铁路耐久性混凝土配合比设计探讨

【摘要】在我国的各项建设工程中，混凝土仍是采用最为广泛的工程材料之一。作好混凝土配合比设计工作，对混凝土的应用是一个重要的环节。混凝土在配合比设计中影响因素很多，试配工作不是通过简单的计算就可得出的，需要在试验中不断总结、不断积累试验数据，从而更快、更准确地完成混凝土配合比设计，做到既经济又合理。

【关键词】铁路混凝土;配合比;探讨

引 言

铁路混凝土配合比设计主要依据为建筑物的设计使用年限、环境类别及其作用等级和混凝土耐久性指标。其指标为护筋性、抗裂性、耐磨性、抗碱一骨料反应、抗冻性、耐蚀性、抗渗性等性能。混凝土配合比设计涉及到几个方面的内容：一要保证混凝土硬化后的强度和所要求的其他性能及耐久性;二要满足施工工艺，易于操作而又不遗留隐患的工作性;三要在符合上述两项要求下选用合适的材料和计算各种材料的用量;四要对上述设计的结果进行试配、调整，使之达到工程的要求;五要在达到上述要求的同时，设法降低成本。

一、配合比设计前的准备工作

在配合比设计前，设计人员要做好下列工作：

1、掌握设计图纸对混凝土结构的全部要求， 重点是各种强度和耐久性要求及结构件截面的大小、钢筋布置的疏密，以考虑采用水泥品种及石子粒径的大小等参数;

2、了解是否有特殊性能要求， 便于决定所用水泥的品种和粗骨料粒径的大小;

3、了解施工工艺，如输送、浇筑的措施，使用机械化的程度，主要是对工作性和凝结时间的要求，便于选用外加剂及其掺量;？

4、了解所能采购到的材料品种、质量和供应能力。

二、混凝土原材料的选择与材料质量要求

1、选择合适的水泥

耐久性混凝土中的水泥最好选用硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，在水泥中需要搀和粉煤灰或矿渣等复合材料，当混凝土要求抗硫酸盐侵蚀时则可以选用抗硫酸盐硅酸盐水泥或高抗硫酸盐硅酸盐水泥，但最好避免使用高强度或早强水泥。

2、选择合适的细骨料

在选择细骨料时是符合以下要求：合理的级配、较低的吸水率、质地均匀坚固、空隙率小的比较干净的天然河砂，有时也可选用人工砂，但必须是由专门机组生产的，最好不要选用山砂。还要将细骨料的粗细程度分为粗、中、细等三级，配制耐久性混凝土时宜优先选用中级的细骨料。如果采用的是粗级细骨料时，应将其砂率适当的提高，搀和的水泥或胶凝材料要充足，目的是保障耐久性混凝土具有很好的和易性;如果采用的是细级细骨料时，这时砂率宜适当降低。

3、选择合适的粗骨料

在选择粗骨料时应符合以下要求：合理的级配、良好的粒形、质地均匀坚固、具有较小的线胀系数的干净碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂岩碎石。配制耐久性混凝土选用的粗骨料宜采用级别为二级或三级的。粗骨料的松散堆积密度不宜小于1500kg/m3，紧密空隙率不应大于40%，不能超过2%的吸水率。一般情况下，粗骨料的最大公称粒径宜低于2/3的钢筋混凝土保护层厚度，还应小于最小钢筋间距的3/4。

4、选择干净的拌合水

耐久性混凝土的拌和用水可采用饮用水。在做水泥净浆试验所采用的蒸馏水与用拌和用水所得的水泥初凝及终凝时间除符合有关水泥的国家标准的规定外，其差必须控制在30分钟以内。

三、高密实配合比方法

高密实配合比方法是一种科学的配合比设计方法。通过控制骨料的比例，以混凝土中固体材料的最大单位重，有效地获得混凝土的最小空隙率，从而获得最佳级配。所配制的混凝土具有较好的工作性、较高的强度及优异的耐久性。

