4.2.2.1 承台墩身混凝土性能指标
在所有的铁路工程结构中，墩身混凝土结构所面临的环境最为复杂。对于高承台而言，其混凝土结构与墩台面临的环境作用级别基本相同，表4.2-12中列举了墩身和承台可能面临的环境类别。
表4.2-12 承台墩身混凝土结构所处环境类别
海南西环铁路承台墩身可能面临的严重腐蚀环境作用为L3和Y4。根据承台墩身的施工条件，结合海南西环铁路承台墩身可能面临的环境作用等级，课题组提出了如表4.2-13所示的评价指标。
表4.2-13 承台墩身混凝土评价指标
4.2.2.2 承台墩身混凝土配合比参数
（1）单方用水量不宜大于140 kg/m3。
（2）水胶比小于0.36。
（3）矿物掺合料：采用矿渣粉与粉煤灰复掺技术，矿渣粉＋粉煤灰的掺量不小于45%。
（4）胶凝材料用量不大于470 kg/m3。
（5）含气量大于4.0%。
在海南地区湿热海洋环境中，针对承台墩身体积大、易造成混凝土温度裂缝的现象，建议选择“水泥＋功能性矿物掺合料”的技术途径来制备低胶凝材料用量的墩承台混凝土。
4.2.2.3 承台墩身混凝土性能
针对海南西环铁路所处海洋环境下高速铁路桥梁所处环境结构特点和不同结构部位对混凝土性能要求的不同，选择出三种具有较广泛代表性的强度等级混凝土C40、C50、C55，以研究不同强度等级混凝土的基本性能。
1.工作性能
拌合物工作性能见表4.2-14。
表4.2-14 混凝土拌合物工作性能
2.力学性能
不同强度等级混凝土强度发展规律如图 4.2-16 和图 4.2-17 所示。试验结果表明，随着强度等级的提高，混凝土抗压强度增长幅度显著，3 d龄期C50强度等级混凝土抗压强度较C40增长64%，C55强度等级混凝土则较C50增长23%。虽然混凝土抗压强度随强度等级提高增大明显，但其抗折强度增长幅度却远低于抗压强度增长幅度，即随强度等级的提高，混凝土折压比呈降低趋势，说明混凝土脆性增加，开裂趋势增大。
图4.2-16 不同强度等级混凝土抗压强度发展规律
图4.2-17 不同强度等级混凝土抗折强度发展规律
3.耐久性能(www.xing528.com)
图 4.2-18 为混凝土电通量。由图可知，不同强度水平高低含气量混凝土电通量均小于1 000 C，满足《铁路混凝土结构耐久性设计规范》要求。图4.2-19为混凝土氯离子扩散系数。由图可知，28 d和 56 d 的C50混凝土氯离子扩散系数均小于3×10－12 m2/s，满足《铁路混凝土结构耐久性设计规范》要求。
图4.2-18 承台墩身混凝土电通量
图4.2-19 承台墩身混凝土氯离子扩散系数
4.2.2.4 低胶凝材料承台墩身混凝土性能
在工程应用过程中，为了追求混凝土的高强度，多采用降低水胶比、提高胶凝材料用量来实现。如 C60 混凝土胶凝材料用量一般在 450～480 kg/m3之间，且矿物掺合料用量少，一般占胶凝材料总量的 10%～20%；水胶比低，一般在 0.27～0.31 之间，单方用水量在 130～140 kg 之间。水泥浆是一种以胶凝材料为分散质，水为分散剂的体系，较低的单方用水量导致胶凝材料浓度过大，显著增加了水泥浆体的黏度。水泥浆体黏度的增加是导致混凝土发黏的主要原因，最终导致人工布料和清理困难，无法保证施工质量。混凝土的低水胶比和高胶凝材料用量导致混凝土早期水化热高，升温速度快，温度应力大，且混凝土干燥收缩和化学收缩较大，混凝土开裂敏感性大大提高。为解决以上问题，课题组采用基于最小浆体用量的配合比设计方法，在水胶比适当的条件下，通过掺加功能性复合掺合料来实现灌注桩混凝土的低胶凝材料用量和高工作性能。
1.工作性能
根据绝对体积法计算纯水泥混凝土配合比，其组成见表 4.2-15。根据其工作状态确定混凝土最小浆体用量。调整混凝土含气量为2.0% 左右。
表4.2-15 混凝土配合比 单位：kg/m3
图 4.2-20 为不同浆体用量混凝土工作性能。由图可知，随着浆体用量的增加，混凝土坍落度增加，维勃稠度降低。这主要是由于随着浆体用量的增加，骨料包裹浆体厚度增加，有利于混凝土中骨料的相对运动。从混凝土工作性能而言，灌注桩混凝土所需最低浆体量为270 L。
图4.2-20 不同浆体用量混凝土工作性能
2.力学性能
保持浆体用量为270 L，改变胶凝材料组成来研究功能性矿物掺合料对混凝土力学性能的影响。图4.2-21为不同混凝土 3 d的抗压强度，由图可知胶凝材料用量为 360～400 kg/m3，混凝土 3 d 的抗压强度可达到 50 MPa，满足承台墩身混凝土的施工要求。
图4.2-21 不同矿物掺合料混凝土强度
3.绝热温升
图4.2-22为不同胶凝材料用量混凝土的绝热温升。胶材用量为480 kg/m3时，试件绝热温升值为52 °C。胶材用量为420 kg/m3时，试件绝热温升值为43 °C。降低胶凝材料用量可以显著降低混凝土的绝热温升，减少由温度应力而引起的混凝土开裂。
图4.2-22 不同胶材用量的混凝土绝热温升比较
4.2.2.5 小结
（1）针对承台墩身所面临的作用环境复杂恶劣（L3和Y4严重腐蚀环境）、承台墩身体积大易产生由水化温升而造成的裂缝，结合我国《铁路混凝土结构耐久性设计规范》以及海南西环铁路桥梁勘测设计资料，建立了包括工作性能、力学性能和耐久性能的承台墩身混凝土性能评价指标体系。
（2）研究提出了处于严重腐蚀环境的低水化热承台墩身混凝土制备原则和配合比参数，采用降低胶凝材料用量来降低水化热和水化温升、用低坍落度来减少混凝土用水量、适当引气来提升混凝土工作性能的技术途径，研制出低胶凝材料用量（430 kg/m3）、低坍落度、适当含气量的承台墩身混凝土。
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