京沪高速铁路高性能混凝土配合比设计研究与应用

高速铁路轨道板高性能混凝土配合比的设计试验研究摘要:轨道是线路的基础，其品质好坏直接决定着列车运营的平顺性及安全性。

轨道板是轨道结构的重要组成部分，保证轨道板的质量是确保轨道结构品质的基本条件。

结合我国京沪高速铁路建设，本文对轨道板用高性能混凝土的配合比设计进行了系统的试验研究。

结果表明，若想配置出性能优越的高性能混凝土，除了考虑水胶比、砂率、养护温度、掺合料、外加剂、胶凝材料等对混凝土拌合物和易性和早期强度的影响外，还应加强对施工质量的控制，严格控制每个环节之间的连续性，尽量缩短从拌制到振捣完成的时间。

关键词:高速铁路高性能混凝土配合比试验研究中图分类号：U238文献标识码： A引言京沪高速铁路贯穿北京、天津、河北、山东、安徽、江苏、上海7省市，连接环渤海和长江三角洲两大经济区，线路自北京南站至上海虹桥站，新建铁路全长1318公里，是世界上一次建成线路里程最长、标准最高的高速铁路。

中国水电集团长清制板场承担了京沪高速铁路DIK417+800～DK474+800（78km双线）CRTSⅡ型无砟轨道板21812块的预制任务。

混凝土轨道板是无砟轨道的重要组成部分，轨道板的质量优劣直接影响列车运行的舒适性和安全性。

轨道板质量的好坏首先取决于混凝土的质量，其混凝土的强度和耐久性直接关系着无砟轨道板的承载能力和使用性能，因此，生产出符合高速铁路高标准要求的轨道板混凝土至关重要。

而混凝土质量的好坏又取决于配合比的设计是否合理及施工质量控制是否得当。

基于此，本文结合京沪高速铁路长清板场的制板实践，对CRTSⅡ型无砟轨道板混凝土的配合比进行系统的试验研究，并对施工过程进行了合理的规划控制，以确保轨道板生产的优质高效。

1轨道板混凝土配合比设计要求及研究思路1.1轨道板混凝土设计要求CRTSⅡ型无砟轨道板的主要技术性能指标依据于《客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土Ⅱ型轨道板（有挡肩）暂行技术条件》科技基【2008】173号（以下简称173号文），主要有以下几点：（1）CRTSⅡ型轨道板混凝土设计强度等级为C55；预应力筋放张时，要求混凝土强度不得低于设计强度的80％，且16h强度不应低于48MPa；（2）胶凝材料总量不宜超过480kg/m3，用水量不应超过150kg/m3；（3）混凝土56d电通量应小于1000C，56d抗冻性能应满足F300的要求；（4）混凝土内总碱含量不应超过3.0kg/m3,当骨料具有潜在碱活性时，总碱含量不应超过3.0 kg/m3，且应采取抑制碱—骨料反应技术措施，并按《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的规定进行抑制混凝土碱—骨料反应有效性评价。

京沪高速铁路高性能混凝土配合比设计研究与应用【摘要】通过采用降低水胶比、掺加矿物掺和料、并产生适当的含气量的方法能够降低混凝土内部缺陷，提高混凝土耐久性，对不同种类和不同掺量的矿物掺和料配合比室内拌和结果对比分析，得出粉煤灰、矿渣粉各掺加20%时混凝土耐久性能、力学性能及其他性能满足设计的要求，本文并且通过对混凝土原材料、拌和、浇筑及养护的控制，使高性能混凝土在京沪高速铁路墩身、承台等施工部位得到成功的施工应用。

【关键词】京沪高速铁路；高性能混凝土；耐久性；配合比设计；研究与应用1 工程概况京沪高速铁路是《中长期铁路网规划》中投资规模最大、技术含量最高的一项工程，是继三峡工程、青藏铁路、南水北调工程之后，中国的又一个超大型工程。

