性能混凝土使用硅酸盐水泥，其混合料是矿渣或者粉煤灰，将比表面积控制在350m2/kg以下，其中80μm方孔筛筛余最大不能超过10.0%，游离氧化钙含量、碱含量、熟料中C3A含量、氯离子含量等分别为1.0%、0.80%、8%、0.1%以下。至于砂子，不能够使用山砂和海砂，优先选用非碱活性骨料，含泥量根据不同强度要求确定，其中C30以下的混凝土最大为3.0%，C30-C50混凝土最大为2.5%，C50以上混凝土最大为2.0%，泥块含量、云母含量、轻物质含量、氯离子含量、三氧化硫含量等分别为0.5%、0.5%、0.5%、0.02%、0.5%，而且坚固性小于8%，吸水率小于2%。高性能混凝土对石子级配要求是二级或者多级，堆积密度大于1500kg/m3、吸水率小于2%、紧密空隙率小于40%、坚固性小于5%、岩石抗压强度和混凝土强度等级比大于2.0、泥块含量不大于0.25、氯离子含量不大于0.02%。

（二）高性能混凝土的应用方法

在配置好高性能混凝土材料的基础上，根据高速铁路不同的施工条件，对其性能水平进行适当调整，一般情况下，高性能混凝土的应用方法为：

（1）施工前准备工作。根据高速铁路对混凝土具体的性能需求，制定严密的措施方案，并以工程质量保障体系和相关质量检验标准为依据，认真检查混凝土材料、混凝土设备等的质量情况，譬如发现工程使用的混凝土砂子材料，云母含量嚴重超标，则不能将砂子作为配置的材料。另外根据高速铁路不同的混凝土结构特点和环境条件，对混凝土进行试浇筑试验，并验证混凝土是否符合工程的施工要求，方可投入使用。

（2）混凝土的搅拌。根据施工配合比基本要求，准确称量混凝土的原材料，其中最大允许偏差规定为：水泥≥1%、掺合料≥1%、外加剂≥1%、骨料≥2%、拌合用水≥1%。在搅拌混凝土之前，需要对粗骨料和细骨料的含水量率进行严格检测，并综合考虑气候因素对含水率的影响，并采取措施调整配合比。通常状况下，含水率的检测频率为每班组2次，潮湿天气要不定时抽测，提高抽测的密度，最后根据测量的含水率，对混凝土的配合比进行调整。混凝土的搅拌可以采用卧轴式强制搅拌机，并用电子计量仪器称量原材料，然后将细骨料、水泥、矿物掺合料和外加剂等投入搅拌机当中，并添加适量的水平，直至搅拌均匀，其中搅拌的时间控制在2小时以上。

（3）混凝土浇筑。在浇筑之前，认真检查钢筋保护层垫块的位置是否准确，并确保钢筋保护层厚度尺寸的标准，如果发现钢筋的定位呈工字型或者锥形，不能够使用砂浆垫块。混凝土浇筑以分层推进的方式，每层浇筑的时间控制在90分钟以内，而且不能够留置施工缝，泵送混凝土摊铺厚度控制在600mm以下，非泵送混凝土摊铺厚度控制在400mm以下。浇筑混凝土根据不同的温度条件，采用必要的浇筑防护措施，譬如炎热天气下浇筑，要将模板和新浇筑混凝土要遮蔽起来，避免阳光直射，同时确保模板和混凝土局部温度在40℃以下，可尽量安排在夜晚浇筑。

（4）混凝土振捣。振捣的工具有振捣棒、附着式平板振捣器、表面平板振捣器等，采用插入式的方式，并在振捣的过程中，尽量避免与模板、钢筋、预埋件等接触。笔者认为可以在施工之前确定具体的振捣工艺路线，在浇筑混凝土的同时，及时均匀振捣入模的混凝土，并控制好加密振点，避免漏振情况的出现。振捣过程中如果需要变换位置，要沿着竖直的方向，慢慢拔出振捣棒，然后移到新的位置，严禁出现在拌合物内部平拖行为。另外在振捣的过程中，还需要对模板支撑的稳定性进行检查，否则可能出现接缝漏浆的情况。

（5）混凝土拆模。根据高速铁路混凝土的强度设计要求，拆模的时候要按照侧模和底模的基本标准，其中侧模拆除时的混凝土强度必须大于2.5MPa，而且确保混凝土的表面和棱角要完好无损，才能拆除侧模，而底模分为扳、梁、悬臂梁三个结构，根据结构的跨度，要求达到混凝土设计强度的百分比，才能够进行拆除。

三、结束语

综上所述，高速铁路施工中，对混凝土耐久性指标是在抗裂、耐磨、耐蚀、护筋等方面达到设计使用年限。而高性能混凝土与普通混凝土相比，其徐变总量明显减少，并且能够较早阻止水化反应，基本能够满足铁路混凝土结构的功能需求，大大提高了铁路桥梁结构的使用寿命。因此，高速铁路有必要应用高性能混凝土，我们需要对高性能混凝土原材料正确使用的基础上，详细分析施工当中的应用方法，其中包括施工前准备、搅拌、浇筑、振捣、拆模等，全面提高高性能混凝土的应用水平。

参考文献

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