1、高密实混凝土配合比设计方法

混凝土配合比设计的任务是确定获得预期性能而又经济且性能优良的各组成材料用量。骨料因占混凝土体积约2/3以上，所以直接控制骨料的比例会有效获得混凝土的最小空隙率。混凝土中颗粒的堆积方式对于宏观力学行为有很大影响，就像土壤颗粒材料一样，颗粒结构堆积越致密，空隙越小，接触点越多，则密度越大，理论上应能获得较高的强度。另外，以相同的水灰比而言，骨料在最佳堆积下总浆体用量也会随之减少，相对的拌和水用量也会降低，因而可减少混凝土中弱界面的形成几率及降低浆体本身产生收缩裂缝的可能，从而提高混凝土的耐久性。

四、骨料拨开系数法

1、骨料拨开系数的理论基础

混凝土要求具有一定的流动性和良好的粘聚性，要求混凝土能够在自身重力或外力的作用下克服剪切力和粘滞阻力，即砂浆层拨开了石子之间的咬合，极大程度地减少了粗骨料内部的机械咬合作用力，使混凝土拌和物达到了一定的流动性;同时，对于砂浆层来说，一定的浆体填满并拨开分散了砂粒之间的作用，降低了颗粒之间的摩擦力。因此混凝土拌和物是否具有良好的工作性能，取决于粗骨料拨开系数Kg（砂浆拨开粗骨料程度）、细骨料拨开系数Ks（浆体拨开细骨料程度）。

2、骨料拨开系数法的计算过程Kg取值与粗骨料最大粒径直接相关，最大粒径越小，则取值Kg越大。根据经验（以碎石规格为5.0mm～31.5mm为例）选择Kg= 2.3～2.5，在此围内，Kg值与混凝土强度等级、粗骨料的粒形与级配、细骨料的细度模数有关。混凝土强度等级越高，则Kg则往下限取值;细骨料的细度模数越小，则Kg往下限取值;粗骨料的粒形越圆，则Kg越往下限取值;粗骨料的级配越好，则Kg越往下限取值。

2.1、对应粗骨料体积计算公式：Vg= 1000/[〔Kg+1〕・Pg +1]mg= Vg・γg（1），式中：Pg―粗骨料堆积空隙率，无量纲;γg为粗骨料表观密度，单位为kg/m3

2.2、对应细骨料体积的计算公式：

V〔1000-Vg/[〔Ks+1〕・ Ps+1]ms= Vs・rs（2），式中：Ps―细骨料堆积空隙率，rs为细骨料表观密度浆体体积按以下公式计算：Ve= 1000-Vg-Vs（3）。

2.3、根据试验所确定的水胶比、掺和料比例、密度就可以计算出用水量、各种胶凝材料的用量、外加剂的用量。计算公式如下：

a、根据式（3）转化为：mW/rW+mB/rB+ε=Ve（4），式中：rB=rc・rf・rk/[（1-a-b）・rf・rk+a・rc・rk+b・rc・rf] （5），mW为用水量，rW为水密度;mB为胶凝材料总量，rB为胶凝材料密度，rc为水泥密度，rf为粉煤灰密度，rk为粒化高炉矿渣粉密度，a为粉煤灰比例，b为粒化高炉矿渣粉比例，ε为空气体积，取15L。

b. mc=（1-a-b）mBmf=amBmk=bmB（6），式中：mc为水泥用量，mf为粉煤灰用量，mk为粒化高炉矿渣粉用量。

c. 先求减水率μ：按照式（4）计算出实际的mw值，并根据JGJ 55-2000中的方法计基准用水量mw0，减水率的公式：μ=[〔mw0-mw〕/ mw0] ・100%

2.4、再根据外加剂减水率与掺量关系曲线的试验结果确定外加剂掺量δ，从而确定外加剂用量ma。ma=δ・mB

2.5、配合比计算完成后，必须在实验室中进行试配，并根据混凝土拌和物工作性能要求对外加剂和用水量进行调整，在调整中应保持水胶比不变。当工作性能不能满足要求时，在外加剂与水泥适应性正常的前提下，改变骨料拨开系数进行调整。

五、结束语

高密实配合比方法是比较科学的配合比设计方法，所配制的混凝土具有较好的工作性、较高的强度及优异的耐久性。使用骨料拨开系数法进行配合比设计，配制的混凝土符合对拌和物具有较高工作性的要求。