90专线高性能混凝土配合比设计指导书.docx

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90专线高性能混凝土配合比设计指导书

XXX集团

XX高速铁路土建工程XXX项目部

客运专线高性能混凝土配合比设计指导书

xxx集团XX高速铁路xx项目经理部中心试验室

目录

1编制目的1

2适用条件、范围1

3编制依据1

4原材料的选择与质量要求2

4.1水泥3

4.2细骨料4

4.3粗骨料6

4.4水7

4.5外加剂8

4.6掺和料9

5高性能混凝土配合比设计的要求11

5.1一般规定11

5.2高性能混凝土耐久性指标要求12

5.3规范对混凝土配合比设计参数限值14

6混凝土配合比设计步骤16

6.1混凝土配合比参数的选定16

6.2混凝土配合比设计方法17

6.3混凝土配合比试配和调整21

7混凝土配合比选定试验23

高性能混凝土配合比设计作业指导书

1编制目的

混凝土工程在铁路桥涵、隧道、涵洞等工程中都是一个极其重要的分项工程，使用的混凝土不仅涉及常态混凝土，泵送混凝土，而且涉及喷射混凝土、水下混凝土、预应力混凝土等专业要求较高的混凝土类型。

随着混凝土的发展及人们对工程质量要求的越来越严，混凝土耐久性的质量要求与控制越来越受到人们的关注，为了做好XX高速铁路工程混凝土的配合比设计，使配制的混凝土达到设计要求的结构安全、使用功能和耐久性能，满足设计使用年限内正常运营的需要（即满足铁路客运专线工程结构耐久性要求），特编制《客运专线高性能混凝土配合比设计作业指导书》。

2适用条件、范围

本作业指导书适用于XX高速铁路xx集团管段内桥梁、隧道及涵洞等工程所有有耐久性要求的高性能混凝土配合比设计、试配及验证试验。

3编制依据

高性能混凝土配合比设计试验依据（但不限于）下列标准、规范、规程及文件：

（1）《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》，科技基[2005]101

（2）《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》，铁建设[2005]157号

（3）关于发布《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》等两项铁路工程建设标准局部修订条文的通知，铁建设[2007]140号

（4）《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》等九项铁路工程建

设标准局部修订条文，铁建设[2006]141号

（5）《铁路混凝土与砌体工程施工规范》，TB10210-2001

（6）《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》，铁建设[2005]160号

（7）《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》，JGJ63-2006

（8）《普通混凝土用碎石或卵石质量及检验方法标准》，JGJ53-92（仅限粗骨料筛分试验）

（9）《通用硅酸盐水泥》，GB175－2007

（10）《普通混凝土配合比设计规程》，JGJ55-2000

（11）《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》，GB/T50080-2002

（12）《普通混凝土力学性能试验方法标准》，GB/T50081-2002

（13）《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》，GBJ82-85

（14）《混凝土拌和用水标准》，JGJ63-2006

（15）《混凝土外加剂》，GB8076-1997

（16）《混凝土泵送剂》，JC473-2005

（17）《高强高性能混凝土用矿物外加剂》，GB/T18736-2002

（18）《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》，GB/T18046-2000

（19）《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》，GB1596-2005

（20）XX高速铁路《高性能混凝土施工实施细则》

（21）《混凝土泵送施工技术规范》，JGJ/T10-95

（22）《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》，铁建设[2004]120号

4原材料的选择与质量要求

由于目前混凝土配合比报批时须提供原材料检验报告和总碱量、氯离子等指标的计算成果，因此，混凝土配合比设计试验前应按《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁建设[2005]160号）要求对水泥、粗细骨料、拌和用水、外加剂、粉煤灰、矿渣粉等原材料进行全部指标的检验，在配合比

试验前应完成常规项目的试验。

4.1水泥

4.1.1水泥宜选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，水泥的混合材宜为矿渣或粉煤灰，有耐硫酸盐侵蚀要求的混凝土也可选用中抗硫酸盐硅酸盐水泥或高抗硫酸盐硅酸盐水泥，不宜使用早强水泥。

4.1.2水泥的质量应符合国家现行标准要求（表4-1）和《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》中对水泥的技术要求的规定。

