京沪高速铁路JHTJ5JHTJ6标段桥梁下部结构高性能混凝土指导性配合比试验研究成果.docx

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京沪高速铁路JHTJ5JHTJ6标段桥梁下部结构高性能混凝土指导性配合比试验研究成果

冶建院[2008]京沪咨询002号

京沪高速铁路JHTJ5、JHTJ6标段

桥梁下部结构高性能混凝土指导性配合比试验研究成果

中冶集团建筑研究总院高性能混凝土研究院

二〇〇八年一月三十日

京沪高速铁路JHTJ5、JHTJ6标段

桥梁下部结构高性能混凝土指导性配合比试验研究成果

报告编制：

张丕华侯学力吴志刚

刘俊元涂玉波王海涛

报告审核：

梅名虎郝挺宇

报告批准：

苏波

项目负责人：

苏波

中冶集团建筑研究总院高性能混凝土研究院

二〇〇八年一月三十日

目录

1.概述1

2.京沪高速铁路徐沪段桥梁下部结构高性能混凝土配合比研究路线2

2.1.主要研究路线2

2.2采用的主要技术措施4

3JHTJ5（滁州-常州）标指导性配合比试验研究成果6

4JHTJ6（常州-上海）标指导性配合比试验研究结果9

5相关建议12

京沪高速铁路JHTJ5、JHTJ6标段

桥梁下部结构高性能混凝土指导性配合比试验研究成果

1.概述

京沪高速铁路是我国计划建设的第一条高速铁路，总长1318公里，设计时速350公里，是我国“十一五”期间投资建设的最大工程项目。

鉴于工程投资规模巨大，影响意义深远，同时也是我国建设的第一条高速铁路，为此，提出把京沪高速铁路建设成国际先进水平高速铁路的目标，对工程的主体结构—混凝土结构及构件要求全线采用以耐久性为基础的高性能混凝土，使用寿命100年以上。

高性能混凝土是混凝土材料科学最近二十年发展的成果，是混凝土质量、经济与可持续发展的综合体现，目前国内外重要工程的混凝土结构均采用高性能混凝土。

与其它工程相比，京沪高速铁路的高性能混凝土实现有其显著的特点和难点，具体表现为：

规模巨大，混凝土量约8000万立方米；多环境影响，跨越中国南北，环境及其影响复杂；超长线施工，全线1318公里，所用的混凝土原材料厂家多，质量控制难度大；桥梁多，全线85％以上均为桥梁，还有跨越黄河、长江两座特大桥；高速度，全线约8000万立方米混凝土约在3年左右的时间浇筑完毕，年混凝土平均浇筑强度约3000万立方米以上；混凝土种类多，不同强度等级，不同结构及构件，不同施工方法，不同养护条件的混凝土种类有20种以上。

为了确保京沪高速铁路混凝土结构及构件实现高性能混凝土的目标，铁道部及京沪铁路客运专线公司（以下简称“京沪公司”）筹备组在工程开工前组织科研攻关工作，于2006年3月份布置了“京沪高速铁路高性能混凝土指导性配合比试验研究”工作。

其目标是在工程开工前，提出基于沿线环境和沿线原材料品质状况的全线高性能混凝土指导性配合比及针对性的质量控制措施。

徐州至上海段指导性配合比的试验研究工作由中冶集团建筑研究总院（以下简称“冶建院”）和铁道第四勘探设计研究院（以下简称“铁四院”）共同完成。

为了高质量的完成此次研究工作，我院于2006年3月开始，本着科学、严谨、精心设计的态度分三个阶段全面开展了京沪高速铁路徐州至上海段高性能混凝土指导性配合比试验研究工作：

第一阶段：

徐州至上海段沿线原材料料源及品质状况调研。

2006年3月我院组织力量进行了为期近3个月的沿线原材料调研，共取回水泥样品34组，粉煤灰样品44组，矿粉样品20组，石子87组，砂33组，外加剂19组。

对所有取回原材料，严格按照铁道部科技基[2005]101号文件《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》进行了全面性能检测。

