试论高性能机制砂混凝土在高速公路施工中的应用

试论高性能机制砂混凝土在高速公路施工中的应用

李建辉

甘肃省交通科学研究院有限公司730000

摘要：高性能机制砂混凝土路面施工过程中，需要从水泥混凝土路面材料的选择与控制等几方面，优化设计高性能机制砂混凝土路面施工工艺，有助于提升路面施工质量，保证水泥混凝土路面具有良好的使用性能发挥积极影响，本文重点就高性能机制砂混凝土设计进行了探讨和分析，旨在和从事本行业的同仁们进行交流和学习。

关键词：高性能机制砂；公路施工；水泥混凝土；高速公路

随着国民经济的不断增长，公路工程不断增多，我国在道路建设中也掌握了一定的基础和经验。在公路施工中，运用高性能机制砂混凝土施工工艺，将会有效改善公路质量，延长公路的使用寿命，对公路工程的建设发挥了重要的作用。本文结合实践经验，通过高性能机制砂混凝土路面施工，优化设计出合理施工工艺，为提升公路路面质量提供有效的施工工艺。

1试验材料的选用

1.1水泥选用及其性能

试验采用由甘肃某水泥厂生产的地维P.052.5R水泥；机制砂取细度模数为3.v2，粒径，0～4.75mm，石粉含量3.5％；河砂细度模数为2.7，属Ⅱ区中砂，空隙率37.7％；碎石为II类碎石，压碎值11.2％，含泥量0.6％，针片量6.2％；石粉矿物成分为CaC03，45μm以下颗粒量50％以上，作为机制砂混凝土的填充材料。矿粉表观密度2500kg／m3，硅灰表观密度2150kg／m3；为配置高性能机制砂混凝土，外加剂选择FDN-SPR萘系缓凝高效减水剂。

1.2试验方法

试验配合比试配根据《普通混凝土拌和物性能试验方法标准：》(GB／T50081-2002)测试方法，高性能混凝土的性能评价工作由清华大学院研制的L形流动仪来完成。高性能机制砂混凝土的力学性能测试根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB／T50081--2002)执行。

2高性能机制砂混凝土配合比设计

2.1配合比计算

参照Mehta和Aitcin法，结合清华大学矿渣硅灰高强混凝土配置方法，通过更改和修改部分假设参数来实现混凝土的配合比计算。配合比参数假设：单位用水量170kg；混凝土含气量1.0％；水泥：掺和料体积比=3：1；硅灰：矿粉体积比=2：3；机制砂砂率0.39。配合比计算：水泥质量432kg／m3；矿粉的质量70kg／m3；硅灰质量40kg／m3。细骨料用量682kg／m3；粗骨料用量1080kg／m3。得到高性能机制砂混凝土的初始配比。水泥：砂：碎石：矿粉：硅灰：水=432：682：1080：70：40：170。根据配合比的计算结果，按GB／TS0080—2002测试方法和L型流动仪进行适配混凝土性能测评。

2.2试配和调整

配合比的调整关键点是减水剂的用量。减水剂用量过低，混凝土的工作性能较差，过高则容易出现离析、泌水等现象。在试验的前三次，随减水剂的增加，混凝土的流动速度和坍落度和扩展度都在增加；从第四次开始，混凝土开始出现泌水现象，同时坍落度和扩展度还是保持一定增加；第五次试验开始提高砂率，有效的缓解了泌水现象，混凝土坍落度和扩展度都未再出现增长，但混凝土流动速度出现下降，减水剂饱和点保持在1.9％左右，若再提高减水剂的掺加量容易造成离析危险。从五次试验中可以看出，第三次试验配比所得到的混凝土性能最佳。因此，本文中根据砂：碎石：矿粉：硅灰：水：减水剂=432：682：l080：70：40：170：10.3混凝土配比试验。

