C60双块式混凝土枕配合比设计

9

C60双块式混凝土枕配合比设计 

李 东

(中铁二十局集团第一工程有限公司 江苏 苏州 215100)

中图分类号：TQ172 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2017）04-009-02

摘要：本文结合郑万铁路工程实践，简述了C60双块式混凝土枕配合比设计过程及施工中的注意事项，针对混凝土的质量控制，简述了我公司枕厂采取的质量控制措施。

关键词：配合比；养护；强度

1 前言

随着国家基础建设的蓬勃发展，高铁工程施工逐渐遍布全国，其中混凝土枕为高铁设施中的一个重要组成部分，它的工作性和耐久性对高铁质量影响巨大。本文就我公司郑万铁路中生产的C60双块式混凝土枕，介绍一下该混凝土配合比的设计及施工中质量控制。

2 原材料的选用

根据原材料规范及《预应力混凝土枕产品许可证实施细则》要求，结合河南汝州当地地材调查试验，选用原材料如下： 2.1、水泥

水泥选用邯郸金隅P·O 42.5普通硅酸盐水泥，其质量指标为：比表面积335m2/kg，28天抗折强度8.1MPa，28天抗压强度48.5MPa，碱含量0.60%，氯离子含量0.02%。 2.2、粉煤灰

选用洛阳首龙F类Ⅰ级粉煤灰，其质量指标为：细度6.6%，氯离子含量0.004%，需水量比91%，烧失量0.6%，碱含量1.86%，活性指数28天为84%。 2.3、砂

选用产地汝州汝河砂，经检测其质量指标为：细度2.7Ⅱ区中砂，表观密度：2650㎏/m3，含泥量0.3%，泥块含量0.1%， 云母含量0.2%，氯离子含量0.001%，硫化物及硫酸盐含量0.04%，有机物含量合格。 2.4、碎石

选用产地汝州市焦村5-20连续级配碎石，经检测其质量指标为：岩石抗压强度148MPa，含泥量0.5%，泥块含量0.1%，氯离子含量0.001%，硫化物及硫酸盐含量0.03%，针片状颗粒含量3%，压碎指标3%，表观密度：2720㎏/m3，紧密空隙率为38%。 2.5、外加剂

选用北京金盾建材有限公司JD-1标准型聚羧酸高性能减水剂，其质量指标为：减水率31%，含气量2.9%，泌水率比0，抗压强度比28天为160%，氯离子含量0.07%，碱含量1.5%，含固量21.85%。 2.6、水

采用当地地下水，经检测其质量指标为：pH值7.7，不溶物含量26mg/L，可溶物含量472mg/L，氯化物含量8mg/L，硫酸盐含量329mg/L。

配合比设计

根据双块枕用混凝土耐久性指标、设计强度、工作性能、生产工艺以及不同环境作用条件下的最大水胶比、最小胶凝材料用量要求，确定混凝土坍落度为30-70mm,结合规范和以往经验确定以下配合比参数：总胶凝材料：470kg/m3；掺和料掺量：10%，47kg/m3；减水剂掺量：1.2%，5.64kg/m3；水胶比：0.27；砂率：38%。采用体积法计算，初步确定基准配合比，见下表： 水泥 掺和料水 河砂 碎石 减水剂Kg/m3 Kg/m3 Kg/m3 Kg/m3 Kg/m3 Kg/m3423 47 126.9 729 1189 5.64 以基准配合比进行试拌，混凝土拌合物性能满足要求，对配合

比水胶比及砂率进行小幅度修正后，按1#、2#、3#进行试验，具体配比如下表所示：

试验编号 1# 2# 3#

水胶比 0.275 0.27 0.27 用水量（㎏） 129.2 126.9 129.6 试验 水泥用量（㎏） 423 423 432 配 掺和料用量（㎏） 47 47 48 合 砂率（％） 39 38 37 比 砂用量（㎏/m3） 748 729 707