表4-1《通用硅酸盐水泥》GB175-2007标准对水泥的技术要求

品种

技术指标

硅酸盐水泥

普通硅酸盐水泥

I型

II型

不溶物（%）

≤0.75

≤1.50

烧失量（%）

≤3.0

≤3.5

≤5.0

氧化镁（%）

≤5.0%。

如水泥经压蒸安定性试验合格，允许放宽到6.0%。

三氧化硫（%）

≤3.5

氯离子（％）

≤0.06

细度（%）

比表面积大于300m2/kg

80um方孔筛筛余不得超过10.0%。

凝结时间

初凝≥45min，终凝≤390min。

初凝≥45min，终凝≤600min。

安定性

用沸煮法检验必须

碱（%）

碱含量按Na2O+0.65K2O计算值来表示。

使用活性骨料时碱含量不大于0.60%或由供需双方商定。

强度等级

42.5

52.5

62.5

42.5

52.5

抗折强度

MPa

3d

3.5

4.0

5.0

3.5

4.0

28d

6.5

7.0

8.0

6.5

7.0

抗压强度

MPa

3d

17.0

23.0

28.0

17.0

23.0

28d

42.5

52.5

62.5

42.5

52.5

《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》中对水泥的技术要求的规定见表4-2：

表4-2　　　　　铁路混凝土对水泥的技术要求

序号

项目

技术要求

备注

1

比表面积

≤350m2/kg（对硅酸盐水泥）

按《水泥比表面积测定方法（勃氏法）》（GB/T8074）检验

2

80um方孔筛筛余

≤10.0%（对普通硅酸盐水泥）

按《水泥细度检验方法（80um筛筛析法）》（GB/T1345）检验

3

游离氧化钙含量

≤1.0%

按《水泥化学分析方法》（GB/T176）检验

4

碱含量

≤0.80%

5

熟料中的C3A含量

非氯盐环境下不应超过8%，氯盐环境下不应超过10%

由供应商提供质量证明文件

6

氯离子含量

不宜大于0.10%（钢筋混凝土）

按《水泥原料中氯的化学分析方法》（JC/T420）检验

≤0.06%（预应力混凝土）

注：

1当骨料具有碱-硅酸反应活性时，水泥的碱含量不应超过0.60%；

2C40及以上混凝土用水泥的碱含量不宜超过0.60%。

4.2细骨料

4.2.1细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然河砂，也可选用专门机组生产的人工砂，不宜使用山砂，不得使用海砂。

4.2.2细骨料的颗粒级配（累计筛余百分数）应满足表4-3的规定。

表4-3细骨料的累计筛余百分数（%）

级配区

筛孔尺寸

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

10.0mm

0

0

0

5.0mm

10-0

10-0

10-0

2.50mm

35-5

25-0

15-0

1.25mm

65-35

50-10

25-0

0.63mm

85-71

70-41

40-16

0.315mm

95-80

92-70

85-55

0.160mm

100-90

100-90

100-90

注：

（1）除5.0mm和0.63mm筛档外，砂的实际颗粒级配与表中所列累计筛余百分率相比，允许稍有超出分界线，但其总量不应大于5%；

（2）当所用细骨料的颗粒级配不符合要求时，应采取经试验证明能确保工程质量的措施后，方可允许使用。

4.2.3细骨料的粗细程度应按细度模数分为粗、中、细三级，其细度模数分别为：

粗级：

3.7-3.1；中级：

3.0-2.3；细级：

2.2-1.6。

配制混凝土时宜优先选用中级细骨料（预应力预制梁要求细度模数为2.6～3.0）。

当采用粗级细骨料时，应提高砂率，并保持足够的水泥或胶凝材料用量，以满足混凝土的和易性；当采用细级细骨料时，宜适当降低砂率。

泵送混凝土、抗渗混凝土宜选用中级细骨料。

4.2.4细骨料的坚固性用硫酸钠溶液循环浸泡法检验，试样经5次循环后，其

质量损失不应大于8%。

细骨料的吸水率不应大于2%。

4.2.5采用天然河砂配制混凝土时，砂中含泥量、泥块含量、云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐等有害物质的含量应符合表4-4的规定。

表4-4砂中有害物质限值

项目

质量指标

C30-C45

≥C50

含泥量（%）

≤3.0

≤2.5

≤2.0

泥块含量（%）

≤0.5

云母含量（%）

≤0.5

轻物质含量（%）

≤0.5

氯离子含量（%）

≤0.02

硫化物及硫酸盐含量（折算成SO3）（%）

≤0.5

有机物含量（用比色法试验）

颜色不应深于标准色。

如深于标准色，则应按水泥胶砂强度试验方法进行强度对比试验，抗压强度比不应低于0.95。

当砂中含有颗粒状的硫酸盐或硫化物杂质时，应进行专门检验，确认能满足混凝土耐久性要求时，方能采用。

4.2.6细骨料应采用砂浆棒法检验其碱活性，且砂浆棒的膨胀率应小于0.10%；当骨料的碱-硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.10%-0.20%时，混凝土的碱含量应满足表5-1的要求；当骨料的砂浆棒膨胀率在0.20%-0.30%时，除了混凝土的碱含量满足表5-1规定外，混凝土中还应掺加具有明显抑制效能的矿物掺合料和外加剂，并经试验证明抑制有效。

