（1）可根据骨料品种、粒径及W/C查表4-13选取。实际选用时可采用内插法，并根据附加说明进行修正。
（2）在有条件时，可通过试验确定最优砂率。
6．计算砂、石用量（S0、G0），并确定初步计算配合比。 （1）重量法：
（4-36）
（2）体积法：
（4-37）
（3）配合比的表达方式：
① 根据上述方法求得的C0、W0、S0、G0，直接以每立方米混凝土材料的用量（kg）表示。 ② 根据各材料用量间的比例关系表示：C0：S0：G0＝1：S0/C0：G0/C0，再加上W/C值。 （二）基准配合比和试验室配合比的确定
初步计算配合比是根据经验公式和经验图表估算而得，因此不一定符合实际情况，必经通过试拌验证。当不符合设计要求时，需通过调整使和易性满足施工要求，使W/C满足强度和耐久性要求。
1．和易性调整——确定基准配合比。根据初步计算配合比配成混凝土拌合物，先测定混凝土坍落度，同时观察粘聚性和保水性。如不符合要求，按下列原则进行调整：
（1）当坍落度小于设计要求时，可在保持水灰比不变的情况下，增加用水量和相应的水泥用量（水泥浆）。
（2）当坍落度大于设计要求时，可在保持砂率不变的情况下，增加砂、石用量（相当于减少水泥浆用量）。
（3）当粘聚性和保水性不良时（通常是砂率不足），可适当增加砂用量，即增大砂率。 （4）当拌合物显得砂浆量过多时，可单独加入适量石子，即降低砂率。 在混凝土和易性满足要求后，测定拌合物的实际表观密度（料用量——即基准配合比： 令：A＝C拌+W拌+S拌+G拌 则有：
），并按下式计算每1m3混凝土的各材
48
（4-38）
式中：
A——试拌调整后，各材料的实际总用量（kg）； ——混凝土的实测表观密度（kg/m3）；
C拌、W拌、S拌、G拌——试拌调整后，水泥、水、砂子、石子实际拌合用量（kg）； Cj、Wj、Sj、Gj——基准配合比中1m3混凝土的各材料用量（kg）。
如果初步计算配合比和易性完全满足要求而无需调整，也必须测定实际混凝土拌合物的表观密度，并利用上式计算Cj、Wj、Sj、Gj。否则将出现“负方”或“超方”现象。亦即初步计算1m3混凝土，在实际拌制时，少于或多于1m3。当混凝土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，则初步计算配合比即为基准配合比，无需调整。
2．强度和耐久性复核——确定试验室配合比。根据和易性满足要求的基准配合比和水灰比，配制一组混凝土试件；并保持用水量不变，水灰比分别增加和减少0.05再配制二组混凝土试件，用水量应与基准配合比相同，砂率可分别增加和减少1%。制作混凝土强度试件时，应同时检验混凝土拌合物的流动性、粘聚性、保水性和表观密度，并以此结果代表相应配合比的混凝土拌合物的性能。
三组试件经标准养护28天，测定抗压强度，以三组试件的强度和相应灰水比作图，确定与配制强度相对应的灰水比，并重新计算水泥和砂石用量。当对混凝土的抗渗、抗冻等耐久性指标有要求时，则制作相应试件进行检验。强度和耐久性均合格的水灰比对应的配合比，称为混凝土试验室配合比。计作C、W、S、G。
其它事项这里不再作详述，具体事例可以查看相关的参考书。
第七节 高强高性能混凝土
根据《高强混凝土结构技术规程》（CECS104：99），将强度等级大于等于C50的混凝土称为高强混凝土；将具有良好的施工和易性和优异耐久性，且均匀密实的混凝土称为高性能混凝土；同时具有上述各性能的混凝土称为高强高性能混凝土；而《普通混凝土配合比设计规范》（JGJ55－2000）中则将强度等级大于等于C60的混凝土称为高强混凝土；《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）则未明确区分普通混凝土或高强混凝土，只规定了钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15，混凝土强度范围从C15～C80。综合国内外对高强混凝土的研究和应用实践，以及现代混凝土技术的发展，将大于等于C60的混凝土称为高强度混凝土是比较合理的。
获得高强高性能混凝土的最有效途径主要有掺高性能混凝土外加剂和活性掺合料，并同时采用高强度等级的水泥和优质骨料。对于具有特殊要求的混凝土，还可掺用纤维材料提高抗拉、抗弯性能和冲击韧性；也可掺用聚合物等提高密实度和耐磨性。常用的外加剂有高效减水剂、高效泵送剂、高性能引气剂、防水剂和其它特种外加剂。常用的活性混合材料有Ⅰ级粉煤灰或超细磨粉煤灰、磨细矿粉、沸石粉、偏高岭土、硅粉等，有时也可掺适量超细磨石灰石粉或石英粉。常用的纤维材料有钢纤维、聚酯纤维和玻璃纤维等。
