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.km，客运专线双线间距4.6m，设计时
速160km／h，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，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 项 细度 目 标 ≤10 准 实测值 3．1 25．8 2h18min 3h45min 7．8 9．6 44．5 ．3 合 格 － ≥45min ≤10h ≥5.0 ≥7.0 ≥26.0 ≥52.5 必须合格 用水量 初 凝 终 凝 3天 28天 3天 28天 标准稠度强 度 （MPa） 抗 折 抗 压 安 定 性 １
2．2 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２
砂技术指标 表2 细度模数 3．1 含 泥 量 （％） 1．7 泥 块 含 量 （％） 0．1 2.2.2 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5－20mm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） 5－20 含泥量（％） 0．6 泥块含量（％） 0．2 针片状（％） 6．1 压碎值（％） 7．8 2．3 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 FDN NJ－5 SP420 ST泵送剂 掺 量 0．8 0．9 0．8 1．0 减 水 率 （％） 22 21 20 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 编 号 1 2 3 4 #外加剂 品 种 FDN NJ－5 SP420 ST泵送剂 ＃用水量 ㎏/m3 外加剂掺量 (㎏/m) 3.74 4.21 3.74 4.68 3坍落度 (mm) 210 205 205 210 ＃抗 压 强 度 (MPa) 3天 41.2 34.5 37.2 33.8 7天 58.7 52.1 54.3 50.8 28天 .7 65.2 61.0 60.5 148 148 155 154 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
3．1 主要试验仪器设备
搅拌机：HJB－30型混凝土搅拌机； 天 平：500g 、0.05g； 3．2 相关技术要求
搅拌时间：160s－210s；
２
养护条件：标准养护（温度20±3℃、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。 4．1 配制强度
C50级混凝土配合比设计依据JGJ／T55－96《普通混凝土配合比设计规程》和TB10210－97《铁路混凝土与砌体工程施工及验收规范》、TB10425－94《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.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。 4．2 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
3
验水胶比应控制在0.32－0.36之间，胶凝材料总量不超过480kg/m。 4．3 砂率
高强混凝土常用砂率在28％－32％之间，但从泵送混凝土角度考虑，砂率过小，导致流变参数η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38％－45％之间。 4．4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、低碱外加剂控制混凝土总碱
3
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/m,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440－3
480kg/m,砂率38－45％，水胶比0.32－0.36，外加剂掺量为胶凝材料的0.7－1.0%。 5、混凝土性能试验研究
5．1 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：180－220mm； 扩展度：550－600mm；
3
表观密度：2400－2470kg/m; 含气量：0.57－1.0％；
坍落度损失：60min最大值为15mm；
初凝时间：3h10min; 终凝时间：4h30min; 5．2 混凝土力学性能 5．2．1 抗压强度
３
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6 砂率 水胶比 (%) (mm) n 12 mfcu,28 65.6 fcu,max 70.1 fcu,min 59.8 δ(%) 3.47 坍落度 28天强度(MPa) 0.32~0.34 42 180~200 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.5MPa很接近，并略有提高，表明强度的复验性很好。 5．2．2 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100×100×300棱柱体试验，其轴心抗压强度均采以0.95系数（GBJ81－85标准规定），试验结果列于表7
轴心抗压强度与弹性模量 表7 28天抗压强度(MPa) 试 件 组平均 T－3 T－4 T－5 63.5 63.8 63.8 .1 50.7 51.9／63.8＝0.813 平均轴压比值 52.8 51.9 4.73 总平均 组平均 52.1 4.85 4.82 总平均 组平均 4. 总平均 轴心抗压强度(MPa) 弹性模量(1×10MPa) 4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。 5．3 混凝土长期性及耐久性能 5．3．1 收缩性能
混凝土的干燥收缩试件用100×100×515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 试 件 编 号 1天 0.018 3天 0.056 收 缩 值 (mm／m) 7天 0.072 14天 0.091 28天 0.138 45天 0.155 60天 0.170 90天 0.210 T－3 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。
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因此，干燥收缩比普通等级混凝土低，具较早的趋于稳定。 5．3．2 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20－30mm，说明抗渗等级大于P20。 5．3．3 抗冻性
抗冻性试验，按冻结时温度控制在－15℃~－20℃，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 强度损失率（％） 重量损失率（％） 外 观 50次循环 fc0=.8MPa mfcu=61.2MPa 5.５６ 无 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2.7~3.3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） （2） （3） （4）
冯乃谦 《高性能混凝土》 中国建筑工业出版社 1996 《普通混凝土配合比设计规程》 JGJ/T55-96
《铁路混凝土与砌体工程施工及验收规范 》 TB10210-97 《铁路混凝土强度检验评定标准》 TB10425-94
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