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客运专线无咋轨道底座板低弹性模量混凝土配合比研究及应用
简介：客运专线无咋轨道底座板混凝土设计要求为

 

客运专线无咋轨道底座板低弹性模量混凝土配合比研究及应用2017-06-14 文/朱效荣征集《混凝土技术》系列论文 出版丛书欢迎稿同行投李海滨 张建峰简介：客运专线无咋轨道底座板混凝土设计要求为C30，弹性模量不宜大于31.5GPa。

由于本项目类似强度等级混凝土弹性模量均大于33GPa，距离设计要求还有一定差距为达到这个要求，通过对影响混凝土弹性模量的因素进行分析，综合对比了掺合料，强度，含气量，骨料岩性及粗骨料含量对混凝土弹性模量的影响，最终确定通过调整混凝土粗骨料含量来降低混凝土弹性模量，并得到成功的应用。

中国砼易购讯（4008981058）本期责编：竹世科关键词：底座板，京沪高铁，低弹性模量，研究，应用0.前言京沪高速铁路桥梁长度约1140km，占正线长度86.5%；隧道长度约16km，占正线长度1.2%；路基长度162km，占正线长度12.3%；全线铺设无砟正线约1268公里，占线路长度的96.2%。

中国水利水电第八工程局承建其中的DK531+412.98～DK551+794.10段，位于济宁市曲阜至邹城段，全长20公里根据铁道部相关技术文件要求，客运专线主要结构物的寿命要达到100年，同时相应的轨道板底座板混凝土另外做了额外的要求，强度等级为C30，静力抗压弹性模量不宜超过31.5GPa。

1.影响混凝土弹性模量的主要因素分析根据技术文件对底座板混凝土的要求，分析各因素对混凝土弹性模量的影响情况，并对比各影响因素在实际生产中的质量控制难度，以便选择最实际的方案降低混凝土弹性模量1.1掺合料影响。

关于混凝土掺合料（主要是粉煤灰、矿渣粉等活性掺合料）对于混凝土弹性模量的影响的研究已经比较多，得出的结论也相对比较统一，均认为粉煤灰及矿渣粉对于混凝土弹性模量影响有限相关资料显示，随着粉煤灰掺量的增大, 混凝土的同期弹性模量有下降的趋势, 在较少的粉煤灰掺量10%~25%内, 混凝土的弹性模量下降幅度很有限。

混凝土后期的弹性模量甚至超过没有加粉煤灰的混凝土这是由于粉煤灰的活性效应和微集料填充效应使混凝土更致密, 混凝土的后期强度更加提高引起的（1）1.2混凝土抗压强度影响高性能混凝土弹性模量与强度的关系，由于受骨料的种类、掺合料种类及掺入量等诸多因素的影响，目前还没有一个统一的表述。

文献表明，混凝土弹性模量受强度影响，但其关系是非线性的，弹性模量随强度增加而缓慢增加（2）混凝土的强度等级越高早期弹性模量发展越快，但差异不是很大，C40混凝土3d弹性模量为28d弹性模量的83.9％，7d弹性模量为28 d弹性模量的95.4％；C50混凝土3d弹性模量为28 d弹性模量的92.6％，7 d弹性模量为28 d弹性模量的97.9％。

（3）混凝土抗压强度发展规律特别是28天龄期前主要取决于水泥强度增长系数，普通混凝土混凝土强度3d增长系数一般为28d抗压强度的45-60%左右， 7d达到65-80%分析认为，普通混凝土早龄期时浆体的弹性模量远低于粗骨料的弹性模量，因此当水泥浆体强度增长后，对混凝土整体弹性模量影响有限。

1.3骨料岩性影响不同岩性的骨料对于混凝土弹性模量影响较大，但是在大多数情况下，混凝土骨料种类比较固定，很少有区域同时有方便的不同种类的岩石本项目周边能够采用的骨料均为石灰岩骨料，特点是弹性模量相对较高。

试验表明，花岗石、深色火成岩和玄武岩这类低孔隙率天然骨料的弹性模量大约在7x104-14x104MPa的范围内，而砂石、石灰石和砾石的弹性模量大致在2.1x104-4.5x104MPa之间另外骨料的其它特性也能够影响混凝土的弹性模量，例如，最大粒径、几何形状、颗粒级配和所含矿物成分能影响过渡区微裂缝的发展,并由此对应力-应变曲线的形状产生影响,引起弹性模量的变化。