49
一、高强高性能混凝土的原材料 （一）水泥
水泥的品种通常选用硅酸盐水泥和普通水泥，也可采用矿渣水泥等。强度等级选择一般为：C50～C80混凝土宜用强度等级42.5；C80以上选用更高强度的水泥。1m混凝土中的水泥用量要控制在500kg以内，且尽可能降低水泥用量。水泥和矿物掺合料的总量不应大于600kg/m3。 （二）掺合料
1．硅粉：它是生产硅铁时产生的烟灰，故也称硅灰，是高强混凝土配制中应用最早、技术最成熟、应用较多的一种掺合料。硅粉中活性SiO2含量达90%以上，比表面积达18000m2/kg，火山灰活性高，且能填充水泥的空隙，从而极大地提高混凝土密实度和强度。硅灰的适宜掺量为水泥用量的5%～10%。 研究结果表明，硅粉对提高混凝土强度十分显著，当外掺6～8%的硅灰时，混凝土强度一般可提高20%以上，同时可提高混凝土的抗渗、抗冻、耐磨、耐碱－骨料反应等耐久性能。但硅灰对混凝土也带来不利影响，如增大混凝土的收缩值、降低混凝土的抗裂性、减小混凝土流动性、加速混凝土的坍落度损失等。《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》中对硅灰的技术要求见下表。
3
序号 1 2 3 4 5 6 7 名称 烧失量，% 氯离子含量，% SiO2含量，% 比表面积，m2/kg 需水量比，% 含水率，% 活性指数，%，28d 技术要求 ≤6 不宜大于0.02 ≧85 ≧18000 ≤125 ≤3.0 ≧85 2．磨细矿渣：通常将矿渣磨细到比表面积350-500m2/kg，从而具有优异的早期强度和耐久性。掺量一般控制在20%～50%之间。矿粉的细度越大，其活性越高，增强作用越显著，但粉磨成本也大大增加。与硅粉相比，增强作用略逊，但其它性能优于硅粉。《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》中对矿渣粉的的技术要求见下表。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 名称 MgO含量，% SO3含量，% 烧失量，% 氯离子含量，% 比表面积，m2/kg 需水量比，% 含水率，% 活性指数，%，28d 技术要求 ≤14 ≤4 ≤3 ≤0.02 350-500 ≤100 ≤1 ≧95 3．粉煤灰：一般选用I级灰，利用其内含的玻璃微珠润滑作用，降低水灰比，以及细粉末填充效应和火山灰活性效应，提高混凝土强度和改善综合性能。掺量一般控制在20%～30%之间。I级粉煤灰的作用效果与矿粉相似，且抗裂性优于矿粉。《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》中对粉煤灰的的技术要求见下表。 序号 名称 技术要求 50
C50以下混凝土 1 2 3 4 5 6 7 （三）外加剂
细度，% 氯离子含量，% 需水量，% 烧失量，% 含水量，% SO3含量，% CaO含量，% ≤105 ≤5 ≤20 C50及以上混凝土 ≤12 不宜大于0.02 ≤100 ≤3 ≤1.0(干排灰) ≤3.0 ≤10（对于硫酸盐侵蚀环境） 高效减水剂（或泵送剂）是高强高性能混凝土最常用的外加剂品种，减水率一般要求大于20%，以最大限度降低水灰比，提高强度。为改善混凝土的施工和易性及提供其它特殊性能，也可同时掺入引气剂、缓凝剂、防水剂、膨胀剂、防冻剂等。掺量可根据不同品种和要求根据需要选用。 （四）砂、石料
一般宜选用级配良好的中砂，细度模数宜大于2.6。含泥量不应大于1.5%，当配制C70以上混凝土，含泥量不应大于1.0%。有害杂质控制在国家标准以内。
石子宜选用碎石，最大骨料粒径一般不宜大于25mm，强度宜大于混凝土强度的1.20倍。对强度等级大于C80的混凝土，最大粒径不宜大于20mm。针片状含量不宜大于5%，含泥量不应大1.0%，对强度等级大于C100的混凝土，含泥量不应大于0.5%。 二、高强高性能混凝土的配合比设计
高强高性能混凝土配合比设计理论尚不完善，一般可尊循下列原则进行。 （一）水灰比W/C
普通混凝土配合比设计中的鲍罗米公式对C60以上的混凝土已不尽适用，但水灰比仍是决定混凝土强度的主要因素，目前尚无完善的公式可供选用，故配合比设计时通常根据设计强度等级、原材料和经验选定水灰比。
