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施工过程误差对客运专线高性能混凝土耐久性的影响研究摘要：本文研究了称量误差、拌和物工作性能和离散性、浇筑振捣时间及静停时间的差异、养护制度对高性能混凝土耐久性的影响。绘制了外加剂掺量、水泥掺量、振捣时间、放置时间、养护制度、工作性能对高性能混凝土耐久性的影响曲线，进行机理分析。关键词：高性能混凝土；耐久性；抗氯离子渗透性能中图分类号：文献标识码：StudyontheinfluenceofconstructiontechnologyondurabilityofHPCAbstract：Inthispaper,theeffectsofseveralfactorssuchasweigherror,workingcapabilityofmaterial,vibratingtime,delaytime,curingregimesonthedurabilityofHighPerformanceConcreteareinvestigated.InfluencecurvesofthedurabilityofHighPerformanceConcretebytheamountofadmixture,vibratingtime,delaytime,curingregimesandworkingcapabilityofmaterialaredrawn.Andthemechanismisstudied.0引言我国铁路客运专线建设全面开工，基础设施按满足列车开行速度至少200km／h、预留250km／h及进一步提速条件标准建设，主要结构物要满足100年使用期要求。出于节约土地、不干扰原有的铁路与公路线路，以及保证跨越软土地区线路的平顺与高速运行，客运专线建设优先采用“以桥代路”的形式，桥梁所占比例达到60%以上。客运专线桥梁作为生命线工程的重要组成部分，不仅需要巨额的投资，而且它的安全性能与寿命直接影响生命财产的安全。客运专线桥梁设计了采用32m后张法预应力混凝土简支箱梁，梁体混凝土采用C50高性能混凝土，每榀梁的混凝土用量达到300m3以上，结构使用寿命设计为100年。客运专线混凝土箱梁与普通铁路桥梁相比，具有对混凝土耐久性、工作性及质量标准要求高等特点。虽然在实际工程实际中，混凝土的制备采用现代化智能的称量与搅拌系统，但是由于某些人为因素、自然因素的存在，仍然不能完全避免误差的出现；而现场施工过程中的复杂性及不确定性也带来了拌合物塌落度、扩展度、含气量等工作性能的差异；同时，在实际工程中，混凝土浇注后的振捣是由侧模附着式振捣与人工振捣棒振捣相结合的形式完成，工人对振捣的熟练程度、对规程要求的熟悉程度及执行程度不同，致使每个人的振捣时间都不同。这些在高性能混凝土制备、浇注及振捣等施工过程误差对对高性能混凝土耐久性将产生较大影响。本文通过试验分析了称量的误差、拌和物的工作性能的离散性、浇筑振捣时间及静停时间的差异以及养护制度对高性能混凝土抗氯离子渗透性能的影响。1原材料与试验方案1.1原材料水泥:选用邯郸产太行牌42.5级普通硅酸盐水泥，28d抗压强度54.3MPa。粉煤灰:选用神头电厂一级粉煤灰。需水量比1，烧失量3%，其他各项指标亦符合《高强高性能混凝土矿物外加剂》（GB/T18736-2002）的一级粉煤灰要求。矿粉：选用太原德龙产S95矿渣微粉。粗骨料：选用级配良好的武家山碎石，5~10mm和10-25mm两种粒径，针片状颗粒含量4.3%。细骨料：选用细度模数为2.8的天然中砂。外加剂:选用北京FCA引气型聚羧酸盐系高效减水剂，减水率28%。拌合水：自来水1.2配合比设计采用“全计算法”设计并通过试验研究调整的基准配合比P1，为了研究计量误差对耐久性的影响，选择了主要影响因素外加剂用量影响试验如表1。