C35承台墩身高性能混凝土配合比优化与成本分析
（许鹏龙：湘桂铁路扩改工程II标指挥部第四工地试验室主任）
摘要：湘桂线II表第四项目部铁路高性能混凝土依据设计理念，在达到各项指标的设计要求基础上，最大程度节约成本，合理优化配合比。 关键词：混凝土 配合比 优化 1、工程概况
湘桂线设计范围自兰家村站出站端K151+300(新建线DK152+000=中铁四院DK153+827.93)至柳州枢纽站中心K533+131.75，既有线长度383.805km,新建线路长350.693km,沿线通过九县二市共十一个县市，从北至南分别为东安县、全州县、兴安县、灵川县、桂林市、临桂县、永福县、鹿寨县、柳城县、柳州市和柳江县。设计时速为200km/h。使用年限为100年以上，总工期为3.5年。湘桂铁路扩能改造工程为南宁铁路局铁路建设史上目前最高等的铁路。
我项目（湘桂铁路II标第四项目部）施工段位于广西全州县境内，施工里程为DK244+006.74～DK257+521，全长13.5km。共有桥梁6座，其中特大桥1座、
，，，，
大桥2座、中桥1座、框架桥2座；大小涵洞57座。混凝土设计总方量为97362.0m，（其中C25砼35771.0 m、C30普通砼23172.0m、C30水下砼4698.0mC35
，，，3
普通砼10564.0m 、C35水下砼9424m、C40普通砼1818m、C40水下砼4900m）广西境内大部属Krast landfarm(喀斯特地貌)地区，地质构造复杂，部分地表水，地下水对砼具有侵蚀性，故采用高性能耐久性混凝土。 2、最优配合比及主要参数
鉴于我施工段桥涵部位较多，混凝土生产方量较大，优化配合比可以最大程度节约企业成本，同时增加混凝土的使用年限，有利于耐久性。经以往施工过程实践、比对分析及设计要求，我项目部对我施工段的各强度等级混凝土配合比进行了优化。这里只试举一例，强度为C35承台、墩身、桥台、涵洞盖板混凝土配合比优化，此混凝土配合比水泥用量小，混凝土拌合物性能、力学性能指标、耐久性指标等均能满足要求，且施工完成的混凝土承台、墩身、涵洞外观质量好。特别是竹梅洞大桥，在2010年7月被业主评为样板工程。
中国路桥湘桂铁路扩改工程第四项目部竹梅洞大桥、高田双线特大桥、白沙河双线大桥、梁家双线中桥、刘家山框架桥、塘家田框架桥及涵洞C35承台、墩身、桥台、涵洞盖板混凝土设计总方量：10564.0m3。 2．1、C35承台、墩身、涵洞盖板混凝土配合比材料用量表 材料名称 产 地 规 格 用量(kg/m3) 水泥 兴安海螺 P.O 42.5 292 粉煤灰 鲤鱼江电厂A厂 C50以下砼用 100 细骨料 全州黄金砂场 中砂 706 粗骨料 才湾象鼻山 5-31.5mm碎石 1103 水 地下水 饮用水 149 外加剂 深圳五山 WS-PC聚羧酸 3.14 2．2、C35承台、墩身、涵洞盖板混凝土配合比主要参数 使 用 部位：承台、墩身、桥台、涵洞基础、盖板
施 工 方法：集中拌合，罐车运输，吊斗入模，机械振捣 设计坍落度：120~160mm
第 1 页，共 7 页
含气量要求：≥2.0% （无抗冻性要求） 水 胶 比：0.38，水/（水泥+粉煤灰） 胶凝材料总量：392 kg/m3
外加剂掺量：0.80% （占胶凝材料总量的百分率） 粉煤灰掺量：25.5%（占胶凝材料总量的百分率） 砂 率：39.0%
理 论 容重：2350 kg/m3
粗骨料最大公称粒径：31.5mm。高性能混凝土保护层厚度要求严格，一般保护层厚度为不小于50mm，且要求粗骨料最大粒径不大于保护层厚度的的2/3，所以粗骨料选用5-31.5mm的碎石，分5-16mm、16-31.5mm两档，按比例掺配。.
