城市軌道交通工程高性能混凝土配制試驗研究

盧傳泰，湯國芳，王曉妍，付智

（江蘇誠意工程技術研究院，江蘇 徐州221000）

0 引言

隨著混凝土技術的發(fā)展，高性能混凝土在實際工程中獲得了越來越廣泛的應用[1]。 江蘇誠意工程技術研究院有限公司聯(lián)合江蘇省建筑科學研究院、徐州市城市軌道交通有限責任公司等對高性能混凝土配制技術進行研究。

1 項目研究方案及原材料

1.1 研究方案

（1）根據(jù) GBT50080—2016 《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》對高性能混凝土進行配制，使得拌合物滿足工作性要求。

（2）研究配合比的參數(shù)變化對混凝土性能的影響，主要包括水膠比、抗裂劑摻量等；主要測試指標：抗壓強度、抗裂性控制指標、耐久性能測試。

1.2 混凝土技術控制指標與測試方法

軌道交通工程用板式結構和墻體結構的高性能混凝土關鍵技術控制指標均應滿足以下指標：

（1）混凝土工作性能?；炷撂涠龋海?60±20）mm；含氣量：不做強制要求。

（2）混凝土熱工、力學性能。根據(jù)GB/T50081—2019《普通混凝土力學性能試驗方法標準》測試混凝土熱、力學性能控制指標見表1，劈拉強度、靜力彈性模量不作強制要求，根據(jù)拌合站自身試驗條件決定是否測試。

（3）混凝土抗裂性能。 表2 給出了板式結構和墻體結構高性能混凝土的抗裂性能。

（4）混凝土耐久性能。 表3 顯示板式結構和墻體結構高性能混凝土的耐久性能指標。

1.3 試驗原材料

PCA-I 聚羧酸系減水劑和HME-V 抗裂劑由江蘇蘇博特新材料股份有限公司提供，其他試配原材料全部由江蘇誠意工程技術研究院有限公司提供。

PCA-I 聚羧酸系減水劑和HME-V 抗裂劑性能應滿足以下要求：

（1）HME-V 混凝土（溫控、防滲）高效抗裂劑，其性能控制指標及測試方法如表4 所示，由拌合站根據(jù)自身試驗條件決定是否測試。

（2）PCA-I 減縮型聚羧酸減水劑：28 d 干燥收縮率比應不大于100%， 由拌合站根據(jù)自身試驗條件決定是否測試。

2 C35P12 高性能混凝土的配制技術研究

2.1 板式結構高性能混凝土配制技術

板式結構（編號用B 表示）用C35P12 高性能混凝土采用江蘇省建筑科學研究院提供的4 組混凝土配合比，具體配合比見表5。

2.1.1 不同抗裂劑種類對混凝土性能的影響

研究了不同抗裂劑（HME-V、JM-IIIC）對混凝土力學、抗裂和耐久性能的影響。

（1）不同抗裂劑（HME-V、JM-IIIC）對混凝土力學性能的影響測試結果見表6 和圖1。

表1 試驗車站高性能抗裂混凝土熱工、力學性能指標要求

表2 試驗車站高性能抗裂混凝土抗裂性控制指標

表3 試驗車站高性能抗裂混凝土耐久性控制指標

表4 混凝土抗裂劑性能控制指標及檢測方法

表5 板式結構用高性能混凝土配合比

表6 不同抗裂劑（HME-V、JM-IIIC）對混凝土力學性能的影響

圖1 不同抗裂劑（HME-V、JM-IIIC）對混凝土力學性能的影響

從上述圖表可以看出，隨著齡期的增長，混凝土的抗壓強度逐漸增大，不同的抗裂劑對混凝土抗壓強度影響較大。 當采用HME-V 抗裂劑時，混凝土早期強度較JM-IIIC 低，但是28 d 強度較JM-IIIC 增長快，28 d 抗壓強度達到 42.3 MPa， 超過 3個月平均值。 而采用JM-IIIC 抗裂劑，雖早期強度較高，但28 d 強度低于平均值。無論采用哪種抗裂劑，混凝土28 d 抗壓強度均超過設計強度，兩種抗裂劑均可采用。

（2）不同抗裂劑（HME-V、JM-IIIC）對混凝土抗裂性能的影響，測試結果見表7。

從表7 可以看出，針對兩種抗裂劑，14 d 呈收縮趨勢， 但是28 d 收縮膨脹試驗值均達到了工程設計目標， 說明兩類抗裂劑均與拌合站原材料相容，可以在高性能混凝土中應用。

（3）不同抗裂劑（HME-V、JM-IIIC）對混凝土耐久性能性能的影響，電通量測試結果見表8。

表7 不同抗裂劑（HME-V、JM-IIIC）對混凝土抗裂性能的影響

表8 不同抗裂劑（HME-V、JM-IIIC）對混凝土抗裂性能的影響

從表8 可以看出，針對兩種抗裂劑，B1 組的電通量稍微大于設計電通量規(guī)定值，即HME-V 在此工程高性能混凝土中有待于進一步研究； 相反，JM-IIIC 抗裂劑的電通量低于設計值，可在高性能混凝土中得到應用。