正线全长约1318公里，设计时速350公里,作为客运专线的一种重要结构物，桥梁的耐久性至关重要。

铁道部科技司等相关部门发布了若干暂行技术条件和规范、标准，确保客运专线混凝土结构的长期耐久性。

客运专线混高性能凝土的技术性能特点有：混凝土有抗裂、抗氯离子渗透性、抗冻性、耐蚀性、抗碱骨料反应性等耐久性要求。

高性能混凝土以耐久性作为设计的主要指标，具有耐久性、工作性、适用性、高强度、体积稳定性好等特点。

2 原材料选择2.1 水泥本工程采用的水泥为山东榴园水泥厂生产的“瑞元”p.o42.5水泥，其各项性能检测结果见表2-1、2-2：表2-1 “瑞元”牌p.o42.5水泥试验成果密度（g/cm3）比表面积标准稠度（%）凝结时间（h：min）安定性抗压强度（mpa）抗折强度（mpa）初凝终凝3d 28d 3d 28d榴园p.o42.5 3.09 346 29.0 3:46 4:41 合格24.345.0 5.4 8.6gb175-2007 / ≥300 / ≥45min ≤390min 沸煮法合格≥17.0 ≥42.5 ≥3.5 ≥6.5表2-2 “瑞元”牌p.o42.5水泥化学性能试验成果s3o含量（%）游离cao含量（%） cl含量（%）碱含量（%）c3a含量（%）mgo含量（%）榴园p.o42.5 1.84 0.80 0.016 0.54 5.66 3.80科技基（2005）101号≤3.5 ≤1.0 ≤0.10 ≤0.80 ≤8.0 ≤5.02.2 掺和料本工程采用的矿物掺和料分别为邹县发电厂生产的ⅰ级粉煤灰和济南鲁新新型建材有限公司生产的鲁新s 95级矿渣粉。

水利水电技术　第39卷　2008年第12期京沪高速铁路桥梁高性能混凝土施工技术李　鹏,季慧峰,寇丽颖(中国水利水电第一工程局有限公司,吉林长春　130062)关键词:高速铁路工程;桥梁高性能混凝土;施工技术;京沪高速铁路中图分类号:U238 文献标识码:B 文章编号:100020860(2008)1220067203收稿日期22作者简介李　鹏(—),男,助理工程师。

1　概　述新建京沪高速铁路土建工程JHTJ -3三标段跨104国道特大桥,中心桩号DK473+350162,里程桩号为DK472+273137-DK474+427186,桥长2154149m 。

桥梁下部结构为2个桥台、64个桥墩。

基础类型为3个挖井基础;6个桩基础(含60根钻孔桩);57个明挖基础。

2个桥台(京向台和沪向台),均为双线一字型桥台。

64个桥墩结构形式为单圆柱墩和流线型圆端实体墩。

其中单圆柱墩4个,底宽为5127m 和5147m 两种;流线型圆端实体墩60个,圆端尺寸分别为2m 、213m 、215m 、312m 等4种结构形式。

跨104国道特大桥基础主要为片麻岩,δ0=800～1500kPa 。

基础混凝土设计总量为:17092m 3。

墩台混凝土设计总量为:9811182m 3。

2　桥梁高性能混凝土施工技术跨104国道特大桥混凝土结构设计使用寿命为100年,主要结构为桥梁桩基、承台、明挖基础、墩台、24m 和32m 预应力混凝土简支箱梁及40m +64m +40m 预应力混凝土连续梁(双线高速)。

京沪高速铁路工程主要技术指标如下。

铁路等级:高速铁路。

正线数目:双线。

设计速度:350km /h,初期运营速度300km /h,跨线列车运营速度200km /h 及以上。

线间距:510m 。

最小曲线半径。

最大设计坡度%。

211　原材料性能水泥:水泥选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,混合材为矿渣粉或粉煤灰。