表1混凝土基准配合比水泥/kg砂/kg石子/kg水/kg粉煤灰/kg矿粉/kg外加剂/kg336722108315548965.521.3试验方案1.3.1计量误差影响试验通过调整配合比模拟施工过程中对于拌合物称量的误差，在此调整外加剂及水泥用量。试件成型前，测每种配合比下混凝土塌落度及扩展度，试验方法按照《普通混凝土拌和物性能试验方法》(GBJ80—85)进行。试块成型后养护28d，做氯离子渗透试验。（1）外加剂量改变。实践证明：减水剂与水泥、粉煤灰、矿粉的用量之和的比值宜在1.2%~0.8%之间变化。太小作用不大，太大则容易发生泌水。因此，确定最大及最小掺量后,中间梯度变化，具体掺量如表2。表2外加剂用量变化表（单位：kg/m3）编号水胶比水泥砂石子粉煤灰矿粉水外加剂P10.332336722108348961555.52P20.329336722108348961553.84P30.330336722108348961554.32P40.332346722108348961555.28P50.333356722108348961555.76（2）水泥用量改变。根据标准配合比将水泥用量每次调整10kg。具体掺量如表3。其中S1与P1相同，均为标准配合比。表3水泥用量变化表（单位：kg/m3）编号水胶比水泥砂石子粉煤灰矿粉水外加剂S10.332336722108348961555.52S20.347316722108348961555.52S30.339326722108348961555.52S40.325346722108348961555.52S50.319356722108348961555.521.3.2模拟不同施工人员、不同部位振捣时间的差异：用标准配合比配置，搅拌后用30mm的振捣棒分别振捣5s、10s、20s、30s，成型前各测含气量，成型后养护28d，做渗透试验。3、模拟混凝土到场后，由于某些原因不能直接浇筑而需静停一段时间的情况：用标准配合比配置，搅拌后分别放置10min、20min、30min后入模，放置前后各测含气量，成型后养护28d，做渗透试验。4、用标准配合比配置，分别测自然养护、标准养护状态、蒸汽养护下试件的28d抗氯离子渗透性能。1.4试件的制作1、试件尺寸及数量全部采用100mm*100mm*100mm立方体试件，不同条件下的试块各做3块用于做氯离子渗透试验。2、试件制备工艺①搅拌：使用强制式搅拌机，严格控制加水量。现场混凝士搅拌时，按如下流程：将高效减水剂AN4000溶在拌和水中一起加入，为使拌合物均匀，搅拌时可适当延长搅拌时间，搅拌时问不能少于3min，搅拌时间从投入固体原材料后搅拌机开始时算起。②成型：高频振动台振动后成型。③养护：a、自然养护：静停一天后，拆模，自然状态下养护28d。b、标准养护：静停一天后，拆模，在20℃，湿度90%的标养室标养至28d。c、蒸汽养护：静停一天后，拆模，40度蒸汽养护24小时后，标养至28d。1.5试验设备及测试方法(1)含气量的测定使用7L直读式精密混凝土含气量测定仪含气量桶，直接得含气量。试验方法按照《公路工程水泥混凝土试验规程》(JTJ053-94)T0515-94进行。(2)抗氯离子渗透能力测试混凝土氯离子渗透性测试按照ASTMC1202-97进行。2试验结果以3个试件测值的平均值作为该组试件的电通量。3个测值中的最大值或最小值中如有1个与中间值的差值超过中间值的15%时，则取中间值作为该组试件的电通量；如有2个测值与中间值的差值超过中间值的15%，则该组试件的实验结果无效；现将试验所得数据集中列于表4-8。