高速公路施工中高性能機(jī)制砂混凝土的應(yīng)用研究

宋玉良

（中交路橋華東工程有限公司， 上海 201203）

1 試驗(yàn)材料的選用

1.1 材料選用及其性能

試驗(yàn)水泥是P.O42.5R水泥，水泥性能十分符合高速公路建設(shè)需求，而本文使用的機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)則是3.2，石粉含量小于10%。通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)測(cè)量其粒徑在0 到4.75mm 之間，而河砂的細(xì)度模數(shù)為2.7，相對(duì)較細(xì)，其相應(yīng)的空隙率則是37.7%，選用的碎石是II 類碎石，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，具體的含泥量0.6%，通過實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，礦粉的45μm 以下顆粒含量超過了50%以上，而本文所使用的礦物摻和料的表觀密度是2500kg/m3。

1.2 試驗(yàn)方法

本次實(shí)驗(yàn)所使用的各種配合比都是根據(jù)我國(guó)的《普通混凝土拌和物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)定，性能評(píng)價(jià)主要是利用L 形流動(dòng)儀。其相應(yīng)的力學(xué)性能測(cè)試也是參照了我國(guó)的《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。

2 高性能機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.1 配合比計(jì)算

參照Mehta 和Aitcin 法，通過更改和修改相應(yīng)的對(duì)照假設(shè)參數(shù)來進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。相應(yīng)的假設(shè)可以是：假定容重2450kg·m-3，水膠比0.30，砂率37%，采用質(zhì)量法計(jì)算各材料用量；單位用水量150kg，配合比計(jì)算的有效參數(shù)是：水泥、硅粉、礦粉、細(xì)骨料、粗骨料的相應(yīng)的質(zhì)量分別是375kg/m3、50kg/m3、75kg/m3、666kg/m3、1134kg/m3。其對(duì)應(yīng)的初始配比為375：666：1134：50：75：150。

2.2 試配和調(diào)整

減水劑采用聚羧酸類高效緩凝減水劑，用量必須嚴(yán)格控制，減水劑用量采用外摻法。過低工作性就會(huì)較差，過高離析、泌水問題嚴(yán)重。而且減水劑過多也會(huì)顯著的影響混凝土的性能，本文使用的具體的重復(fù)配合比調(diào)整后性能表如表一所示。

?

通過表一我們可以發(fā)現(xiàn)，在前三次配比試驗(yàn)中，因?yàn)闇p水劑用量的提升，流動(dòng)速度、坍落度、擴(kuò)展度性能都在不斷的提升，也就是呈現(xiàn)正向發(fā)展，而第四次后，泌水現(xiàn)象逐漸嚴(yán)重，但是另外兩種性能都還在增加，表現(xiàn)出不同的發(fā)展趨勢(shì)，所以總體而言，減水劑的飽和點(diǎn)大體是在1.7%，經(jīng)過對(duì)照分析發(fā)現(xiàn)第三次試驗(yàn)配比效果最佳。所以通過表一本文確定了五種材料的配比為375：666：1134：50：75：150：8.5。

2.3 水膠比對(duì)強(qiáng)度的影響

?

當(dāng)減水劑用量確定后，那么就可以進(jìn)行后續(xù)的添加實(shí)驗(yàn)，我們相應(yīng)的就需要考慮水膠比、砂率、礦物摻和量等因素，這些因素也會(huì)顯著影響混凝體的使用性能，本文具體的測(cè)試主要參考國(guó)標(biāo)GB/T50081-2019 進(jìn)行。具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表二所示。 通過對(duì)表二的分析我們可以發(fā)現(xiàn)，混凝土坍塌度與水膠比呈現(xiàn)正比例關(guān)系，也就是正向增長(zhǎng)，但是在0.28 到0.30 階段效果不明顯。當(dāng)水膠比在0.28 到0.30時(shí)，其對(duì)應(yīng)的凝土?xí)r間分別是7d 和28d，強(qiáng)度性能水平較高。所以水膠比0.3 效果最佳。

2.4 砂率的影響

機(jī)制砂表面多棱角，而且較為鋒利，同時(shí)相應(yīng)的粗糙度也很大，石粉較多，如果不進(jìn)行相應(yīng)的控制以及篩選，這就會(huì)嚴(yán)重影響高速公路的建設(shè)性能，而且若控制不當(dāng)，機(jī)制砂混凝土就極易造成開裂問題，進(jìn)而影響高速公路的建設(shè)效果。而且如果相應(yīng)的砂率偏大，這時(shí)混凝土的粘性力也會(huì)隨之變大，但是他們相應(yīng)的流動(dòng)性就會(huì)降低，因此，在施工過程中，砂率問題需要嚴(yán)格控制。本文就進(jìn)行了砂率對(duì)機(jī)制混凝土的影響研究，通過數(shù)據(jù)分析總結(jié)得到了結(jié)果如表三所示。

?

