中铁大桥局集团第四工程有限公司江苏南京210008
摘要：高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性性能重点予以保证。本文借助新建浙江乐清湾铁路SG02标瓯江特大桥主塔用C50混凝土配合比的设计实例，对高性能混凝土配合比设计过程作一简要阐述。
关键词：高性能混凝土；配合比设计；双掺。
引言
瓯江特大桥全长1193.72m，主桥为(52+90+300+90+52)m半漂浮体系双塔双索面混凝土梁单线斜拉桥，是大跨度混凝土斜拉桥首次应用于国内铁路桥。大桥桥址位于瓯江口台风频繁登陆区、6度地震区，抗风、抗震要求高;且瓯江水位受潮汐影响，每天潮差均达5米以上，最大潮差可达8米。主塔混凝土设计为C50高性能混凝土。该桥为本标段的控制性工程，同时也是整个乐清湾铁路项目的重点控制性工程。
1.高性能混凝土配合比设计要求
1.1一般要求
1.1.1设计强度
不论是在设计混凝土路面、桥梁还是隧道等工程时，均会根据结构部位的不同而有针对性的提出相应的设计强度要求。为了使结构物的可靠性有所保障，在设计混凝土配合比时，为满足设计强度的需要就必须将结构物的重要性、施工水平等因素考虑在内，计算出相应级别混凝土的配置强度。
1.1.2高施工性
在大跨度桥梁、长隧道和高层钢筋混凝土建筑物等工程中绝大多数使用的都是高性能混凝土，这些建筑物配筋率大，浇筑混凝土较为困难，如果使用小于15cm的坍落度，会增加施工难度，所以常用的坍落度通常是不小于18cm。
1.1.3高耐久性
具有高耐久性的高性能混凝土会使高强混凝土的抗渗性、抗碳化、耐磨性、抗冻性和抗化学腐蚀性等得到提高。
1.1.4经济要求
在能保证高性能混凝土具有较高强度、高施工性、高耐久性和减少工程造价的前提下，尽可能减少配合比设计中使用的高价材料的用量，同时，尽量将配合比设计中的试验次数减少，降低试验成本。
1.2主塔混凝土设计要求
混凝土设计强度等级：C50；
环境作用等级：L1/T2环境；
电通量：Q56d＜1000C；
水胶比≤0.45，胶凝材料用量：（320～500）kg/m3；
施工工艺要求：坍落度损失T1h≤20mm。
2.原材料
混凝土所采用原材料情况如下表所示：
序号
材料名称
生产厂家
规格型号
水泥
江苏句容台泥水泥有限公司
P·O52.5(低碱)
粉煤灰
山东济宁邹县发电厂
F类Ⅰ级
(C50以下)
矿粉
山东日照京华新型建材有限公司
S95
细集料
福建闽江
Ⅱ区中砂
粗集料
浙江温州
5-25mm(二级配)
外加剂
山西凯迪建材有限公司
KDSP-1(标准型)
拌和水
自来水
/
3.C50主塔混凝土配合比设计
3.1基准配合比计算
3.1.1试配强度计算：
设计强度C50，配合比设计时配制强度为：
Fcu.o=fcu.k+1.645σ=50+1.645×6=59.9Mpa
3.1.2水胶比计算：
W/C=aa×fce/（fcu.o+aa×ab×fce）=（0.53×55.8）/（59.9+0.53×0.20×55.8）=0.45
采用5~25mm碎石：αa=0.53;αb=0.20
在L1/T2环境下，钢筋混凝土最大水胶比为0.45，考虑到强度需要以及现场实际情况，水胶比取0.31。
3.1.3混凝土单位用水量的确定:
水胶比小于0.4，且掺外加剂，混凝土用水量通过试验确定为152kg/m3。
3.1.4胶凝材料用量计算：
Mco=Mwo/(W/C)=152/0.31=490kg/m3
3.1.5粉煤灰用量计算：
掺入F类C50及以上级粉煤灰等量替代12％水泥，粉煤灰用量为59kg。
3.1.6矿粉用量计量
掺入S95类矿粉等量替代12％水泥，粉煤灰用量为59kg。
3.1.7外加剂用量计算：外加剂理论掺量为1%，故外加剂掺量为490*1%=4.9kg。
3.1.8砂、石用量的计算；
试配用砂子细度模数为2.6，根据工艺要求，选用质量砂率40％，采用质量法计算砂、石用量。每立方米混凝土拌和物的假定质量取2400kg/m3。
砂石总量为：2400kg-490kg-152kg-4.9kg=1753kg
砂子质量为：1753kg*40％=701kg
石子质量为：1753kg-701kg=1052kg
3.1.9混凝土基准配合比为：
水泥：粉煤灰：矿粉：砂：碎石：外加剂：水=372:59:59:701:1052:4.9:152
3.1.10基准配合比核算
对基准配合比进行总碱量、氯离子含量、SO3含量、水胶比、胶凝材料用量等技术指标进行核算，结果如下表：
序号
技术指标
标准要求
实测值
结论
备注
总碱量
≤3.0kg/m3
2.12kg/m3
符合要求
/
氯离子含量
≤0.06%
0.031%
符合要求
/
SO3含量
≤4.0%
1.6%
符合要求
/
水胶比
≤0.45