最终形成《京沪高速铁路南段工程混凝土原材料调研及试验研究成果报告》，报告对原材料料源、储量、供需平衡进行了详细的分析。

2006年6月原材料调研成果通过京沪公司筹备组组织的专家审查会。

第二阶段：

京沪高速铁路徐州至上海段高性能混凝土指导性配合比全面试验研究。

2006年6月我院根据确定的技术路线、技术条件、研究方法进行徐州至上海段（以下简称“徐沪段”）桥梁下部结构高性能混凝土指导性配合比全面试验研究，于2006年9月通过京沪公司筹备组组织的专家审查会审查。

第三阶段：

京沪高速铁路徐州至上海段高性能混凝土指导性配合比深化试验研究。

2006年9月，我院根据专家组的建议，积极组织科研队伍进行桥梁下部结构高性能混凝土配合比深化试验研究，2007年2月通过京沪公司筹备组组织的专家审查会审查，中国工程院陈肇元院士作为专家组组长对成果表示肯定。

2.京沪高速铁路徐沪段桥梁下部结构高性能混凝土配合比研究路线

2.1.主要研究路线

研究过程采用的路线如下：

其中Ⅰ环节采取的控制措施：

（1）选用优质骨料，尽可能拒绝鄂式破碎机生产的骨料。

（2）骨料采用二级配，用最小空隙率法确定二级配石子的配合比例。

（3）选用聚羧酸高效减水剂。

（4）含泥量大的砂源砂清洗后使用。

Ⅱ环节采取的控制措施：

（1）用较小的水胶比和较低的用水量。

（2）采用粉煤灰和矿粉双掺，并考虑成本及性能因素优化双掺比例。

（3）选择最优砂率，根据混凝土种类确定砂率范围，用试验确定最优砂率。

（4）外加剂掺量优化，在最小砂率确定情况下，试验确定最佳外加剂掺量。

2.2采用的主要技术措施

京沪高速铁路徐沪段桥梁下部结构高性能混凝土指导性配合比研究的主要技术措施为：

1低水胶比、低用水量

低水胶比是高性能混凝土的配制特点之一，配制高性能混凝土的水灰比一般不宜大于0.42。

采用较低的水胶比配制混凝土，可以降低混凝土的拌合用水量，提高混凝土材料的密实性和抗裂性能，减少孔隙率，改善集料与水泥浆体之间的界面性能，阻挡和延缓水份、气体及Cl-、SO42-等各种有害物质侵入混凝土内部，达到提高混凝土耐久性的目的。

2粉煤灰和矿粉双掺

在混凝土中掺入适量的矿物掺合料可以提高新拌混凝土的工作性能、改善骨料与水泥浆体之间薄弱界面和水化产物的微观结构，提高混凝土的密实度，降低孔隙率，提高混凝土的抗裂性能和力学性能，增强混凝土的耐久性。

3采用优质骨料

（1）采用较好的颗粒骨料，尽可能拒绝采用鄂式破碎机生产的骨料

采用较好的粒形骨料，在混凝土中形成的界面结构性能均一，消除因骨料形状差，针片状多，在骨料不同方向产生的明显缺陷和性能差异，同时采用较好粒形的骨料可显著地提高混凝土的拌和物性能。

（2）控制石子最大粒径，灌注桩石子最大粒径为25mm，墩承台等结构均采用石子最大粒径为31.5mm。

（3）采用二级配和分级供应

石子的颗粒级配对混凝土的拌和物性能、用水量、胶材用量有明显的影响。

在我国目前石子使用大部分采用单粒径的连续级配，这种使用方法很难做到所使用的石子满足连续级配的要求。

第一，在生产加工时，堆放高度的增加，石子将发生分层离析，下面的偏大，上面的偏小；第二，在运输过程以及工地现场堆放同样产生分层、离析。

上述现状必然导致实际使用的石子级配与实验室的实验结果有较大的差距。

解决此问题最好的办法就是采用二级配的分级供应，到搅拌站进行级配试验后再使用。

至于分级方法，考虑5～25mm产品采用，5～16mm和10～25mm进行级配5～31.5mm产品采用5～16mm和10～31.5mm进行级配。

4采取砂率优化

砂率的选择主要与砂的粗细、级配、石子的粒径和级配等有关。

高性能混凝土用水量很小，在水泥浆体积一定的情况下，砂率大小主要改变了砂子的表面积，使得包裹砂子的净浆层厚度和包裹石子的砂浆层厚度发生改变，从而影响拌合物的工作性。