碎石用量（㎏/m3） 1170 1189 1203 外加剂（㎏/m3） 5.64 5.64 5.76

计算混凝土容重（㎏/m3）

2522

2520

2524

根据《CRTS双块式无砟轨道混凝土轨枕》（TB/T3397-2015）技术条件及生产

工艺要求，对1#、2#、3#配合比分别检测其坍落度、1天拆模抗压强度、1天拆模弹模强度、28天拆模抗压强度和28天拆模弹模强度，养护条件为1天蒸养，蒸养之后转入标养。蒸养条件为混凝土由强制式搅拌机搅拌，搅拌时间为130秒。试件成型完毕后，静养3小时，升、降温速率为8℃/h，恒温温度43℃，恒温10小时进行养护。

经养护完成后检测，结果如下： 1#配合比指标：

试件编混凝土塌

龄期 破坏强度弹模强度

号 落度（mm）养护条件 （天） （Mpa）（×

备注104Mpa）

蒸养 1 51.2

1#--0165 蒸养结束后转入

标养 28 81.5

蒸养 1 50.7

1#--0255 蒸养结束后转入

标养 28 78.8

蒸养 1 52.1

1#--0350 蒸养结束后转入

1天：3.84

标养 28 83.4

28天：4.51蒸养 1 51.3

1#--0445 蒸养结束后转入

标养 28 87.3

蒸养 1 50.4

1#--0550 蒸养结束后转入

标养

28 80.5

强度

蒸养后标养：n=5 sfcu=3.25 m2fcu=82.3 f2cu ，min=78.8评定

m2fcu≥60+0.95×3.25=63.1 f2cu ，min≥60-0.85×5.5=55.3 评定： 合格 2#配合比指标：

试件编混凝土塌龄期 破坏强度

弹模强度

号 落度（mm）养护条件 （天） （Mpa）

（×

备注104Mpa）

蒸养 1 51.4

2#--0150 蒸养结束后转入

标养 28 82.2

蒸养 1 52.3

2#--0245 蒸养结束后转入

标养 28 82.5

蒸养 1 54.9

2#--0345 蒸养结束后转入

1天：3.91

标养 28 87.7

28天：4.46 蒸养 1 55.3

2#--0470 蒸养结束后转入

标养 28 81.5

蒸养 1 54.1

2#--0550 蒸养结束后转入

标养

28 83.3

强度

蒸养后标养：n=5 sfcu=2.47 m2fcu=83.4 f2cu ，min=81.5

评定

m2fcu≥60+0.95×2.47=62.3 f2cu ，min≥60-0.85×5.5=55.3

评定： 合格

（下转第85页）

     Roads and Bridges 道路桥梁 85

2.3钢纤维喷射砼施工工艺、技术要求

（1） 钢纤维喷砼施工控制要点

① 选用普通硅酸盐水泥，适当添加硅粉或置换一定量的水泥，细度模数大于2.5的硬质洁净砂，粒径5-12mm连续级配碎(卵)石，化验合格的拌合用水。

② 喷射混凝土严格按设计配合比进行拌和，按各种材料先干拌合均匀后再加水的步骤，配合比及搅拌的均匀性每班检查不少于两次。

③初支喷护采用湿喷工艺， 喷射前认真检查隧道断面，对欠挖部分及所有开裂、破碎、出水点、崩解的破损岩石进行清理和处理，清除浮石和墙角虚碴，并用高压水或风冲洗岩面。

④ 喷头距岩面距离为0.6m~1.2m，喷头垂直受喷面，喷初期支护钢架背后，将喷头稍加偏斜。喷射路线应先边墙后拱部，分区、分段螺旋形运动，喷头作连续不断的圆周运动，后一圈压前一圈1/3，螺旋状喷射。

⑤ 喷射混凝土作业采取分段、分块，先墙后拱、自下而上的顺序进行。喷嘴做反复缓慢的螺旋形运动，螺旋直径约为20~30cm，以保证混凝土喷射密实。同时掌握风压、水压及喷射距离，通过调整减少回弹量。