本桥梁结构混凝土选用强度等级为P 1O 14215级普通硅酸盐水泥,山东平阴山水泥厂生产。

京沪高速铁路高性能混凝土实施细则京沪高速铁路高性能混凝土施工实施细则铁道部京沪高速铁路建设总指挥部京沪高速铁路股份二○○八年二月前言为规京沪高速铁路参建各方建设行为，细化施工工艺标准和操作规程，强化过程质量控制，减少质量通病，提高工程质量，做到源头把关、过程控制、精细管理，实现建设世界一流高速铁路目标，总指（公司）组织编制了京沪高速铁路七个站前主要工程施工实施细则：高性能混凝土施工实施细则；路基工程施工实施细则；隧道工程施工实施细则；桥梁桩基施工实施细则；路基CFG桩基施工实施细则；简支箱梁预制架设施工实施细则；工程质量无损检测实施细则。

本细则共有6章，第一章沿线环境气候条件，第二章混凝土配合比设计参考指标，第三章混凝土原材料基本要求，第四章混凝土施工基本要求，第五章混凝土质量检验，第六章长江及黄河桥承墩台混凝土施工与温差控制等，另有7个附录。

在执行本细则的过程中，可根据工程进展和具体情况，进行细化和补充，如与国家或行业标准矛盾之处，请以标准为准。

本细则可作为参加京沪高速铁路建设各级人员的自学或培训教材。

本细则由总指（公司）组织编写，铁道科学研究院主编，冶金建筑研究总院、中铁四局集团、中铁十二局集团、铁道第三勘察、铁道第四勘察参与编写。

本细则由总指（公司）技术质量部负责解释。

目录第一章沿线环境气候条件 (1)□环境水及土中侵蚀离子类型和浓度 (2)□气候状况 (3)□主体结构物环境作用类别和等级 (4)第二章混凝土配合比设计参考指标 (6)□桩体混凝土配合比设计参考指标 (7)□墩台体混凝土配合比设计参考指标 (8)□梁体混凝土配合比设计参考指标 (8)第三章混凝土原材料基本要求 (11)□水泥 (12)□粉煤灰 (14)□矿渣粉 (14)□外加剂 (14)□拌合用水 (15)□粗骨料 (16)□细骨料 (17)第四章混凝土施工工艺基本要求 (18)□一般要求 (19)□搅拌站设置和工艺控制 (26)□桩基混凝土施工 (28)□承墩台混凝土施工 (34)□隧道衬砌混凝土施工 (38)□涵洞混凝土施工 (39)□无碴轨道混凝土施工 (40)□梁体混凝土施工 (40)□季节施工 (42)第五章混凝土质量检验 (44)□混凝土施工过程质量检验 (45)□混凝土实体结构质量检验 (51)第六章长江及黄河桥承墩台混凝土施工与温差控制 (53)□混凝土施工 (54)□温差控制 (55)附录 (56)◆标准目录 (56)◆试验方法 (59)◆混凝土的电通量快速测定方法 (61)◆水泥或胶凝材料抗硫酸盐侵蚀性能快速试验方法 (63)◆矿物掺合料及外加剂抑制碱—骨料反应有效性试验方法 (65)◆混凝土抗裂性试验方法 (67)◆高性能混凝土参考配合比 (68)第一章沿线环境气候条件■环境水及土中侵蚀离子类型和浓度■气候状况■主体结构物环境作用类别和等级本章主要包括京沪沿线不同区段环境水或土中的侵蚀离子种类和浓度、气候状况，以及根据《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》进行分类的不同区段混凝土主体结构物所处的环境作用类别和等级。

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........................................................................................................................12. 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)3 JHTJ5（滁州-常州）标指导性配合比试验研究成果 (6)4 JHTJ6（常州-上海）标指导性配合比试验研究结果 (9)5 相关建议 (12)中冶集团建筑研究总院高性能混凝土研究院京沪高速铁路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。