5采用聚羧酸盐系高性能减水剂

与其它类高效减水剂相比，聚羧酸盐系减水剂的重要特征是分子结构呈梳形，自由度大，同时在主链上添加了具备不同功能作用的基团，因而质量有了质的提高，具体表现在：

低掺量、高减水、低收缩、高保塑、水泥适应性好、环保无污染。

3JHTJ5（滁州-常州）标指导性配合比试验研究成果

JHTJ5标桥梁下部结构高性能混凝土指导性配合比见表3-1~3-3

表3-1滁州-南京段指导性配合比及性能

工程部位

环境及作用等级

水胶比

胶材

kg

FA

%

SLAG

%

外加剂

%

砂

kg

石

kg

坍落度,mm

扩展度,mm

含气量,%

泌水率,%

抗压强度,Mpa

电通量,c

氯离子含量,kg/m3

碱含量,kg/m3

耐蚀系数

3d

7d

28d

56d

28d

56d

实测值

标准值

初始

1h

桩基

H1

0.4

370

40

10

0.75

792

1008

215

190

535

4.5

1

11.0

26.5

44.3

54.2

1134

611

0.106

0.222

1.22

1.13

墩、承台、隧道附砌（泵送）

D1+H1

0.41

370

30

20

0.75

757

1046

220

180

520

4.1

2

14.9

26.2

46.0

56.0

1093

504

0.103

0.222

1.29

—

*0.41

370

30

10

0.75

759

1048

215

185

515

4.4

1

12.8

24.3

38.3

40.9

1301

645

0.104

0.222

1.39

—

墩、承台、隧道附砌（斗送）

D1+H1

0.41

350

30

20

0.65

707

1145

100

—

—

3.6

—

12.8

25.5

46.1

47.9

650

380

0.088

0.21

1.22

—

*0.41

350

30

10

0.65

704

1147

105

—

—

3.8

—

14.8

33.5

39.3

49.1

1116

442

0.089

0.21

1.32

—

小型预制件（蒸养）

D1

0.41

350

30

20

0.61

757

1185

95

—

—

3.9

—

RT：

34.2

RT+28d：

48.0

981

528

0.093

0.21

1.22

—

备注

1、海螺集团P·O42.5水泥，淮南常华电力实业公司Ⅱ级粉煤灰，安徽马钢嘉华新型建材公司S95，南京汤山镇湖山采石场（江宁金磊）碎石，女山湖2区中砂，北京冶建特种材料有限公司JG-2H聚羧酸高性能减水剂

2、石子为二级配，桩基是由5-16mm、10-25mm配成5-25mm连续级配；墩承台、隧道附砌（泵送），墩承台、隧道附砌（斗送），小型预制件（蒸养）是由5-16mm、10-31.5mm配成5-31.5mm连续级配。

3、配合比所用原材料样品性能均满足科技基[2005]101号《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的规定。

4、带有“*”配合比为冬季温度较低时施工备用

5、H1为化学侵蚀环境条件，D1为冻融破坏环境条件，化学侵蚀和冻融破坏环境条件分类见科技基[2005]101号《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的规定。