4.2.7当采用专门机组生产的人工砂或混合砂配制混凝土时，人工砂及混合砂经亚甲蓝试验判定后，石粉含量应符合下表的规定，压碎指标值应小于25%。

表4-5人工砂及混合砂中石粉含量限值

混凝土强度等级

C30-C45

≥C50

石粉含量

MB<1.40

≤10.0

≤7.0

≤5.0

MB≥1.40

≤5.0

≤3.0

≤2.0

4.3粗骨料

4.3.1粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂岩碎石。

4.3.2混凝土应采用二级或三级级配粗骨料。

其松散堆积密度宜大于1500kg/m3，紧密空隙率应小于40%，吸水率应小于2%（用于干湿交替或冻融环境条件下的混凝土应小于1%）。

4.3.3粗骨料的最大公称粒径不宜超过钢筋的混凝土保护层厚度的2/3（在严重腐蚀环境条件下不宜超过钢筋的混凝土保护层厚度的1/2），且不得超过钢筋最小间距的3/4。

配制强度等级C50及以上预应力混凝土时，粗骨料最大公称粒径（圆孔筛）不应大于25mm。

4.3.4当粗骨料为碎石时，碎石的强度可用岩石抗压强度表示，且岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5（预应力预制梁要求岩石抗压强度与混凝土强度等级之比应大于2）。

施工过程中碎石的强度可用压碎指标值进行控制。

碎卵石的强度应用压碎指标值表示。

压碎指标应符合表4-6的规定。

表4-6粗骨料的压碎指标（%）

混凝土强度等级

≥C30

岩石种类

沉积岩（水成岩）

变质岩或深成的火成岩

火成岩

沉积岩（水成岩）

变质岩或深成的火成岩

火成岩

碎石压碎指标

≤16

≤20

≤30

≤10

≤12

≤13

碎卵石压碎指标

≤16

≤12

注：

沉积岩（水成岩）包括石灰岩、砂岩等，变质岩包括片麻岩、石英岩等，深成的火成岩包括花岗岩、正长岩、闪长岩和橄榄岩等，喷出的火成岩包括玄武岩和辉绿岩等。

.

4.3.5粗骨料的坚固性用硫酸钠溶液循环浸泡法检验，试样经5次循环后，其重量损失率应符合下表的规定。

表4-7粗骨料的坚固性指标

结构类型

混凝土结构

预应力混凝土结构

重量损失率（%）

≤8

≤5

4.3.6粗骨料中的有害物质含量应符合下表的规定。

表4-8粗骨料的有害物质含量（%）

强度等级

项目 

C30-C45

≥C50

含泥量（%）

≤1.0

≤1.0

≤0.5

泥块含量（%）

≤0.25

针片状颗粒总含量（%）

≤10

≤10

≤8

硫化物及硫酸盐含量（折算成SO3）（%）

≤0.5

氯离子含量（%）

≤0.02

碎卵石中有机物含量（用比色法试验）

颜色不应深于标准色。

如深于标准色，应配制成混凝土进行强度对比试验，抗压强度比不应低于0.95。

4.3.7粗骨料应采用岩相法检验其矿物组成。

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%，当粗骨料的碱-硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.10%-0.20%时，混凝土的碱含量应满足表5-1的要求；当骨料的砂浆棒膨胀率在0.20%-0.30%时，除了混凝土的碱含量满足表5-1规定外，混凝土中还应掺加具有明显抑制效能的矿物掺合料和外加剂，并经试验证明抑制有效。