⑥ 隧道喷射混凝土厚度>8cm时分两层作业，第二次喷射混凝土如在第一层混凝土终凝1h后进行，需冲洗第一层混凝土面。初次喷射先找平岩面。

⑦ 喷射混凝土终凝2h后，进行喷水养护，养护时间不少于7d。隧道开挖下次爆破距喷射混凝土完成时间的间隔，不得小于4h。

(2) 有水地段喷射混凝土的施工措施

① 当涌水点不多时，设导管引排水后再喷射混凝土；当涌水量范围较大时，设树枝状排水导管引排后再喷射混凝土；当涌水严重时可设置泄水孔，边排水边喷混凝土。

② 增加水泥用量或置换一定比例的硅灰，改变配合比，喷混凝土由远而近逐渐向涌水点逼近，在涌水点安设导管，将水引出，再向导管附近喷混凝土。

③ 当岩面普遍渗水时，先喷砂浆，并加大速凝剂掺量，初喷后再按原配合比施工。当局部出水量较大时采用埋管、凿槽、树枝状排水盲沟等措施，将水引导疏出后再喷混凝土。

④ 当喷射混凝土局部凹凸不平尺寸大于下述要求时，进行处理。边墙：D/L=1/6；拱部：D/L=1/8。式中：L—喷射混凝土相邻两凸面间的距离；D—喷射混凝土两凸面凹进的深度。

2.4钢纤维喷射砼施工效果分析

（1）钢纤维喷砼施工综合效果

湿喷钢纤维砼在该隧道初支的使用显现了其施工效率高、施工进度快、施工环境、安全有保障的施工综合效果。通过湿喷钢纤维砼有效提高了隧道围岩的初期支护强度，有效解决了隧道软弱地质类型支护早期结构开裂、沉降、变形等不稳定的问题。

（2）钢纤维喷砼施工回弹量分析

湿喷钢纤维砼从原材料选用、配比、拌合、运输、施工操作等力求科学和规范，并采取现代化的工装设备，回弹量较普通喷砼的25%左右下降到了5%-10%，

（上接第9页）

3#配合比指标： 试件编混凝土塌号 落度（mm）养护条件

龄期

（天）

破坏强度 （Mpa）

弹模强度（×104Mpa）

备注

有效降低了施工成本，并加快了施工进度。

（3）质量和安全防护方面分析

初支使用湿喷钢纤维混凝土施工，从喷砼的厚度、强度、平整度、空洞、裂缝、沉降、收敛等，根据现场实地观察、实测实量、实体检测、取样试验等检查各项指标和数据均能满足设计和规范要求。有效保证了施工质量和管控了风险。

3、钢纤维喷射混凝土的使用效益分析

3.1综合效益方面分析

选取湿喷钢纤维砼的形式对隧道初期支护起到显著的加强的作用，有效抑制了隧道围岩对初期支护造成的开裂和变形，并将设计预留变形量15公分控制在了8公分左右，解决了复杂地质条件下的不安全问题。同时使用湿喷法施工能够有效减少洞内粉尘污染，为施工人员身体健康和工作环境创造了条件，为综合效益的提高奠定了基础。

3.2施工进度方面效益分析

采取湿喷钢纤维砼减小了开挖预留变形量既减少了围岩开挖量和运输；省去了钢筋网的加工、安装等工序；钢纤维喷砼一次喷射厚度较普通喷砼提高一倍多，减少了多遍工序操作；使用湿喷机施工，创造了有利的洞内施工环境，提高了施工人员的工作积极性；通过不断的调整回弹控制方法来有效减少回弹量，对围岩及时有效的封闭、降低风险起到了重要作用。