2.1.2 不同水膠比對混凝土性能的影響

在未采用抗裂劑的情況下，增加混凝土膠凝材料總量，保持膠凝材料總量為390 kg/m3，研究了不同水膠比對混凝土力學、抗裂和耐久性能的影響。

（1）不同水膠比對混凝土力學性能的影響，測試結果見表9 和圖2。

從上述圖表可以看出，隨著齡期的增長，混凝土的抗壓強度逐漸增大，水膠比變化對混凝土的抗壓強度影響十分顯著，水膠比降低，抗壓強度增大。結果顯示，B3 組和B4 組混凝土28 d 抗壓強度均超過設計強度。

表9 不同水膠比對混凝土力學性能的影響

圖2 不同水膠比對混凝土力學性能的影響

（2）不同水膠比對混凝土耐久性能性能的影響，電通量測試結果見表10。

表10 不同水膠比對混凝土抗裂性能的影響

2.2 側墻結構高性能混凝土配制技術

側墻結構（編號用Q 表示）用C35P12 高性能混凝土采用江蘇省建筑科學研究院提供的3 組混凝土配合比，具體配合比見表11。

研究了在摻加抗裂劑的情況下，不同水膠比對側墻結構C35P12 高性能混凝土性能的影響研究。

2.2.1 不同水膠比對側墻結構混凝土性能的影響

在未采用抗裂劑的情況下，增加混凝土膠凝材料總量，保持膠凝材料總量為390 kg/m3基礎上，研究了不同水膠比對混凝土力學、抗裂和耐久性能的影響。

（1）不同水膠比對混凝土力學性能的影響，具體測試結果見表12 和圖3。

表11 側墻結構用高性能混凝土配合比

表12 不同水膠比對混凝土力學性能的影響

圖3 不同水膠比對混凝土力學性能的影響

從上述圖表可以看出，隨著齡期的增長，混凝土的抗壓強度逐漸增大，水膠比變化對混凝土的抗壓強度影響顯著，水膠比降低，抗壓強度增大。結果顯示，Q1 組和 Q2 組混凝土 3 d、7 d、28 d 抗壓強度均超過設計強度。

（2）不同水膠比對混凝土抗裂性能的影響，測試結果見表13。

從表13 可以看出，采用HME-V 抗裂劑的情況下， 水膠比在 0.42～0.444 之間時，14 d 膨脹率為負值，但是28 d 收縮膨脹試驗值均達到了工程設計目標。

（3）不同水膠比對混凝土耐久性能性能的影響，電通量測試結果見表14。

從表14 可以看出，Q1 組和Q2 組的電通量均滿足設計電通量規(guī)定值，且水膠比較低的電通量較低。

2.2.2 不同膠凝體系對側墻結構混凝土性能的影響

本次試驗研究僅含有粉煤灰與水泥體系下混凝土的性能，具體測試結果見表15。

從表15 可以看出，隨著齡期的增長，混凝土的抗壓強度逐漸增大，28 d 抗壓強度值大于35 MPa；28 d 的膨脹率限值≥-0.020%；電通量滿足設計要求。 因此，僅采用粉煤灰+水泥膠凝體系也是可以達到設計要求的。

2.3 小結

高性能混凝土性能匯總見表16。

表13 不同水膠比對混凝土抗裂性能的影響

表14 不同水膠比對混凝土抗裂性能的影響

表15 粉煤灰-水泥膠凝體系對混凝土性能的影響

表16 高性能混凝土性能匯總表

為了研制出滿足工程設計需求的最佳高性能混凝土配合比， 在保證混凝土工作性良好的基礎上，應使混凝土的抗壓強度富余較少。 膠凝材料用量、水膠比、膠凝材料體系對于新拌混凝土的抗壓強度、變形性能與耐久性能均有較大影響。

針對板式結構而言，B2 組混凝土配合比能較好地滿足設計要求；針對側墻結構而言，Q2 組混凝土配合比滿足設計要求。兩種結構用混凝土均可以通過在保證混凝土工作性能良好的前提下，適當降低水膠比，增加減水劑摻量以提高混凝土強度。

3 結論

（1）膠凝材料用量、水膠比、膠凝材料體系對于混凝土的抗壓強度、變形性能與耐久性能均有較大影響。

（2）膠凝材料體系可選擇粉煤灰與礦粉的復合體系，僅采用粉煤灰與水泥體系時，應控制好粉煤灰摻量。

（3）針對板式結構，B2 組混凝土配合比能較好地滿足設計要求；針對側墻結構，Q2 組混凝土配合比滿足設計要求。兩種結構用混凝土均可以在保證混凝土工作性能良好的前提下， 適當降低水膠比，增加減水劑摻量，以提高混凝土強度。