不得使用具有碱-碳酸反应活性的骨料。

4.4水

4.4.1拌和用水可采用饮用水。

当采用其他来源的水时，水的品质应符合下表的要求。

表4-9　　　　　　　　　　　　　　拌和用水的品质要求

项目

预应力混凝土

钢筋混凝土

素混凝土

PH值

＞4.5

＞4.5

＞4.5

不溶物（mg/L）

＜2000

＜2000

＜5000

可溶物（mg/L）

＜2000

＜5000

＜10000

氯化物（以Cl-计）（mg/L）

＜500

＜1000

3500

硫酸盐（以SO42-计）（mg/L）

＜600

＜2000

2700

碱含量（以当量Na2O计）（mg/L）

＜1500

＜1500

＜1500

4.4.2用拌和用水与用蒸馏水（或符合国家标准的生活饮用水）进行水泥净浆

试验所得的水泥初凝时间差及终凝时间差均不得大于30min，其初凝与终凝时间尚应符合有关水泥的国家标准的规定。

4.4.3用拌和用水配制的水泥砂浆或混凝土的28天抗压强度不得低于用蒸馏水（或符合国家标准的生活饮用水）拌制的对应砂浆或混凝土抗压强度的90%。

4.4.4养护用水除不溶物、可溶物不作要求外，其他项目应符合表4-9的规定。

4.5外加剂

4.5.1外加剂应采用减水率高、塌落度损失小、适量引气、质量稳定、能满足混凝土耐久性能的产品。

当将不同功能的多种外加剂复合使用时，外加剂之间以及外加剂与水泥之间应有良好的适应性。

宜选用多功能复合外加剂。

在《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》中还规定，外加剂必须经铁道部鉴定或评审，并经铁道部产品质量监督检验中心检验合格。

4.5.2外加剂的性能应符合表4-10的规定。

外加剂的匀质性应符合现行国家标准《混凝土外加剂》（GB8076）的规定

表4-10　　　　　　　　　　　　　外加剂的性能

序号

项目

指标

备注

1

水泥净浆流动度（mm）

≥240

按《混凝土外加剂匀质性试验方法》（GB8077）检验

2

硫酸钠含量（%）

≤10.0

3

Cl离子含量（%）

≤0.2

4

碱含量（Na2O+0.658K2O）（%）

≤10.0

5

减水率（%）

≥20

按《混凝土外加剂》（GB8076）检验

6

含气量（%）

用于配制非抗冻混凝土时

≥3.0

用于配制抗冻混凝土时

≥4.5

7

坍落度保留值（用于泵送混凝土时）（mm）

30min

≥180

按《混凝土泵送剂》（JC473）检验

60min

≥150

8

常压沁水率比（%）

≤20

按《混凝土外加剂》（GB8076）检验

9

压力沁水率比（用于泵送混凝土时）（%）

≤90

按《混凝土泵送剂》（JC473）检验

10

抗压强度比（%）

3d

≥130

按《混凝土外加剂》（GB8076）检验

7d

≥125

28d

≥120

11

对钢筋锈蚀作用

无锈蚀

12

收缩率比（%）

≤135

13

相对耐久性指标（%，200次）

≥80

4.6掺和料

4.6.1矿物掺和料应选用品质稳定的产品，其品种宜为粉煤灰、磨细矿渣粉。

不同矿物掺和料的掺量应根据混凝土的施工环境条件特点、拌和物性能、力学性能以及耐久性要求通过试验确定。

4.6.2矿物掺和料的技术要求应符合表4-10、4-11中规定。

表4-10　　　　　　　　　　　　粉煤灰的技术要求

序号

项目

技术要求

备注

C50以下

混凝土

C50及以上

混凝土

1

细度（%）

≤20

≤12

按《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596）检验

2

Cl离子含量（%）

不宜大于0.02

按《水泥原料中氯的化学分析方法》（JC/T420）检验

3

需水量比（%）

≤105

≤100

按《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596）检验

4

烧失量（%）

≤5.0

≤3.0

按《水泥化学分析方法》（GB/T176）检验

5

含水率（%）

≤1.0（对干排灰）

按《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596）检验

6

SO3含量（%）

≤3

按《水泥化学分析方法》（GB/T176）检验

7

CaO含量（%）

≤10（对于硫酸盐侵蚀环境）

8

游离CaO含量（%）

≤1.0

9

安定性雷氏夹沸煮后增加距离（mm）

C类粉煤灰：

≤5.0

注：

C类粉煤灰——由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰。

表4-10　磨细矿渣粉的技术要求

序号

项目

技术要求

备注

1

MgO含量（%）

≤14

按《水泥化学分析方法》（GB/T176）检验

2

SO3含量（%）

≤4

3

烧失量（%）

≤3

4

Cl离子含量（%）

不宜大于0.02

按《水泥原料中氯的化学分析方法》（JC/T420）检验

5

比表面积（m2/kg）

350~500

按《水泥比表面积测定方法（勃氏法）》（GB/T8074）检验

6

需水量比（%）

≤100

按《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GB/T18736）检验

7

含水率（%）

≤1.0

按《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T18046）检验

8

活性指数（%）（28d）

≥95

5高性能混凝土配合比设计的要求

5.1一般规定

5.1.1C30及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于400kg/m3，C35～C40混凝土不宜高于450kg/m3，C50混凝土不宜高于500kg/m3.。