高铁高性能混凝土设计与应用1. 核心概念高性能混凝土（High Performance Concrete, HPC）是指在配合比、材料、加工工艺等方面都优化的混凝土，具有更高的强度、更好的抗裂性、更大的耐久性和更好的耐久性等性能。

高铁高性能混凝土（High Performance Concrete for High-Speed Railway, HPC-HSR）是在HPC的基础上，结合高速铁路的特点优化材料组成、加工工艺等因素的混凝土，以满足高速铁路桥梁等部件的工程要求。

它是高速铁路工程建设中的重要材料之一。

2. HPC-HSR的关键性能HPC-HSR需要满足的关键性能包括：高强度、高韧性、高耐久性、高抗裂性、高耐久性等。

具体来说，需要满足以下要求：1.抗压强度：抗压强度是衡量混凝土力学性能的重要指标之一。

一般来说，高速铁路桥梁等部件需要选用抗压强度在55MPa以上的混凝土。

2.抗拉强度：高速铁路桥梁等部件需要具有优良的抗拉强度，以保证其在荷载作用下不会发生裂纹、破坏等现象。

3.抗渗透性能：高速铁路桥梁等部件需要具有优良的抗渗透性能，以保证结构不会因为渗透而引起过早损坏。

4.耐久性：高速铁路桥梁等部件需要具有良好的耐久性，能够长期承受反复荷载和环境侵蚀等因素的影响而不发生严重损坏。

3. HPC-HSR的设计方法和流程设计HPC-HSR的流程主要包括以下步骤：1.确定材料：选用高强度水泥、优质的细骨料、高品质的粗骨料等，确保混凝土的强度和耐久性。

2.设计配合比：通过试验确定最佳配合比，以满足高速铁路桥梁等部件的工程要求。

3.优化加工工艺：混凝土的加工工艺对其性能影响很大，需要在保证质量的前提下优化加工工艺。

4.验证混凝土性能：通过试验验证混凝土的各项性能是否符合设计要求。

4. HPC-HSR的应用HPC-HSR的应用主要体现在高速铁路桥梁、隧道等结构中。

在高速铁路建设中，HPC-HSR的应用已经得到了广泛的应用。

耐久性混凝土1 高性能混凝土基本概念高性能混凝土是当今土木工程推广使用界最为广泛的混凝土材料。

虽然“高性能混凝土”一词出现只有二十多年的历史，但是至今仍对它没有统一的解释或定义。

这里所提到的性能可以包括：易于浇注捣实而不发生离析的性能（工作性能）、长期力学性能、高早期强度、高韧性与良好的体积稳定性、严酷环境下的耐久性。

2 客运专线箱梁用高性能混凝土的设计方案2.1 客运专线箱梁混凝土的性能指标为了满足客运专线箱形梁的耐久性设计指标与施工要求，根据《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》，总结混凝土的性能要求有以下几点：1施工性能：坍落度大于等于≥180mm，30min坍落度保留值≥180mm，60min坍落度保留值≥150mm，入模后混凝土拌和物含气量大于等于4.5%；2耐久性：碱-骨料反应（无）、抗冻融循环≥200次（保护层为300次）、抗渗性≥P20、抗氯离子渗透≤1000 C、护筋性良好（不锈蚀）、抗裂性良好（不开裂）。

2.2 提高客运专线箱梁高性能混凝土耐久性的技术措施为了满足上述要求，特别是耐久性能，从原材料选择、配合比设计、水化热的控制等方面着手，采取多重防护措施，使其平行启动，保证施工的正常进行与结构物的耐久性。

主要采取的措施包括：混凝土密实度的提高措施；针对环境侵蚀性介质所采取的抗侵蚀措施；针对环境物理破坏作用所采取的措施；针对组成材料之间化学作用破坏作用所采取的措施等。