原材料指标：水泥实测强度57.3.3MPa，砂细度模数2.8。胶凝材料抗蚀系数大于0.8。 3、混凝土配合比节约成本分析 3．1、C35高性能混凝土成本分析
C35高性能混凝土成本分析表 材料名称 用量(kg/m3) 材料单价 每方混凝土中各材料成本 每方混凝土成本 C35承台、墩身等总方量 C35承台墩身等混凝土总成本 水泥 292 355元/吨=0.355元/kg 103.66元 粉煤灰 100 280元/吨=0.28元/kg 28.0元 细骨料 706 86元/m3，约0.0573元/kg 40.45元 222.86元 10564.0 m3 222.86×10564 =2354293.04元 粗骨料 1103 51元/ m3，约0.034元/kg 37.5元 高性能减水剂 3.14 4220元/吨=4.22元/kg 13.25元 3．2、C35普通混凝土成本分析 普通混凝土配合比一般不掺粉煤灰，不掺高性能减水剂，采用普通减水剂（普通减水剂减水率约15%），则普通混凝土比高性能混凝土用水量会增加，水泥用量也相应增加，C35普通混凝土配合比用水量约173 kg设计坍落度120-160 mm，碎石最大粒径31.5mm），水灰比按0.44，水泥用量为393 kg普通减水剂掺量按1.5%算。其他材料用量变化忽略不计。
材料名称 用量(kg/m3) 水泥 392 粉煤灰 / 细骨料 706 粗骨料 1103 普通减水剂 5.90 第 2 页，共 7 页
材料单价 355吨/ m3 =0.355元/kg / 86元/ m3约0.057元/kg 51元/ m3，约0.034元/kg 4500元/吨=4.5元/kg 每方混凝土中各材料成本 每方混凝土成本 C35墩身承台混凝土总方量 C35墩身承台混凝土总成本 139.52元 / 40.45元 244.02元 10564.0m3 244.02×10564.0 =2577827.28元 37.5元 26.55元 3．3、高性能混凝土与普通混凝土成本比较
2577827.28元-2354293.04元=223534.24元，即采用高性能混凝土比采用普通混凝土节约成本22万余元。
4、C35能混凝土配合比优化设计过程 4.1设计要素
1、设计依据
⑴《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》铁建设【2005】160号； ⑵《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》科技基【2005】101号； ⑶《铁路耐久性混凝土设计暂行规定》铁建设【2007】140号； ⑷ JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》；
⑸ 铁建设【2007】140号文，铁建设【2007】159号文。 2、设计技术指标及要求 ⑴ 设计强度等级C35
⑵ 设计坍落度120-160 mm； ⑶ 所处环境作用等级：H1、T2；
⑷ 56d电通量小于1200C、抗蚀系数≥0.8, ⑸ 混凝土含气量不应小于2.0%； 3、配合比使用的材料
⑴ 水泥：兴安海螺水泥有限责任公司 ⑵ 砂：全州黄金砂场
第 3 页，共 7 页
⑶ 碎石：才湾象鼻山采石场 ⑷ 粉煤灰：鲤鱼江电厂 ⑸ 外加剂：深圳五山 ⑹ 水：地下水
4、拟用工程部位：竹梅洞大桥、高田双线特大桥、白沙河双线大桥、梁家双线中桥、刘家山框架桥承台、墩身、桥台及涵洞盖板等。 4.2配合比设计过程
1、计算试配强度
fcu，0= fcu，k+1.645σ=35+1.645×5=43.2MPa 2、计算水灰比（水胶比） W/C=A×fce/（fcu，0+ A×B×fce）=（0.46×1.10×42.5）/（43.2+0.46×0.07×1.10×42.5）=0.48 3、 确定水灰比（水胶比）
依据现行《铁路耐久性混凝土设计暂行规定》、《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》、《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》等技术标准及设计文件