5.1.2混凝土中宜适量掺加符合技术要求的粉煤灰、矿渣粉等矿物掺和料。

不同矿物掺和料的掺量应根据混凝土的施工环境条件特点、拌和物性能、力学性能以及耐久性要求通过试验确定。

一般情况下，矿物掺和料掺量不宜小于胶凝材料总量的20%。

当混凝土中粉煤灰掺量大于30%时，混凝土的水胶比不宜大于0.45.。

预应力混凝土以及处于冻融环境中的混凝土中粉煤灰的掺量不宜大于30%。

试验时可根据已取得的试验成果，按粉煤灰、矿渣粉各20％的掺量选取。

5.1.3混凝土中宜适量掺加能提高混凝土耐久性能的外加剂，宜选用多功能复合外加剂。

5.1.4当骨料的碱—硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.10%～0.20%时，混凝土的碱含量应满足表5-1规定，当骨料的砂浆棒膨胀率在0.20%～0.30%时，除了混凝土的碱含量应满足表5-1规定外，混凝土中还应掺加具有明显抑制效能的矿物惨和料和外加剂，并经试验证明抑制有效。

5.1.5钢筋混凝土结构的混凝土氯离子总含量（包括水泥、矿物掺和料、粗骨料、细骨料、水、外加剂等所含氯离子含量之和）不应超过胶凝材料总量的0.10%，预应力混凝土结构的混凝土氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的0.06%。

表5-1混凝土最大碱含量（kg/m3）

设计使用年限级别

一（100年）

二（60年）

三（30年）

环境条件

干燥环境

3.5

3.5

3.5

潮湿环境

3.0

3.0

3.5

含碱环境

*

3.0

3.0

注：

1“*”表示混凝土必须用非碱活性骨料。

2混凝土的总碱含量包括水泥、矿物掺和料、外加剂及水的碱含量之和。

其中，矿物掺和料的碱含量以其所含可溶性碱计算。

粉煤灰的可溶性碱量取粉煤灰总碱量的1/6，矿渣粉的可溶性碱含量取矿渣粉总碱量的1/2，硅灰的可溶性碱量取硅灰总碱量的1/2.

3干燥环境是指不直接与水接触、年平均空气相对湿度长期不大于75%的环境；潮湿环境是指长期处于水下或潮湿土中、干湿交替区、水位变化区以及年平均相对湿度大于75%的环境；含碱环境是指直接与高含盐碱地、海水、含碱工业废水或钠（钾）盐等接触的环境；干燥环境或潮湿环境与含碱环境交替变化时，均按含碱环境对待。

5.1.6混凝土拌和物的入模含气量应满足设计要求。

当设计无具体要求时，含气量应按下表控制。

表5-2混凝土含气量

环境条件

混凝土无抗冻要求

混凝土有抗冻要求

D1

D2、D3

D4

含气量（%）

≥2.0

≥4.0

≥5.0

≥5.5

《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》规定，对有抗冻要求的混凝土的含气量应根据抗冻等级的要求经试验确定。

5.1.7混凝土的强度等级必须符合设计要求。

预应力混凝土、喷射混凝土、蒸汽养护混凝土的抗压强度标准条件养护试件的试验龄期为28d，其他混凝土抗压强度标准条件养护试件的试验龄期为56d。

5.1.8当设计对混凝土的弹性模量、抗渗等级有要求时，其弹性模量、抗渗等级应符合设计要求。

5.2高性能混凝土耐久性指标要求

《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设[2005]157号）3.1.1规定：

“铁路混凝土结构耐久性应根据结构的设计使用年限、环境类别及其

作用等级进行设计”；而3.1.2规定：

“当同一铁路混凝土结构的不同部位或构件所处的环境类别及其作用等级不同时，应根据实际情况分别进行耐久性设计”。

铁路混凝土结构所处环境类别分别为碳化环境、氯盐环境、化学侵蚀环境、冻融破坏环境和磨蚀环境。

XX高速铁路三标段混凝土结构环境类别及作用等级按下列要求确定。

进行高性能混凝土配合比设计时，对混凝土结构所处的环境类别、作用等级应首先按照设计文件、设计图纸规定执行；设计文件、设计图纸规定不明确时按《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设[2005]157号）及铁建设[2007]140号执行。

根据确定的环境类别、作用等级以及XX高速铁路工程设计使用年限100年的要求，按照《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》确定电通量、抗冻性等耐久性指标。

5.2.5混凝土的耐久性指标

（1）混凝土的耐久性一般包括混凝土的抗裂性、护筋性、耐蚀性、抗冻性、耐磨性及抗碱-骨料反应性等，混凝土