高速公路預(yù)應(yīng)力混凝土水泥等級(jí)優(yōu)選方法

王志明

摘要：作為混凝土強(qiáng)度最直接的影響因素，水泥在混凝土中的作用至關(guān)重要。如今，高速公路的質(zhì)量的不斷提高對(duì)其瀝青材料預(yù)應(yīng)力混凝土的強(qiáng)度等級(jí)要求也逐漸嚴(yán)苛。然而，高強(qiáng)度的混凝土同樣會(huì)面臨原材料浪費(fèi)、結(jié)構(gòu)裂縫、耐久性下降等問題。因此，研究不同水泥強(qiáng)度對(duì)混凝土綜合性能的影響，對(duì)高速公路瀝青材料預(yù)應(yīng)力混凝土水泥等級(jí)進(jìn)行優(yōu)選才能在滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求的同時(shí)獲得更好的耐久性。鑒于此，本文結(jié)合六賓高速公路現(xiàn)場(chǎng)情況，通過試驗(yàn)研究P.O 42.5與P.O 52.5這兩種強(qiáng)度等級(jí)的水泥對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能、耐久性能的影響，以期為混凝土水泥等級(jí)選優(yōu)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：高速公路 混凝土 水泥 性能

Abstract： As the most direct influencing factor of concrete strength， cement plays an important role in concrete. Nowadays， the continuous improvement of the quality of the highway and the strength grade requirements of its asphalt material prestressed concrete are also gradually strict. However， high-strength concrete will also face raw material waste， structural cracks， durability decline， and other problems. Therefore， studying the influence of different cement strength on the comprehensive performance of concrete and optimizing the cement grade of expressway asphalt prestressed concrete can not only meet the strength design requirements， but also obtain better durability. In view of this， combined with the field situation of Liubin Expressway， this paper studies the influence of two strength grades of cement P.O 42.5 and P.O 52.5 on the working performance， mechanical performance and durability of concrete， in order to provide reference for the optimization of concrete cement grade.

Key Words： Highway; Concrete; Cement; Performance

1 原材料選擇

在混凝土試驗(yàn)中，使用A公司生產(chǎn)的P.O 42.5與P.O 52.5水泥，經(jīng)過試驗(yàn)分析，可以認(rèn)定兩種水泥均符合《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）的要求，具體的物理指標(biāo)以及力學(xué)性能如表1所示。

本文的其余配料均符合標(biāo)準(zhǔn)，即粗集料以及細(xì)料集檢測(cè)指標(biāo)符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650-2020）的要求，拌和用水滿足《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ63-2006）的要求[1]，外加劑指標(biāo)滿足《公路工程聚羧酸系高性能減水劑》（JT/T769-2009）的要求。

2 試驗(yàn)方法

2.1混凝土配合比

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）、高速公路C50混凝土常用配合比統(tǒng)計(jì)信息以及高速公路工程性能基本要求等[2-3]，本試驗(yàn)采用體積法進(jìn)行配合比的初步計(jì)算，在進(jìn)行試拌后確定配合比，然后通過混凝土3d、7d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)來確定基準(zhǔn)配合比，最終的基準(zhǔn)配合比為水泥：水：砂：粗料集=499∶165∶763∶1129。根據(jù)基準(zhǔn)配合比，結(jié)合水泥等級(jí)優(yōu)選試驗(yàn)，初步得到3種配合比混凝土，其中Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)分別為P.O 52.5與P.O 42.5按照基準(zhǔn)配合比配置而成的混凝土，Ⅲ號(hào)為P.O 42.5水泥按照優(yōu)化配合比配制而成，詳細(xì)配合比如表2所示。

2.2試驗(yàn)樣本尺寸參數(shù)

按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3420-2020）的要求，本研究的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用150mm×150mm×150mm的立方體，軸心抗壓及彈性模量試驗(yàn)采用150mm×150mm×300mm的棱柱體，電通量試驗(yàn)采用直徑為100mm，高度為50mm的圓柱體。