3
的要求，C35混凝土的胶凝材料总量不宜高于450kg/m，水胶比不得大于0.45。水胶比选取0. 38满足耐久性要求，故配合比的水胶比采用0.38。
4、 确定单位用水量
根据外加剂的性能，并考虑混凝土耐久性要求选取混凝土单位用水量Mwo=149kg，同时减水剂掺量取0.8%。 5、计算单位胶凝材料用量 胶凝材料总量Mc=149÷0.38=392kg，取392kg/m3。
粉煤灰掺量取25.5%，故粉煤灰用量MFO=100 kg，水泥用量MCO=292kg。 6、采用重量法计算各种材料用量
选取砂率βs=39%，假定重量Mcp=2350kg/m3. 计算砂、石用量
Mso+Mgo=Mcp-MC-Mwo =2350-392-149=1809kg 则Mso=706kg，Mgo=1103kg。
7、初步配合比：水泥：砂：碎石：粉煤灰：水：减水剂=292：706：1103：100：149：3.14 kg/m3. 。
8、按照要求，依据各项原材料中的碱含量、氯离子含量，计算单方混凝土的总碱含量及总氯离子含量，经计算，均满足要求。 9、试拌调整，确定基准配合比
试拌混凝土，测定混凝土的拌合物性能，各种材料（砂石均为干燥状态）用量见表1，混凝土拌合物性能试验实测结果见表2。 表1 试拌材料用量表 水泥（kg） 碎石（kg） 砂（kg） 5-16m 16-31.5mm 水 （kg） 粉煤灰（kg） 减水剂（kg） 18.98
45.89 28.67 43.03 9.68 6.50 0.204 表2 拌合物性能实测结果汇总表
第 4 页，共 7 页
试验 项目 实测结果 备注 泌水率 （%） 0 坍落度（mm） 初始 155 30min 150 含气量（%） 初始 3.6 30min 3.2 凝结时间 初凝 8h00min 终凝 10h20min 混凝土拌合物和易性良好 通过试拌可确定基准配合比如下： 水泥：砂：碎石：粉煤灰：水：减水剂=292：706：1103：100：149：3.14 kg/m3. 。 10、力学、耐久性指标验证
制作力学及耐久性混凝土试件，标准养护后进行抗压强度试验、抗渗试验、电通量试验，并进行裂缝观察。 （1）标准养护试件抗压强度（MPa） 龄 期 抗压强度 抗压强度比（%） 2d 14.5 41.4 3d 22.3 63.7 7d 35.1 100 14d 40.6 116 28d 47.2 134.9 56d 52.1 149 （2）电 通 量：56天电通量为667库仑，说明混凝土密实，抗渗透性好。 （3）抗渗试验：抗渗性能满足要求。
（4）抗裂性能：用刻度放大镜观察，无裂缝，说明混凝土抗裂性好。 11、理论配合比确定
力学性能指标及耐久性能指标均满足要求，所以理论配合比确定为：水泥：砂：碎石：粉煤灰：水：减水剂=292：706：1103：100：149：3.14 kg/m3 。
5、配合比优化途径及施工过程中应注意的问题 5.1、减少水泥用量的主要途径有：
（1）采用高效减水剂（减水率大于25%），降低用水量，从而降低水泥用量。
（2）掺加优质矿物掺合料，取代一部分水泥用量，同时掺合料可以起到润滑的作用，增加混凝土的流动性，提高混凝土和易性，减少用水量，降低胶凝材料总量，降低水化热，增加混凝土的耐久性。掺合料掺量可根据所处不同环境做不同选择。
（3）选用优质的砂石料。要选用级配良好、吸水率低、空隙率小、含泥小的砂石料，优质的砂石料可以尽量降低用水量，减少水泥用量。注意砂石料选定时要选吸水率小的，如果吸水率过大，会造成混凝土单方用水量过高，从而造成胶凝材料用量过高。
2、施工过程中应注意的问题
（1）施工过程中，要随时检测减水剂的减水率，防止外加剂厂家偷工减料，降低外加剂有效成分，从而降低减水率，导致混凝土用水量增加，要想保证混凝土强度，则须增加水泥用量。
（2）施工过程中要严格控制砂石质量，尤其是含泥量、泥块含量要控制好，如果超标，会增加用水量，从而增加了水泥用量。 （3）粉煤灰细度、烧失量、需水量比要合格，如果粉煤灰需水量增加，将增加水泥用量。 （4）拌合站计量要准确，避免计量不准浪费材料。
第 5 页，共 7 页