杨 池，赵 悟，王树林，宋儒霖，刘 琨

(长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西 西安 710064)

0 引 言

伴随着我国科技创新和工程建设水平的不断提高，在铁路工程建设方面，我国的高铁技术处于全球领先地位。随着铁路工程建设的不断扩大，不仅增加对铁路混凝土的使用量，而且对混凝土的质量和性能要求也随之提高。在保证混凝土的质量的前提下，采用合理的方法减少原材料的使用量，减少不必要的资源浪费，达到节能减排的效果。

传统强制搅拌存在许多问题和不足之处，振动搅拌技术作为一种新兴搅拌技术[1]，在强制搅拌的同时施加机械振动强化搅拌过程[2]。振动搅拌过程中混合料处于颤振状态，降低搅拌过程阻力，降低搅拌设备的能耗。研究表明振动搅拌不仅能改善新拌混凝土的微观结构，且在满足强度要求的情况下，能够减少一定的水泥用量，能够减少搅拌时间，大大提高搅拌质量和效率，提高资源的利用率[3-6]。

笔者试验采用两种方案减少胶凝材料用量，第一种方案为只减少水泥用量，第二种方案为减灰少水(保持水胶比不变)，研究减少胶凝材料对混凝土工作性、抗压强度和耐久性的影响，以确定此优化配合比参数，在满足各项性能指标要求的前提下，达到减少原材料的用量，降低工程成本和减少不必要的资源浪费。

1 试验材料和设备

试验开展依托阎良-机场城际铁路工程-泾河特大桥项目，本试验在现场试验室开展，试验选取的混凝土标号为泾河特大桥C40墩身混凝土，混凝土配合比按照铁路混凝土施工标准进行设计。

1.1 试验材料

试验用水泥为冀东发展泾阳建材有限公司生产的P·0 42.5(低碱)硅酸盐水泥，初凝时间193 min，终凝时间为 294 min；粉煤灰采用大唐陕西发电有限公司渭河热电厂生产的Ⅱ级粉煤灰；减水剂采用山西奥瑞特建材科技有限公司生产的ART-001缓凝型减水剂；细骨料采用武功县金铁砂石厂的天然砂，细度模数为2.8的中砂；粗骨料采用冀东发展泾阳建材有限公司生产的公称粒径为5～10 mm、10～20 mm、16～31.5 mm连续级配粗骨料。

1.2 试验配合比

本试验的配合比按照铁路混凝土施工标准进行设计，具体配合比如表1所列。

表1 试验配合比

1.3 试验设备

试验在DT60ZBW型德通振动搅拌试验样机上进行试验，此试验机能够实现单独的普通强制搅拌以及振动搅拌，如图1所示。

图1 DT60ZBW型双卧轴振动搅拌机

2 试验方案

此次实验采用两种试验方案，第一种方案为只减少水泥用量(JS)，其他材料用量保持不变，即混凝土的水胶比发生改变；第二种方案为减灰少水(JH)，在减少水泥用量的同时，其他胶凝材料用量也按质量法相应减少，即保持原有水胶比不变。设计减少量为2.5%、5%、7.5%。如表2所列，其中ZD-0为按照原配合比振动搅拌试验组，QZ-0为按照原配合比的强制搅拌试验组。

表2 试验方案材料用量表 /(kg/m3)

3 试验结果及分析

3.1 胶凝材料减少量对混凝土工作性影响

试验过程中，对所述方案每组试验的新拌混凝土测定其塌落度和倒塌落度筒排空时间，绘制如图2和图3所示。

图2 混凝土塌落度变化趋势

图3 混凝土倒塌落度筒哌酮时间变化趋势

由图2可知，在只减少水泥用量时，新拌混凝土的塌落度随着水泥用量的不断减少呈现稳定增大的趋势，混凝土的流动性也随之提高，但是在只减少水泥用量5%、7.5%和10%时出现不同程度离析；而在减灰少水时，混凝土的塌落度却呈现急剧下降的趋势，在保持水胶比的情况下，减少胶凝材料和水的用量，混凝土的粘聚性变好，但是流动性大幅度下降，减少7.5%和10%的胶凝材料后，混凝土出现结团现象，不满足施工工作性要求。