表3-2南京-镇江段指导性配合比及性能

工程部位

环境及作用等级

水胶比

胶材

kg

FA

%

SLAG

%

外加剂

%

砂

kg

石

kg

坍落度,mm

扩展度,mm

含气量,%

泌水率,%

抗压强度,Mpa

电通量,c

氯离子含量,kg/m3

碱含量,kg/m3

耐蚀系数

3d

7d

28d

56d

28d

56d

实测值

标准值

初始

1h

桩基

H1

0.41

370

40

10

0.8

847

1035

225

200

525

4.5

3

17.8

28.1

45.5

51.0

1149

301

0.052

0.222

1.23

1.05

H2

0.41

370

40

10

0.8

847

1035

225

200

525

4.5

3

17.8

28.1

45.5

51.0

1149

301

0.052

0.222

1.23

1.05

墩、承台、隧道附砌（泵送）

H1

0.41

370

35

15

0.8

815

1080

225

200

525

4.5

2

14.1

32.2

46.9

52.4

706

338

0.043

0.222

1.28

—

H2

0.41

370

35

15

0.8

815

1080

225

200

525

4.5

2

14.1

32.2

46.9

52.4

706

338

0.043

0.222

1.28

—

墩、承台、隧道附砌（斗送）

H1

0.41

350

35

15

0.65

774

1160

95

—

—

4.9

—

15.0

27.6

46.9

51.4

679

239

0.049

0.21

1.18

—

H2

0.41

350

35

15

0.65

774

1160

95

—

—

4.9

—

15.0

27.6

46.9

51.4

679

239

0.049

0.21

1.18

—

小型预制件（蒸养）

T2

0.4

350

35

15

0.55

758

1186

90

—

—

4.2

—

RT：

35.6

RT+28d52.3

725

433

0.044

0.21

1.18

—

备注

1、江苏联合水泥公司P·O42.5水泥，镇江新源新型建材公司Ⅱ级粉煤灰，南京梅宝新型建材有限公司S95，镇江船山建材有限公司碎石，中铁现代物流股份有限公司赣江2区中砂，江苏博特新型材料有限公司JM-PCA聚羧酸高效减水剂

2、石子为二级配，桩基是由5-16mm、10-25mm配成5-25mm连续级配；墩承台、隧道附砌（泵送），墩承台、隧道附砌（斗送），小型预制件（蒸养）是由5-16mm、10-31.5mm配成5-31.5mm连续级配。

3、配合比所用原材料样品性能均满足科技基[2005]101号《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的规定。

4、带有“*”配合比为冬季温度较低时施工备用

5、H1、H2为化学侵蚀环境条件，T2为碳化环境条件，化学侵蚀和碳化环境条件分类见科技基[2005]101号《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的规定。

表3-3镇江-常州段指导性配合比及性能

工程部位

环境及作用等级

水胶比

胶材

kg

FA

%

SLAG

%

外加剂

%

砂

kg

石

kg

坍落度,mm

扩展度,mm

含气量,%

泌水率,%

抗压强度,Mpa

电通量,c

氯离子含量,kg/m3

碱含量,kg/m3

耐蚀系数

3d

7d

28d

56d

28d

56d

实测值

标准值

初始

1h

桩基

H1

0.41

370

40

10

0.85

814

1079

220

200

540

4.5

2

13.6

22.7

34.1

42.7

1083

675

0.045

0.22

1.23

1.04

墩、承台、隧道附砌（泵送）

H1

0.41

370

35

15

0.8

803

1108

225

200

525

4.5

2

10.4

22.4

39.0

44.1

1386

678

0.028

0.22

1.29

—

墩、承台、隧道附砌（斗送）

H1

0.4

350

35

15

0.75

744

1214

100

—

—

3.7

—

14.7

26.1

48.9

56.8

1354

764

0.027

0.21

1.19

—

小型预制件（蒸养）

T2

0.41

350

35

15

0.75

744

1214

95

—

—

3.8

—

RT：

30.6

RT+28d：

52.1

706

432

0.032

0.240

1.19

—

备注

1、江苏联合水泥公司P·O42.5水泥，镇江新源新型建材公司Ⅱ级粉煤灰，扬子粉磨有限公司S95，丹阳建山舟山采石厂碎石，淮安京杭物资运贸公司赣江2区中砂，江苏博特新型材料有限公司JM-PCA聚羧酸高效减水剂

2、石子为二级配，桩基是由5-16mm、10-25mm配成5-25mm连续级配；墩承台、隧道附砌（泵送），墩承台、隧道附砌（斗送），小型预制件（蒸养）是由5-16mm、10-31.5mm配成5-31.5mm连续级配。

3、配合比所用原材料样品性能均满足科技基[2005]101号《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的规定。

4、带有“*”配合比为冬季温度较低时施工备用

5、H1为化学侵蚀环境条件，T2为碳化环境条件，化学侵蚀和碳化环境条件分类见科技基[2005]101号《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的规定。