（4）1.4混凝土含气量及孔隙率影响混凝土含气量对于混凝土抗压强度及弹性模量均有较大影响混凝土含气量超过6%以后，将导致混凝土抗压强度急剧下降，同时也会较大幅度降低混凝土弹性模量资料显示：引气剂分子吸附在混凝土各相界面上，在水-气界面上，憎水基团分布在空气一面，这样就显著降低水的表面张力，使拌合物在拌合过程中形成大量微细气泡，大量的微细气泡将提高水泥石的孔隙率，降低刚度，在混凝土受压时，能产生较大的变形，增大混凝土的变形能力，从而降低混凝土的弹性模量。

随着混凝土含气量的增加，混凝土的抗压强度和弹性模量均有所降低，提高含气量，有利于降低混凝土的弹性模量但是，随着混凝土含气量的提高，混凝土的抗压强度降低的幅度更大所以，不能单纯利用增加含气量的方式来降低混凝土的弹性模量，还要考虑到对抗压强度的影响，含气量应该控制在适宜的范围（5）。

混凝土中砂率过低也会导致混凝土孔隙率变大，但是这种情况将会导致混凝土抗压强度及耐久性急剧下降，在实际使用中混凝土耐久性检测将难以达到设计要求1.5粗骨料含量的影响粗骨料含量对于混凝土弹性模量影响较大，混凝土弹性模量与粗骨料含量有一定的线性关系。

理论上讲最大骨料粒径较大时，由于粗骨料比表面积变小，可以选择较低砂率，因此骨料粒径较大时混凝土最优砂率也较小，部分资料显示骨料最大粒径也是影响混凝土弹性模量的主要因素，其实可以归结为粗骨料含量对弹性模量影响。

在合适的级配下，使骨料堆积成为一个具有合适空隙率的骨架，当常态混凝土配合比为最优砂率时，混凝土弹性模量最大当砂率比最优砂率增加时，混凝土粗骨料呈现悬浮于砂浆中的状态，这时砂浆组分对于混凝土弹性模量影响较大，从而降低混凝土弹性模量。

而反之，则由于混凝土中粗骨料含量过高，导致硬化混凝土砂率降低，从而增大混凝土弹性模量通过以上分析，可以得出粗骨料岩性及粗骨料含量对于混凝土弹性模量影响较大在实际使用过程中，由于骨料岩性并不容易更改，一个区域可能能够提供的骨料很多为某一种岩性的骨料，因此更改混凝土粗骨料岩性有时候不太现实。

在混凝土抗压强度确定的前提下，降低混凝土弹性模量主要从粗骨料含量及混凝土含气量方面着手由于粗骨料含量在拌合时通过称量控制，质量控制非常稳定，而混凝土含气量则影响因素很多，通常都会在一点的范围内波动，在实际使用工程中将非常容易出现混凝土弹性模量或抗压强度超标的情况。

综合考虑以上因素，最终确定采用调整混凝土粗骨料含量的方式，调整混凝土配合比，以达到技术标准提出的低弹性模量要求2.混凝土配合比设计经过对影响混凝土弹性模量相关影响因素的分析，确定了C30低弹性模量混凝土配合比设计方向。

首先采取确定满足混凝土抗压强度要求的基本参数，包括水胶比，掺合料掺量及含气量然后在保证混凝土抗压强度满足要求并有一定富裕的前提下，通过试验确定粗骨料含量与混凝土弹性模量的关系，当弹性模量控制在28-30GPa之间时，能够保证现场施工的混凝土弹性模量满足设计要求并有一定的保证系数。

2.1混凝土原材料情况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，28天抗压强度为45MPa,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，粗骨料为邹城隆兴石材厂5-10mm，10-20mm碎石，细骨料为邹城尼山水库河砂,细度模数为2.9，山西凯迪KDSP-1聚羧酸盐高性能混凝土外加剂。