图3可知，在只减少水泥用量时，混凝土倒塌落度筒排空时间呈现先缩短后延长的趋势，在减少水泥用量5%出现拐点，说明在减少水泥用量7.5%直到10%时未能很好的形成水泥砂浆裹石现象，出现离析现象，流动性变差。而对于减灰少水，混凝土倒塌落度筒排空时间不断延长，说明混凝土的粘聚性变好，但是流动性变差。

3.2 胶凝材料减少量对混凝土强度影响

在试验过程中每组试验成型多组150 mm×150 mm×150 mm立方体试块，并放进标养室进行养护一定龄期。测试其试块3 d、7 d、28 d和56 d抗压强度平均值结果如图4和图5所示。

图4 混凝土各龄期抗压强度

图5 混凝土抗压强度增长趋势

由图4可得，对只减少水泥用量和减灰少水两种方案，混凝土各龄期的强度都随着减少量的增大整体呈现减小的趋势，在5%的减少量处各龄期平均强度达到最高峰值，但是都普遍低于未减少水泥或胶凝材料用量的试验组，但强度结果都满足设计要求。由图5可得，减少水泥用量或减灰少水量0%(不减少)时，振动搅拌的强度高于普通强制搅拌；减少水泥用量和减灰少水两种方案在减少量5%时，强度增长与普通强制搅拌最为接近，且满足强度设计要求。

3.3 胶凝材料减少量对混凝土耐久性影响

混凝土的耐久性作为一项重要的评价指标，主要有抗渗性、抗冻融、抗侵蚀性等。本试验研究主要以测量硬化后混56d凝土试块的抗氯离子渗透性，研究两种方案对混凝土耐久性的影响。从图6可得，对只减少水泥和减灰少水两种方案，随着减少量的增加，电通量整体趋于增大趋势。

图6 混凝土电通量变化趋势

只减少水泥用量在减少量为2.5%～5%时电通量出现很小的下降趋势，随后快速增长；减灰少水在减少量5%～7.5%时电通量出现降低趋势，随后又趋于增长；分析原因，水泥用量或者减灰少水用量减少量超过5%时，使得没有足够的胶凝材料形成界面过渡区，界面形成过程中微小颗粒不足，导致产生细小微裂纹，影响混凝土的耐久性。

3.4 优化配合比的确定

对两种方案的上述结果分析可得，从工作性看，只减少水泥用量和减灰少水两种方案在减少量超过5%之后出现缺陷，前者在减少量5%、7.5%和10%都出现不同程度的离析现象，而后者在7.5%和10%出现粘聚性太高，工作性不满足要求；在强度方面两种方案均在减少量为5%时出现强度最大值，且强度都满足设计要求；在耐久性方面，减灰少水方案的耐久性要比只减少水泥方案的耐久性要好，且在减少量为5%时出现稳定趋势。综上，本试验选取减灰少水方案的减少量为5%作为优化后的配合比，优化后的配合比和原配合比的差异如下表3所列。

表3 优化配合比与原配合比对比

4 结 论

此次试验在振动搅拌技术下优化后得到的优化配合比，由上述分析可以得出以下结论。

(1) 只减少水泥用量情况下用水量随着水泥减少量的增大相对增大，虽流动性变好，但混凝土逐渐出现泌水、骨料离析现象；而减灰少水则不会改变混凝土的水胶比，使其保持较好的粘聚性，但随着胶凝材料减少量增大，流动性大幅度变差。

(2) 混凝土ZD-0组的各龄期强度高于QZ-0，且高于其他胶凝材料减少量的试验组，胶凝材料减少量在5%时，其各龄期强度最高也最接近ZD-0各龄期强度。减灰少水的混凝土耐久性明显高于只减少水泥的混凝土。

(3) 振动搅拌得到的优化后配合比，能够保证工作性、抗压强度和耐久性的设计要求，可以节约至少5%的胶凝材料用量，不仅减少工程实际成本，也可减少不必要资源浪费。