表4不同外加剂掺量下混凝土的指标配合比编号外加剂掺量（%）水胶比塌落度（mm）扩展度（mm）28d电通量（库仑）P11.150.332200515838P20.80.329150420765P30.90.33165450869P41.10.332180485907P51.20.3332655851023表5不同水泥掺量下混凝土的指标配合比编号水泥掺量(kg/m3)水胶比塌落度（mm）扩展度（mm）28d电通量（库仑）S13360.332200515838S23160.347260520909S33260.339230450759S43460.325185485729S53560.319175585741表6不同振捣时间下的混凝土指标振捣时间（s）含气量（%）28d电通量（C）52.7936102.9793202.8844301.91179表7不同放置时间下的混凝土指标放置时间（min）含气量（%）抗压强度（MPa）28d电通量（C）振捣前振捣后3d28d103.32.54367.98222032.347.269.4822302.42.447.972.3807表8不同养护制度下的混凝土指标养护制度28d电通量（库仑）自养856标养823蒸养6353分析与讨论3.1外加剂掺量对耐久性的影响减水剂对混凝土电通量存在影响,其主要是通过影响混凝土内部孔结构、孔径分布,以及浆体与集料界面过渡区的结构来影响电通量。不同外加剂掺量对28d电通量影响如图1。图1外加剂掺量对电通量的影响由图可见，随着外加剂掺量的提高，电通量也随之增大，当外加剂掺量在1.15%时，有轻微突变。当外加剂掺量≤1.15%时，电通量1000C,根据电量法分级标准，渗透性为“很低”,而当外加剂掺量为1.2%时，电通量达到1023，渗透性为“低”。外加剂的掺量从0.8%变化到1.2%，导致电通量变化了标配下电通量的30.8%。外加剂掺量提高，由于用水量不变，所以水胶比增大，而水胶比直接影响到电通量的大小，水胶比越大，电通量越大。当外加剂的掺量在1.15%时的突变恰恰说明了通过大量试验得出的标准配合比的优越性。当外加剂掺量在1.2%时，混凝土已经产生泌水，泌水会破坏混凝土的均匀性，由于泌水时，一部分自由水会上升到混凝土上表面，而一部分则滞留在粗集料下方与胶接料的过渡界面上。拌和水在上升的过程中，会携带一部分胶凝材料以及骨料中的微细粒子，使混凝土表面形成一层含水量大的浮浆层，造成表面混凝土的疏松多孔，从而影响到电通量的大小。3.2水泥掺量对耐久性的影响图2为不同的水泥掺量下的电通量。图2水泥掺量对电通量的影响由图可见，随着水泥用量的增大，电通量有逐渐减小的趋势，在标准配合比下有突变，水泥掺量从316到356，变化了11.9%，电通量从909C到741C，变化了20%，但是总体来说渗透性均为“很低”。水泥用量的增大或减少，直接影响到水胶比的增大或减小，这点与改变外加剂掺量作用相似，同样会导致电通量的增大或减小。标准配合比下的试件有更好的抗氯离子渗透能力。3.3振捣时间对耐久性的影响图3振捣时间对电通量的影响图3为不同振捣时间对电通量的影响，由图可见，振捣时间为10s和20s时，电通量较低，为800C左右，当振捣时间为30s时，电通量已经达到了1179C，渗透性为“低”。振捣时间对氯离子渗透性的影响主要体现为振捣时间对密实度的影响。当振捣时间过短时，胶凝材料、骨料、水可能并未被搅拌均匀，而过长则会导致离析。从而引起更多浆体和水分在集料表面集聚,更加削弱了混凝土内部浆体与集料界面结构,宏观表现为抗压强度的下降和电通量的增加,这种界面结构的变化对混凝土渗透性的负面影响极为严重。3.4放置时间对耐久性的影响混凝土搅拌后、使用前放置的时间不同导致的电通量变化如图4。图4放置时间对电通量的影响由图可见，放置10或20min电通量相同，比放置30min的电通量大了1.8%，相对于其他条件对电通量的影响，变化不算大。总的来说，放置后的电通量比直接使用的混凝土电通量都要小。放置时间对氯离子渗透性的影响同样可以归结为水胶比的变化，混凝土在自然条件下放置，由于水分蒸发而失水，这就导致了水胶比减小，因而密实度增大，最终电通量变小。随着放置时间的增大，HPC的电通量逐渐减小，但是改变量并不明显，考虑到放置后的工作性能大大降低，所以建议在条件允许的情况下直接使用。3.5养护制度对耐久性的影响自然养护（zr）、标准条件下养护（by）、蒸汽养护（zy）下的电通量如图5图5养护制度对电通量的影响由图可见，标准条件下养护的试件