從表三中數(shù)據(jù)我們可以分析發(fā)現(xiàn)，塌落度與砂率呈現(xiàn)正比例關(guān)系，砂率值37%，力學(xué)性能最佳。而且當(dāng)砂率從35%上升到37%時(shí)，強(qiáng)度值得到了顯著的提升，而37%后，增長(zhǎng)減緩，效果并不明顯。所以當(dāng)砂率較低時(shí)，材料的縫隙未能被完全覆蓋，密實(shí)性不足，這也就會(huì)造成高速公路的抗壓強(qiáng)度降低。但是如果砂率過大，骨料占比下降，這時(shí)材料的膠結(jié)力降低，并且相應(yīng)的拌合物和易性顯著降低，進(jìn)而強(qiáng)度減弱。所以總體而言，砂率37%時(shí)，綜合性最好。

2.5 礦物摻和料的影響

機(jī)制砂混凝土配合比中，硅粉、礦粉極為重要，也是重要的粘結(jié)單位。本文也是針對(duì)這一問題，擬采用水泥、碎石、砂、減水劑、水的基準(zhǔn)具體比例為:500：1134：666：8.5：150，從而進(jìn)行初步的性能試驗(yàn)，但是過程中還會(huì)根據(jù)檢測(cè)的實(shí)際結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整以研究其性能，在施工中，礦粉單摻的效果并不顯著，而且擴(kuò)展度、塌落度也是與他的增加量呈現(xiàn)正比例關(guān)系，加之它需水量小，所以效果不佳。硅粉、礦粉單獨(dú)使用的效果較差，而且難以達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)化效果，混凝土的所有檢測(cè)性能都不符合本文的實(shí)驗(yàn)需求，而在二者同時(shí)參和的多種情況中，都可以顯著的提升混凝土的強(qiáng)度。并且可以發(fā)現(xiàn)28d 強(qiáng)度相比顯著高于7d 混凝土抗壓強(qiáng)度，并且7d 強(qiáng)度從56.2MPa 上升至58.7MPa 作用顯著，而28d 強(qiáng)度則是從62.6MPa 上升至65.8MPa。當(dāng)然因?yàn)橥ǔ９杌曳磻?yīng)活性會(huì)比礦粉好很多，所以單獨(dú)摻和效果要比礦粉強(qiáng)一點(diǎn)。但是配合比為6 時(shí)，疊加效應(yīng)明顯，強(qiáng)度值也是有明顯的提高。

2.6 配合比的確定

在單獨(dú)分析的基礎(chǔ)上，我們還可以借助前期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)針對(duì)預(yù)先設(shè)定的配合比微調(diào)，這樣就可以得到這些材料的實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且通過大數(shù)據(jù)以及云處理等技術(shù)的比較分析，借助調(diào)整后的強(qiáng)度值對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，雖然通過添加四周后的強(qiáng)度都有所提高，然而它們也是存在一定的數(shù)據(jù)差異，其中第2 種類型表現(xiàn)最優(yōu)，所有的實(shí)驗(yàn)性能俱佳，所以借助這些數(shù)據(jù)可以確定礦粉、硅灰、砂、碎石、水、減水劑這些基層材料的數(shù)據(jù)配比為375：75：50：666：1134：150：8.5。

3 總結(jié)

本文通過對(duì)現(xiàn)有的C60 混凝土的研究，多方面多因素的探究了機(jī)制砂混凝土配合比的相關(guān)數(shù)據(jù)，而且借助這些數(shù)據(jù)分析了其強(qiáng)度、力學(xué)性能、工作性等，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水膠比0.3、砂率0.37 效果最佳，并且需要配合使用礦粉75kg/m3、硅粉50kg/m3，復(fù)合摻配，當(dāng)然還可以通過保濕養(yǎng)護(hù)進(jìn)而達(dá)到提升混凝土收縮性的目的。最后石粉摻和料可以有效的提升混凝土的密實(shí)性，減少碳化反應(yīng)，所以可以適量應(yīng)用。