0.31
符合要求
/
胶凝材料用量
320～500kg/m3
490
符合要求
/
3.2配合比调整、试伴
按普通混凝土配合比设计规程，调整水胶比分别增加和减小0.05，用水量与试拌配合比相同，砂率分别增加和减少1%，得出另外两组配合比。
3.2.1调整后配合比
编号
水泥
(kg)
粉煤
灰(kg)
矿粉
(kg)
砂
(kg)
碎石
(kg)
水
(kg)
外加剂
(kg)
W/B
砂率βs
320
51
51
747
1075
152
4.2
0.36
0.41
372
59
59
701
1052
152
4.9
0.31
0.40
445
70
70
646
1011
152
5.85
0.26
0.39
水泥
(kg)
粉煤灰
(kg)
矿粉
(kg)
砂
(kg)
碎石
(kg)
水
(kg)
外加剂(g)
12.8
2.04
2.04
29.88
43
6.08
168
14.88
2.36
2.36
28.04
42.08
6.08
196
17.8
2.8
2.8
25.84
40.44
6.08
234
3.2.3拌合物性能测试汇总表
编号
初始坍落
度
mm
0.5h坍落
度
mm
1h坍落度
mm
初始含气量
%
0.5h含气量
%
1h含气量
mm
初始扩展度
mm
0.5h扩展度
mm
1h扩展度
mm
泌
水
率
%
压力泌水率%
初凝
时间h:min
终凝
时间h:min
表观
密度kg/m3
200
195
190
2.9
2.7
2.7
500
490
490
0
16.2
9:05
11:20
2385
190
195
180
3.2
2.9
2.7
490
485
480
0
14.3
8:20
10:35
2435
180
175
170
2.8
2.8
2.5
485
480
470
0
15.2
8:00
10:05
2420
3.2.4配合比的力学性能及电通量检测汇总表
编号
F7(kN)(2016-8-17)
f7
(MPa)
7天强度达到设计强度％
电通量（C）
1064.0
1055.7
1061.7
47.1
94
/
1057.6
1183.1
1170.6
50.5
101
/
1239.7
1240.6
1295.2
55.9
112
/
F28(kN)(2016-9-7)
f28
(MPa)
28天强度达到设计强度％
电通量（C）
1179.4
1212.9
1141.3
52.3
105
/
1263.8
1311.3
1318.8
58.7
117
/
1414.9
1351.6
1425.1
62.1
124
/
F56(kN)(2016-10-5)
f56
(MPa)
56天强度
达到设计强度％
电通量（C）
1247.0
1296.4
1233.9
56.0
112
903
1490.8
1424.2
1465.6
64.9
130
934
1522.7
1556.2
1560.8
68.7
137
976
4.确定配合比:
综合试伴混凝土拌合物性能及力学性能检测结果分析，考虑耐久性要求、工程使用条件以及经济性，选定PHB-2016012-2为理论配合比，用于C50主塔混凝土施工。
该配合比拌合物实测表观密度为2435kg/m3，则：
校正系数=实际表观密度/理论表观密度=2435/2400=1.015
当混凝土拌和物表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2%时，调整的配合比可维持不变。故最终主塔用C50混凝土理论配合比为（kg/m3）：
水泥：粉煤灰：矿粉：砂：碎石：外加剂：水=372:59:59:701:1052:4.9:152
附注:
（1）试配过程选用砂、碎石时均为风干材料，其含水率均为0%，现场使用时需根据实际测得含水率进行计算施工配合比。
（2）为保证配合比设计质量,本设计计算是对该级别混凝土配合比进行多次预先试拌后，优化调整得出。
5.结语
主塔用C50高性能混凝土配合比经多方验证及现场试浇筑，其拌和物性能、力学性能、耐久性能等均能满足设计及施工要求。
参考文献
[1]《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011；
[2]《铁路混凝土结构耐久性设计规范》TB10005-2010；
[3]《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010；
[4]《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》TB10752-2010；
[5]《铁路混凝土》TB/T3275-2011；
[6]《高速铁路桥涵工程施工技术规程》（Q/CR9603-2015）。