2.3水胶比对强度的影响

当确定减水剂用量时，需要考虑水胶比、砂率、矿物掺和量等因素对高性能机制砂混凝土强度的影响，确定最优力学性能下的基准配合比。混凝土抗压强度根据GB／TS0081-2002测试。立方体试件尺寸150mmx150mmx150mm。实验表明，混凝土坍塌度随水胶比的提高而不断增大，且水胶比从0.28上升到0.30阶段坍塌度的变化更为明显。从不同的强度时间下机制砂混凝土所表现的强度性能可以看出，当水胶比在0.28-0.30区间时，凝土时间为7d和28d的条件下，机制砂混凝土的强度性能还能保持一个较高水平，下降并不大。因此，本文选定水胶比为0.3来进行研究。

3机制砂混凝土性能研究

混凝土的强度和变形是工程控制的主要方面，混凝土的弹性模量、致密性等参数反应出强度关系，混凝土的体积稳定性容易形成复杂内应力，造成结构开裂和破损。本文以碎石：胶凝材料：砂：减水剂：水=1088：542：644：10.3：170为基准，对混凝土的力学参数进行分析。

3.1收缩变形研究

比较两种类型的混凝土收缩曲线，从中可以看出，在试验的前14d时，机制砂类型的混凝土相对于砂混凝土收缩值偏大，在试验14d过后，石粉含量为3.5％和10.4％的机制砂混凝土与砂混凝土的收缩变形相差不大，而石粉含量7.0％是较砂混凝土明显偏大。实验可知，早期对机制砂混凝土进行保湿养护，机制砂混凝土中的石粉含量对于其干缩变形并不会造成很大的影响。

3.2徐变性能研究

针对不同加荷龄期的机制砂混凝土和砂混凝土徐变效应进行研究，机制砂混凝土石粉含量3.5％，对两种不同混凝土类型的徐变效应可知，随着持荷龄期的延长，两种不同类型的混凝土徐变都出现了增长。不同石粉含量下的机制砂混凝土在各龄期的徐变度都要低于砂混凝土徐变度，到后期，徐变度差值更为明显，这主要是由于石粉掺和量的增加，导致混凝土体系中的砂颗粒比例下降，弹性模量出现突减；机制砂中的石粉填充到混凝土的微集料中，降低了混凝土的变形性能，使得结构更致密；同时，机制砂弹性模量和表面粗糙度都较大，能较好的对变形量进行约束。

3.3抗碳化性能研究

针对石粉含量3.5％、7.0％的机制砂混凝土进行抗碳化性研究，选用不掺和矿物料的砂混凝土为对比试验，试验采用的C60混凝土较为密实，内部填充系数较高，因而具有很高的抗碳化能力。获得的试验结果可知。在前7d龄期内，不同石粉含量下的机制砂混凝土均未表现出明显的碳化性，而砂混凝土在前7d龄期时表现出一定的碳化深度。在后期，两种石粉含量下的机制砂混凝土的碳化深度明显低于砂混凝土。这是由于机制砂混凝土中掺和料的作用，大大提高了混凝土的密实性，有效阻碍了环境中的介质成分进入到混凝土间隙内，从而避免了碳化反应的发生，提高了机制砂混凝土的抗碳化能力。而机制砂混凝土的抗渗透性也与抗碳化能力类似。

4结语

本文依托工程实际需求和试验条件，以C60混凝土为研究对象，针对机制砂混凝土配合比设计和力学性能、工作性能进行了研究，研究结果主要有：通过研究机制砂混凝土不同的配合比得到结论：当水胶比和砂率分别为0.3和0.37，矿粉和硅粉分别为80kg／m3和30kg／m3，采用复合掺配获得的机制砂混凝土具有最优的力学性能和工作性能。随石粉含量的增加，以7d龄期为界，在界限早期的机制砂混凝土收缩性随着石粉含量增加而不断上升，当超过7d龄期后，混凝土的收缩率随着石粉含量的增加呈现下降趋势。因此，可通过对早龄期混凝土进行保湿养护有效提高混凝土的收缩性能。

参考文献：

[1]王贵明.机制砂高性能混凝土在思剑高速公路桥梁建设中的应用[J].贵州大学学报，2017

[2]李俊杰.机崩砂高性能混凝土在高速公路工程中的应用研究[J].国防交通工程与技术，2018