4、结语

本文研究了钢纤维喷射砼的主要特性、主要施工技术控制要点等内容，并借助宁德福宁2号隧道项目钢纤维喷射砼实例，对钢纤维喷射混凝土的主要应用工艺流程和控制要点等进行了实践，进一步验证了钢纤维喷射砼在不良地质条件下和高风险隧道施工中较普通喷砼具有更高的抗变形能力及潜在的技术、经济和社会效益，希望通过本文的研究为今后加强隧道初期支护施工提供技术支持。

参考文献

[1]王警卫.钢纤维喷射混凝土在隧道支护中的应用分析[J].建筑施工，2014，（06）：120

[2]杨会军.浅埋暗挖大跨隧道施工环境影响分析[J].铁道工程学报, 2010（05）：43~47.

[3]刘炳辉.钢纤维喷射混凝土在隧道初期支护中的应用实践[J].公路交通技术,2010,06(05):126-129.

[4]祝云华.钢纤维喷射混凝土力学特性及其在隧道单层衬砌中的应用研究[D].重庆大学,2009.

[5]中华人民共和国建筑业行业标准.JG/T3064-1999钢纤维混凝土1999

[6]中华人民共和国交通行业标准«公路水泥混凝土纤维材料 钢纤维»JT/T524-2004

弹性弹模不低于3.60×104MPa，3个配合比都满足要求。

4、C60双块式混凝土枕配合比的选定

综合1#、2#、3#配合比试验结果得出以下结论：混凝土拌合物性能、28d强度评定结果及弹性模量，1#、2#、3#配比均符合设计要求，但1#配合比强度离散性大，3#配合比增大了水泥用量。故最佳配合比为(单位：㎏/m3）：

水泥：掺和料：水：砂子：石子：减水剂= 423：47：126.9：729：1189：5.64

蒸养 1 51.5

3#--01 70 蒸养结束后转入

28 82.6

标养 蒸养 1 53.6

3#--02 65 蒸养结束后转入

28 79.5

标养 蒸养 1 54.1

1天：3.99

3#--03 65 蒸养结束后转入

28天：4.6228 82.0

标养 蒸养 1 54.7

3#--04 50 蒸养结束后转入

28 83.4

标养 蒸养 1 52.4

3#--05 45 蒸养结束后转入

28 85.4

标养

蒸养后标养：n=5 sfcu=2.15 m2fcu=82.6 f2cu ，min=79.5

强度

m2fcu≥60+0.95×2.15=62.0 f2cu ，min≥60-0.85×5.5=55.3

评定

评定：合格

其中抗压强度及弹性模量要求为：依据产品检验办法：脱模时，抗压强度不低于40MPa，弹性模量不低于3.35×104MPa；28天龄期时，抗压强度不低于60MPa，

5、生产过程中质量控制

针对混凝土配合比的各项影响因素，我公司制定专项方案来杜绝混凝土偏差，

具体有以下措施：枕厂生产标准化，确定水泥及粉煤灰料源的稳定，对每批水泥、粉煤灰进行抽样检测及留样；购买两套砂石料水洗设备，对新进场的砂石料进行水洗，检测各项指标合格后投产使用；对外加剂加强检测力度，提高减水率试验及与水泥适应性等相关试验频率，确保地下水稳定无污染。生产过程中每天检测混凝土各项原材料含水量，准确确定混凝土生产配合比；严格控制混凝土搅拌时间，确保机械搅拌时间不小于120秒；混凝土生产过程中试验人员及时对混凝土拌合物性能进行坍落度及含气量检测；每天对蒸养池进行温度监控，确保温度满足要求；按时检测混凝土的脱模强度、抗压强度及弹性模量，确保混凝土满足施工要求。

6、结束语

C60双块式混凝土枕配合比设计，通过枕厂的实际生产及产品使用，确定该配合比及质量控制是可行的，满足工程需要及安全质量的各项要求。

参考文献

[1]董海涛，何超。C60高强混凝土配合比设计。北方交通。2010

[2]乔德福。C60高强高性能混凝土配合比设计及应用。吉林交通科技。2007