2.2确定满足设计强度等级的混凝土各项参数在原材料固定的情况下，混凝土抗压强度的主要影响因素为水胶比，掺合料掺量及含气量表1 混凝土水胶比-粉煤灰掺量-抗压强度关系编号水胶比用水量（kg/m3）粉煤灰掺量（%）。

砂率坍落度（mm）含气量（%）抗压强度（Mpa）（%）7d14d28dD-10.5015330431754.823.827.034.6D-20.4615330421704.328.333.540.3D-3

0.4215330411705.330.338.347.2D-40.3815330391805.633.344.353.4D-50.5015040421805.021.525.230.7D-60.46150

40411704.625.429.636.1D-70.4215040401755.224.232.943.1D-80.3815040381755.728.735.746.4图1.混凝土水胶比-粉煤灰掺量-抗压强度关系

当混凝土含气量控制在3.5-5.5%范围内，不同掺合料掺量及不同水胶比与抗压强度的关系当混凝土配置强度需要达到38MPa时，混凝土水胶比在粉煤灰掺量为30%时不大于0.46，当粉煤灰掺量为40%时不大于0.43。

2.3确定砂率-弹性模量关系根据选定的满足抗压强度要求的各项参数，采用水胶比为0.45，粉煤灰掺量为30%，混凝土含气量控制在3.5-5.5%作为基准条款，进行粗骨料含量-弹性模量关系试验，其中粗骨料含量选择0%，30%，45%，52%，55%，58%，61%进行试验，以便分析混凝土接近最佳砂率时混凝土弹性模量变化趋势。

表2 粗骨料含量对混凝土抗压强度及弹性模量的影响分析编号水胶比粗骨料含量粉煤灰掺量（%）用水量（kg）坍落度（mm）含气量（%）抗压强度（Mpa）弹性模量（GPa）7d28d28dD-90.45030260

/5.526.336.319.2D-100.4530302082005.128.038.021.4D-110.4545301851854.327.639.725.6D-120.4552301731804.8

28.739.128.7D-130.4555301681804.530.540.131.3D-140.4558301641704.330.441.633.8D-150.4561301601754.029.5

41.433.7图2 粗骨料含量与弹性模量关系图从砂率与混凝土弹性模量的关系曲线看，当粗骨料含量较低时，混凝土弹性模量增长比较缓慢，当混凝土粗骨料含量超过50%后，混凝土弹性模量变化较大按照这种趋势计算，当混凝土砂率在48-50%时，混凝土弹性模量在28-30GPa左右，能够满足设计要求，并有一定的保证系数。

考虑到混凝土粗骨料含量控制在拌合站能够做到很精确，采用满足设计要求的最低砂率作为混凝土施工配合比，以防止混凝土产生干缩裂缝经过耐久性试验验证，水胶比为0.45，粉煤灰掺量30%，含气量控制在3.5-5.5%，粗骨料含量为48%时，混凝土强度及弹性模量能够满足设计要求。

3.现场施工质量控制同时从现场施工情况及现场检测结果看，采用增加砂率降低混凝土弹性模量的做法非常适合现场质量控制混凝土弹性模量基本在28-30GPa之间波动，达到底座板混凝土对于低弹性模量的要求4.总结。

1）影响混凝土弹性模量的因素有很多，其中影响较大的包括骨料岩性，粗骨料含量，混凝土含气量及混凝土抗压强度2）粗骨料含量与混凝土弹性模量存在较好的线性关系，在混凝土最优砂率时混凝土弹性模量最大，弹性模量随粗骨料含量降低而降低。

3）现场施工时需要严格控制混凝土抗压强度富余情况及混凝土含气量参考文献：1.设计参数对混凝土弹性模量的影响，焦亚明，朱效荣，魏秀军，辽宁建材，2008年第2期；2.高性能混凝土弹性模量试验研究，刘尚，文翠翠，商品混凝土，2009年第4期；。

3.混凝土早期抗压强度和弹性模量的试验研究，张建仁，王海臣，杨伟军，中外公路，2003年6月；4.对混凝土弹性模量影响因素的探讨，任锋，陈营明，曲华明，济南大学学报，第7卷第2期；5.板式轨道低弹模底座板用混凝土试验研究，谢凯军，蒋宗全，李克贤，郭晓安，铁道建筑，2010年7月。