3 不同等級(jí)水泥混凝土基本性能分析

本研究對(duì)比分析了Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)、Ⅲ號(hào)混凝土的工作性能、力學(xué)性能以及耐久性能，對(duì)比結(jié)果如下。

3.1工作性能對(duì)比

不同混凝土工作性能對(duì)比如表3所示。

根據(jù)表3可以看出，3種混凝土的坍落度相近，均在190～210之間，然而，Ⅱ號(hào)混凝土在外加劑摻量為1.3%的時(shí)候就已經(jīng)能夠達(dá)到坍落度的要求，而Ⅰ號(hào)混凝土需要外加劑的摻量比Ⅱ號(hào)多0.2%，且摻量的增加會(huì)導(dǎo)致含氣量的提高。Ⅲ號(hào)混凝土的摻量也比Ⅱ號(hào)高0.2%，但Ⅲ號(hào)混凝土的棍度、含砂率、保水性相對(duì)較好。

3.2力學(xué)性能對(duì)比

本研究的力學(xué)性能對(duì)比主要通過抗壓強(qiáng)度、彈性模量、抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率以及彈性模量增長(zhǎng)率來分別進(jìn)行[4]，4個(gè)性能參數(shù)的對(duì)比結(jié)果如圖1所示。

從圖1中可以看出，Ⅰ號(hào)混凝土3d強(qiáng)度就已經(jīng)達(dá)到了T梁預(yù)應(yīng)力等級(jí)的90%（45MPa），而Ⅱ號(hào)混凝土7d才能達(dá)到該強(qiáng)度，相差近4d的時(shí)間，然而，經(jīng)過P.O 42.5配合比優(yōu)化后（Ⅲ號(hào)），早期強(qiáng)度得到明顯改善;Ⅰ號(hào)混凝土3d彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的80%（34.5GPa），同樣比Ⅱ號(hào)提前4d，而配合比優(yōu)化后的Ⅲ號(hào)混凝土彈性模量得到明顯改善。

進(jìn)一步分析增長(zhǎng)率，可以看出配合比優(yōu)化前后，P.O 42.5混凝土的早期增長(zhǎng)率差異不大，然而，其28d的增長(zhǎng)率得到明顯改善，原因在于P.O 52.5的更細(xì)的顆粒能夠提高體系之間的粘度，更加有助于水泥顆粒的團(tuán)聚，進(jìn)而阻礙拌合水的擴(kuò)散，使得其早起的增長(zhǎng)率相對(duì)較高。

3.3耐久性能對(duì)比

本研究的耐久性能通過抗氯離子滲透能力試驗(yàn)來進(jìn)行對(duì)比[5]，3種混凝土的耐久性能對(duì)比如圖2所示。

從圖2中可以看出，3種混凝土的電通量Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，電通量越大說明其抗氯離子滲透能力越差，因此可以看出經(jīng)過配合比優(yōu)化后，混凝土的耐久性得到明顯提高，為其帶來了更好的長(zhǎng)期性能，這與P.O 52.5較大的細(xì)度有關(guān)，較大的細(xì)度會(huì)帶來更完全的水化效果，凝膠產(chǎn)生量增大，收縮增加從而出現(xiàn)更大的裂縫，從而降低其耐久性能[6]。

4 結(jié)語

通過本文的研究可以看出，經(jīng)過配合比優(yōu)化后，混凝土能夠得到更好的工作性能、力學(xué)性能以及耐久性能，在優(yōu)化配合比配置后，P.O 42.5水泥配置成的混凝土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量能夠得到明顯提高，相對(duì)于P.O 52.5水泥，其28d增長(zhǎng)率更大，后期獲得了更大的強(qiáng)度增長(zhǎng)。與此同時(shí)，在配合比優(yōu)化后，P.O 42.5水泥的耐久性得到了明顯改善。

參考文獻(xiàn)

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