浅谈高速铁路高性能混凝土梁原材料质量控制

杜巍林

1 概述

由于人们对桥梁设计的认识不足,在桥梁混凝土的先期设计中主要通过混凝土的强度作为设计依据。然而随着社会发展,在原来使用的桥梁中发现大量桥梁出现使用寿命大大缩短,桥梁的维护和更换费用大大增加。出现桥梁使用寿命缩短的原因正是由于对高性能混凝土耐久性的考虑不全造成的,而提高混凝土耐久性的主要途径是通过控制原材料的质量来保证。因此在高速铁路预制梁的施工中,设计人员以混凝土的强度和耐久性作为设计依据,在预制梁的施工中严格控制各种原材料的质量,有效的保证了桥梁的使用寿命和制作质量。

2 各原材料控制要求

2.1 粗骨料

粗骨料母岩的抗压强度与梁体混凝土设计强度等级大于2。

粗骨料应优先采用坚硬耐久的碎石,也可采用碎卵石,不宜采用砂岩碎石。粗骨料的颗粒形状、表面特性对混凝土的粘结性能有很大影响,应选取近似立方体的碎石,表面粗糙且多棱角,针片状总含量不超过5%。影响高性能混凝土强度的重要因素有骨料的强度、水泥石、水泥石与骨料之间的粘结强度,需控制粒径大小。

粗骨料中的泥土、石粉含量要严格控制,其含泥量过大,混凝土容易离析、和易性差、粘结性降低,影响混凝土的强度和耐久性,含泥量应小于0.5%。

粗骨料的碱活性应采用岩相法检验。若粗骨料含有碱—硅酸反应活性矿物,其砂浆棒膨胀率应小于0.10%,否则应采取抑制碱—骨料反应的措施,不得使用具有碱—碳酸盐反应活性的骨料。

粗骨料的其他性能指标应满足《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的要求。

2.2 细骨料

细骨料的质量直接影响到混凝土的和易性,应优先选取硬质洁净级配良好的天然河砂,不应用海砂,因为天然河砂比较干净,含泥量少,砂中石英颗粒含量较多,级配一般都能符合要求。砂的细度模数宜控制在2.6～3.0之间。细度模数小于2.6时,拌制的混凝土较稠,难以振捣,细度模数3.0以上时,容易引起新拌混凝土的运输浇筑过程中离析及保水性差。

砂中杂质含量,如云母、泥的含量过高,不但影响混凝土拌合物的和易性,而且影响混凝土的强度、耐久性、引起混凝土的收缩裂缝等其他性质,含泥量应不超过2%,云母含量小于0.5%。

在某些地区不易找到合格的河砂,通过近年来的实践证明可以用机制砂代替河砂,不但对混凝土的性能没有影响,而且可以降低生产成本。所使用的机制砂材质不包括软质岩、风化岩石颗粒,机制砂颗粒多棱角、表面粗糙,有利于与水泥等胶结材料的粘结,有利于混凝土强度的提高,从表面上带来了和易性差的缺点,而机制砂中的石粉恰好能弥补这一缺陷,因为石粉是一种惰性材料,细度小,它弥补了砂中缺少的细颗粒,增大了固体的表面积,减少了混凝土泌水和离析现象,而且石粉能和水泥等胶凝材料与水形成柔软的浆体,即增加混凝土的浆量,减少砂石之间的摩擦,从而改善混凝土的和易性。但是机制砂的石粉含量也是有一定限度的,应严格按照标准执行。

细骨料的碱活性应采用砂浆棒法进行检验,且细骨料的砂浆棒膨胀率应小于0.10%,否则应采取抑制碱—骨料反应的技术措施。

细骨料的其他性能指标应满足《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的要求。

2.3 水泥

水泥将松散状骨料凝结成具有一定物理力学性质的石状体,在混凝土中起到粘结的作用。

水泥应控制细度,水泥的颗粒粒径越细,与水泥接触的比表面积越大,水化速度较快也较充分,但水泥过细对混凝土的耐久性性能又会造成影响。因此,水泥的比表面积宜控制在不小于300 m2/kg且不大于350 m2/kg。

水泥的凝结时间对混凝土的质量有重要的影响,GB 175-2007通用硅酸盐水泥对水泥的初凝时间和终凝时间作出了具体的指标要求。硅酸盐水泥的初凝时间不小于45 min,终凝不大于390 min;其他硅酸盐水泥的初凝时间不小于45 min,终凝时间不大于600 min。凡初凝时间不符合规定者为废品,终凝时间不符合规定者为不合格品。

水泥的体积安定性是指水泥浆硬化后体积变化是否均匀的性质,安定性不良的水泥会使混凝土产生膨胀裂缝,因此安定性不合格的水泥为废品。

水泥熟料应严格控制C3A的掺量,不应大于8%,在强腐蚀环境下不应大于5%。水泥应采用低碱水泥,碱含量不应大于0.6%。

水泥的其他性能指标应满足《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的要求。

2.4 高效减水剂

因加入减水剂后,致使憎水基因定向吸附于水泥颗粒表面,亲水基因指向水溶液,使水泥颗粒表面带有相同的电荷,在电力的作用下,水泥颗粒互相分开。包裹的游离水释放出来,增加混凝土的流动性。当水泥颗粒表面吸附足够的减水剂后,在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜层。它阻止了水泥颗粒间的直接接触,并在颗粒间起润滑作用,改善了混凝土拌合物的和易性。水泥颗粒被有效分散,颗粒表面被水分充分湿润,增大了水泥颗粒的水化面积,使水化比较充分,从而提高混凝土强度。

目前,高性能混凝土高效减水剂多采用聚羧酸系高效减水剂。该类减水剂用量少、能有效降低混凝土粘度、提高混凝土的流动性和减少坍落度损失。

高效减水剂硫酸钠含量不大于5%,氯离子含量不大于0.1%,其他性能指标应满足《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》。

2.5 外掺料

在我国的混凝土外掺料中主要有粉煤灰、矿渣粉和硅粉,外掺料应选用品质稳定的产品。

掺合料对混凝土有填充增密、流化、增强与提高耐久性的作用,被称为高性能混凝土的第六组分。

粉煤灰需水量比不大于100%,磨细矿渣粉比表面积宜为400 m2/kg～500 m2/kg,外掺料的其他性能指标应满足《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的要求。

2.6 拌合用水

拌合用水的水质会影响到混凝土的和易性、凝结时间、强度发展和耐久性,水中的氯离子对钢筋特别是预应力钢筋会产生腐蚀作用。因此拌合用水必须经过试验检测达到标准要求后才能用于混凝土的拌制。

符合国家标准生活饮用水可直接用作混凝土拌合水,地表水和地下水应经检验合格后方能作为混凝土拌合用水,不得使用海水。

拌合用水的性能指标应满足《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的要求。

3 结语

通过本文对高速铁路高性能混凝土梁原材料质量控制的叙述,可以看出任何一种原材料的质量不稳定都可能造成高性能混凝土达不到设计要求。在目前对混凝土提出高强度、高耐久性的要求下,只有通过严格控制原材料的每项指标才能确保混凝土的质量。

[1] 安文汉.铁路工程试验与检测[M].太原:山西科学技术出版社,2006.

[2] 客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件[Z].2005.

[3] 客运专线高性能混凝土暂行技术条件[Z].2005.

[4] 许丽丽,李 宏.浅谈高性能混凝土[J].山西建筑,2008,34(13):178-179.