4JHTJ6（常州-上海）标指导性配合比试验研究结果

JHTJ6标桥梁下部结构高性能混凝土指导性配合比见表4-1~4-3

表4-1常州-无锡段指导性配合比及性能

工程部位

环境及作用等级

水胶比

胶材

kg

FA

%

SLAG

%

外加剂

%

砂

kg

石

kg

坍落度,mm

扩展度,mm

含气量,%

泌水率,%

抗压强度,Mpa

电通量,c

氯离子含量,kg/m3

碱含量,kg/m3

耐蚀系数

3d

7d

28d

56d

28d

56d

实测值

标准值

初始

1h

桩基

H1

0.4

370

40

10

0.75

835

1021

215

190

525

4.9

2

13.5

20.5

33.3

39.8

721

324

0.027

0.22

1.26

0.97

H2

0.4

370

40

10

0.75

835

1021

215

190

525

4.9

2

13.5

20.5

33.3

39.8

721

324

0.027

0.22

1.26

0.97

墩、承台、隧道附砌（泵送）

H1

0.41

370

35

15

0.7

761

1009

230

205

525

4.4

3

17.0

29.1

39.2

48.3

968

537

0.030

0.22

1.33

—

H2

0.41

370

35

15

0.7

761

1009

230

205

525

4.4

3

17.0

29.1

39.2

48.3

968

537

0.030

0.22

1.33

—

墩、承台、隧道附砌（斗送）

H1

0.41

350

30

10

0.65

729

1093

95

—

—

3.4

—

19.2

26.3

44.7

46.5

932

527

0.026

0.21

1.35

—

H2

0.41

350

30

10

0.6

729

1093

95

—

—

3.4

—

19.2

26.3

44.7

46.5

932

527

0.026

0.21

1.35

—

小型预制件（蒸养）

T2

0.41

350

35

15

0.5

693

1130

100

—

—

3.7

—

RT：

31.1

RT+28d：

44.1

1014

568

0.028

0.21

1.21

—

备注

1、苏州华新金猫水泥有限公司P·O42.5水泥，镇江新源新型建材公司Ⅱ级粉煤灰，扬子粉磨有限公司S95，江苏佳乐建材公司碎石，江苏和顺石油化工有限公司赣江2区中砂，江苏博特新型材料有限公司JM-PCA聚羧酸高效减水剂

2、石子为二级配，桩基是由5-16mm、10-25mm配成5-25mm连续级配；墩承台、隧道附砌（泵送），墩承台、隧道附砌（斗送），小型预制件（蒸养）是由5-16mm、10-31.5mm配成5-31.5mm连续级配。

3、配合比所用原材料样品性能均满足科技基[2005]101号《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的规定。

4、带有“*”配合比为冬季温度较低时施工备用

5、H1、H2为化学侵蚀环境条件，T2为碳化环境条件，化学侵蚀和碳化环境条件分类见科技基[2005]101号《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的规定。

表4-2无锡-昆山段指导性配合比及性能

工程部位

环境及作用等级

水胶比

胶材

kg

FA

%

SLAG

%

外加剂

%

砂

kg

石

kg

坍落度,mm

扩展度,mm

含气量,%

泌水率,%

抗压强度,Mpa

电通量,c

氯离子含量,kg/m3

碱含量,kg/m3

耐蚀系数

3d

7d

28d

56d

28d

56d

实测值

标准值

初始

1h

桩基

H1

0.41

370

35

15

0.8

831

1015

225

195

535

4.3

3

11.7

20.0

33.7

41.2

723

389

0.029

0.22

1.26

1.01

H2

0.41

370

35

15

0.8

831

1015

225

195

535

4.3

3

11.7

20.0

33.7

41.2

723

389

0.029

0.22

1.26

1.01

墩、承台、隧道附砌（泵送）

H1

0.41

370

35

15

0.8

789

1089

225

200

525

4.5

2

11.6

22.0

35.0

39.7

1362

628

0.024

0.22

1.31

—

H2

0.41

370

35

15

0.8

789

1089

225

200

525

4.5

2

11.6

22.0

35.0

39.7

1362

628

0.024

0.22

1.31

—

墩、承台、隧道附砌（斗送）

H1

0.4

350

35

15

0.7

732

1194

100

—

—

4.6

—

15.3

25.4

39.0

56.1

1114

654

0.024

0.21

1.20

—

H2

0.4

350

35

15

0.7

732

1194

100

—

—

4.6

—

15.3

25.4

39.0

56.1

1114

654

0.024

0.21

1.20

—

小型预制件（蒸养）

T2

0.41

350

35

15

0.6