（二）用水量和水泥用量
普通水泥中用水量根据坍落度要求、骨料品种、粒径选择。高强度高性能混凝土可参考执行，当由此确定的用水量导致水泥或胶凝材料总用量过大时，可通过调整减水剂品种或掺量来降低用水量或胶凝材料用量。也可以根据强度和耐久性要求，首先确定水泥或胶凝材料用量，再由水灰比计算用水量，当流动性不能满足设计要求时，再通过调整减水剂品种或掺量加以调整。 （三）砂率
对泵送高强混凝土，砂率的选用要考虑可泵性要求，一般为34%～44%，在满足施工工艺和施工和易性要求时，砂率宜尽量选小些，以降低水泥用量。从原则上来说，砂率宜通过试验确定最优砂率。 （四）高效减水剂
高效减水剂的品种选择原则，除了考虑减水率大小外，尚要考虑对混凝土坍落度损失、保水性和粘聚性的影响，更要考虑对强度、耐久性和收缩的影响。
减水剂的掺量可根据减水率的要求，在允许掺量范围内，通过试验确定。但一般不宜因减水的需要而超量掺用。 （五）掺合料
其掺量通常根据混凝土性能要求和掺合料品种性能，结合原有试验资料和经验选择并通过试验确定。 其他设计计算步骤与普通混凝土基本相同。 三、高强高性能混凝土的主要技术性质
1．高强混凝土的早期强度高，但后期强度增长率一般不及普通混凝土。故不能用普通混凝土的龄期—强度关系式（或图表），由早期强度推算后期强度。如C60～C80混凝土，3天强度约为28天的60%～
51
70%；7天强度约为28天的80%～90%。
2．高强高性能混凝土由于非常致密，故抗渗、抗冻、抗碳化、抗腐蚀等耐久性指标均十分优异，可极大地提高混凝土结构物的使用年限。
3．由于混凝土强度高，因此构件截面尺寸可大大减小，从而改变“肥梁胖柱”的现状，减轻建筑物自重，简化地基处理，并使高强钢筋的应用和效能得以充分利用。
4．高强混凝土的弹性模量高，徐变小，可大大提高构筑物的结构刚度。特别是对预应力混凝土结构，可大大减小预应力损失。
5．高强混凝土的抗拉强度增长幅度往往小于抗压强度，即拉压比相对较低，且随着强度等级提高，脆性增大，韧性下降。
6．高强混凝土的水泥用量较大，故水化热大，自收缩大，干缩也较大，较易产生裂逢。 四、高强高性能混凝土的应用
高强高性能混凝土作为建设部推广应用的十大新技术之一，是建设工程发展的必然趋势。发达国家早在20世纪50年代即已开始研究应用。我国约在20世纪80年代初首先在轨枕和预应力桥梁中得到应用。高层建筑中应用则始于80年代末，进入21世纪以来，研究和应用增加，北京、上海、广州、深圳等许多大中城市已建起了多幢高强高性能混凝土建筑。
随着国民经济的发展，高强高性能混凝土在建筑、道路、桥梁、港口、海洋、大跨度及预应力结构、高耸建筑物等工程中的应用将越来越广泛，强度等级也将不断提高，C50～C80的混凝土将普遍得到使用，C80以上的混凝土将在一定范围内得到应用。
第八节 系列轨枕、岔枕产品技术要求
一 简述
1铁路轨道概述
轨道是行车的基础，是铁路运输的重要技术设备之一，它由钢轨（含道岔）、轨枕、联接零件（鱼尾板、扣件等）、道床等主要部件所组成，它的作用是引导车辆运行，将车轮传来的集中荷载传布于路基或桥隧建筑物上。
铺设混凝土轨枕轨道道床横断面尺寸如下图所示。
轨道是一个复杂的工程结构物，就其荷载而言，在机车车辆的作用下，它不但承受多种垂直力，还要承受横向水平力和纵向水平力，既有静荷载，也有动荷载，垂直力的主要组成部分是机车车辆的静荷载，而当列车在轨道上运行时，由于簧上结构和簧下结构作复杂的空间振动，使作用于轨道的垂直力有所增加。这些垂直力在列车运行中是时刻变化的，有时互相抵消，有时互相叠加，最大值可达静荷载的一倍，并与行车的速度有直接的关系。横向水平力主要是由机车车辆通过曲线时而产生，它包括机车车辆的固定轴通过曲线时的导向力、轮轨间的摩擦力、未被平衡的离心力的水平分力以及列车运行时因摇摆及作蛇形运行时所产生的惯性力的水平部分，其值大小与曲线半径大小、机车车辆类型有关，曲线地段通常为轮重的50%以下，直线地段给为轮重的10-15%。纵向水平力主要包括因钢轨温度变化而引起的纵向拉力或压力，列车在坡道上行驶时机车车辆重量的纵向水平分力、列车运行中及在加速或减速时所产生的纵向水平分力。综合上述可以看出，作用在轨道上的荷载具有不稳定性和重复性，其值很难用简单办法做精确计算。从轨道构成的材料来看，既有金属材料钢筋，民有松散汪易稳定的碎石，以及混凝土轨枕，它们做为一个整体，
52