2.2.1 改善混凝土密实度的措施混凝土的密实度是混凝土材料耐久性的核心问题。

混凝土材料的侵蚀性破坏与物理破坏作用绝大部分是水作为载体侵入到混凝土材料内部所引起。

因此改善混凝土的密实度，提高抗渗性能，可显著改善材料和结构的耐久性能。

改善混凝土密实度所采取措施有：提高混凝土的强度设计等级；掺加高效减水剂，降低水胶比，抗冻融循环≥200次（保护层为300次）、抗渗性≥P20、抗氯离子渗透≤1000 C混凝土选0.35以下；保证胶凝材料总量达到一定值，应在350kg/m3以上；掺入大量粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺合料；选择颗粒级配和粒形良好、洁净的骨料；掺入引气型减水剂，内部引入一定气体等。

铁路高性能混凝土配合比设计本文结合笔者所在公司（水电十一局）参与京沪高铁项目建设所得经验，就京沪高速铁路济南段高性能混凝土配合比设计进行了研究，并得出一些自己的体会和看法。

标签高性能混凝土；定义；耐久性1 工程概况京沪高速铁路是我国自行修建的世界一流的高速铁路，设计时速为350km/小时，运营时速将达到400km/小时。

我工区施工的济南区段有298片混凝土现浇箱梁，五个大跨度现浇混凝土连续梁。

由于工期紧，施工量大，我们对配合比进行了设计及优化。

2 高性能混凝土配合比设计注意事项根据设计图纸及规范，箱梁的混凝土技术要求为：环境作用条件等级为T2，28d抗压强度C50、弹性模量≥3.55×104MPa，56天龄期冻融次数为≥200次、抗渗≥P20、电通量≥1000C，设计使用年限为100年，所以该铁路是以耐久性为主要设计控制指标。

2.1 原材料选择原材料的选择对高性能混凝土是十分重要的，要想提升混凝土的耐久性、可施工性、适用性等，使之达到高性能，就必须选择优质的原材料。

2.2 高性能混凝土配合比设计应遵循的原则高性能混凝土配合比首先应考虑适量掺用优质粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺和料；其次是混凝土的胶凝材料用量及水胶比，C30及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于400 kg/m3，C35～C40混凝土不宜高于450 kg/m3，C50及以上混凝土不宜高于500 kg/m3，最低胶凝材料用量根据不同的环境条件、作用等级及设计使用年限进行确定；再次是控制混凝土中的有害物质——碱含量和氯离子；最后是考虑混凝土的施工工艺，达到满足施工要求的具有良好的拌合物性能的混凝土。

3 混凝土配合比计算3.1混凝土配置强度的计算考虑混凝土采用现场拌和站集中搅拌，混凝土强度标准差σ取5.5则fcu，0= fcu，k+1.645σ=50+1.645×5.5=59.0（MPa）式中fcu，0——混凝土配置强度（MPa）fcu，k——混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）σ——混凝土强度标准差（MPa）3.2混凝土水灰比计算水泥选用山东平阴山水水泥有限公司生产的42.5MPa普通硅酸盐水泥，富余系数取1.0即：fce =1.0×42.5=42.5（MPa）则W/C=（A×fce）/（fcu，0+A×B×fce）=0.323式中A，B为回归系数，分别为0.46,0.07。

京沪高速铁路桥涵用高性能混凝土技术条件2004-xx-xx发布2004-xx-xx实施前言为统一京沪高速铁路桥涵用高性能混凝土质量标准，明确高性能混凝土施工控制技术要点，确保混凝土结构的长期耐久性能，特制订本技术条件。

本技术条件主要参考“京沪高速铁路高性能混凝土应用试验研究”等最新科研成果以及国内外有关标准和规范编制，采纳了《铁路混凝土与砌体工程施工规范》、《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收规范》、《混凝土结构工程施工质量验收规范》和《铁路混凝土工程预防碱—骨料反应技术条件》中的部分内容。

与普通混凝土相比，高性能混凝土的配制与施工要求具有如下特点：1、选用低水化热和低碱含量的水泥，尽可能避免使用早强水泥和高C3A含量的水泥；2、选用球形粒形、吸水率低、空隙率小的洁净骨料，严格控制骨料的针片状颗粒含量和空隙率，粗骨料宜采用二级配石；3、适量掺用规定品质的优质粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺和料或复合矿物掺和料；4、采用具有高效减水、适量引气、能细化混凝土孔结构、能明显改善或提高混凝土耐久性能的专用复合外加剂，尽量降低拌合水用量；5、严格控制混凝土的最大水胶比、最小水泥用量和最大胶凝材料用量，尽可能减少混凝土胶凝材料中的水泥用量；6、严格控制混凝土拌合物的入模温度、入模含气量和泌水率，灌注桩混凝土的入模温度不大于30℃，其它混凝土的入模温度不大于25℃；7、严格控制混凝土的搅拌、运输、浇筑和振捣作业程序，强化混凝土的保湿保温养护过程；混凝土养护期间实行温度监控，最高养护温度不大于50℃，芯部最高温度不大于65℃，芯部与表层、表层与环境之间的温差不大于15℃（梁体）或20℃；8、通过施工前对原材料品质和配合比混凝土耐久性进行检验，施工过程对原材料品质和混凝土耐久性进行批量抽检，施工后对实体混凝土的表观质量进行检查，实现对混凝土施工全过程的质量监控，从而确保混凝土的长期耐久性能。

本技术条件由铁道部科学技术司负责解释。

混凝土配合比设计在高速公路建设中的应用一、前言随着交通事业的不断发展，高速公路的建设也日益重要。

混凝土作为高速公路建设中最重要的材料之一，其配合比设计的合理性直接关系到高速公路的质量和安全性。

因此，混凝土配合比设计在高速公路建设中的应用显得尤为重要。

本文将从混凝土配合比设计的基本概念、原则和方法入手，探讨混凝土配合比设计在高速公路建设中的应用。

二、混凝土配合比设计的基本概念、原则和方法1. 混凝土配合比设计的基本概念混凝土配合比设计是指根据混凝土的使用要求和材料特性，通过试验和计算，确定混凝土中各组分的配合比，以达到在规定的使用条件下满足混凝土强度、耐久性、工作性和经济性等要求的目的。

2. 混凝土配合比设计的基本原则（1）保证混凝土的强度、耐久性和工作性；（2）保证混凝土配合比的经济性；（3）保证混凝土的可施工性和施工质量；（4）保证混凝土的安全性。

3. 混凝土配合比设计的基本方法混凝土配合比设计的基本方法包括试验法和计算法两种。

试验法是指通过实验来确定混凝土的配合比。

试验法的主要步骤包括试验材料的选择、试验设计、试验过程、试验结果的处理和配合比的确定等。

计算法是指根据混凝土的材料特性和使用要求，通过计算来确定混凝土的配合比。

计算法的主要步骤包括配合比设计依据的确定、材料组成及特性的确定、配合比计算和配合比的优化等。

三、混凝土配合比设计在高速公路建设中的应用混凝土是高速公路建设中最基础的材料之一，其质量和性能直接关系到高速公路的安全性和使用寿命。

因此，混凝土配合比设计在高速公路建设中的应用十分重要，主要体现在以下几个方面：1. 保证混凝土的强度和耐久性在高速公路建设中，混凝土的强度和耐久性是十分重要的，只有保证混凝土的强度和耐久性，才能保证高速公路的安全性和使用寿命。

因此，在混凝土配合比设计中，应根据高速公路的使用要求和材料特性，选取合适的配合比，保证混凝土的强度和耐久性。

2. 保证混凝土配合比的经济性在高速公路建设中，混凝土的使用量巨大，因此，混凝土配合比的经济性也是十分重要的。