高速公路高性能混凝土配合比設(shè)計與應(yīng)用

摘 要：高性能混凝土配合比設(shè)計理念的核心在于首先考慮混凝土耐久性，重點強調(diào)混凝土使用年限及混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境，從而使混凝土達到設(shè)計100年使用壽命，在混凝土耐久性實現(xiàn)過程中摻入粉煤灰、礦粉及聚羧酸系高效減水劑等關(guān)鍵技術(shù)來提高混凝土抗氯離子滲透、抗裂和抗凍性能，并采取了限制原材料堿含量和氯離子含量等措施來預(yù)防混凝土發(fā)生堿-骨料反應(yīng)和鋼筋銹蝕，從而確保了混凝土耐久性，結(jié)合其混凝土工作性、高強度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟性等特點。

關(guān)鍵詞：高速公路；高性能混凝土；配合比設(shè)計；應(yīng)用

1 前言

設(shè)計依據(jù)：省級高速公路榆商線神木至府谷高速公路兩階段施工圖設(shè)計（窟野河特大橋K0+000～K4+620全長4.62公里）

1.1 施工難點

采用掛籃懸臂現(xiàn)澆法施工，泵送混凝土垂直最高高度80-90米，水平最長距離70-80米，合計150-170米泵送距離。

1.2 耐久性設(shè)計

1.2.1 本橋設(shè)計基準(zhǔn)期為100年。高性能混凝土是以耐久性作為設(shè)計的主要指標(biāo)，其耐久性指標(biāo)涉及到混凝土的抗裂性、護筋性、耐蝕性、抗凍性、耐磨性及抗堿-骨料反應(yīng)等。為提高高速公路混凝土耐久性，采用普通原材料，嚴格施工工藝，通過摻礦物摻合料及外加劑進行高性能混凝土配合比的設(shè)計、試配及施工控制，配制而成的具有高耐久性、低徐變、體積穩(wěn)定性的綜合性能優(yōu)良的混凝土，使混凝土耐久性得到保證。

1.2.2 根據(jù)全國氣溫分布圖，橋址所在區(qū)域應(yīng)為嚴寒地區(qū)，環(huán)境類別為Ⅱ類。對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，最大氯離子含量為0.06%，最小水泥用量為350kg/m3，最大水灰比為0.40，最大堿含量為3.0kg/m3。

2 依據(jù)施工設(shè)計有關(guān)要求，結(jié)合現(xiàn)場施工條件，確定配合比采用大坍落度，小水灰（膠）比設(shè)計，確定技術(shù)參數(shù)如下：

設(shè)計抗壓強度：C55

彈性模量：3.55×104 MPa

堿含量：≤3.0kg/m3

氯離子含量：≤0.06%

設(shè)計坍落度：180-220mm

2.1 混凝土中氯離子總含量

鋼筋混凝土中氯離子總含量不應(yīng)超過膠凝材料總量的0.01%，預(yù)應(yīng)力混凝土的氯離子總含量不應(yīng)超過膠凝材料總量的0.06%。

2.2 高性能混凝土抗堿-骨料反應(yīng)性能指標(biāo)

2.2.1 骨料的堿-硅酸反應(yīng)砂漿棒膨脹率或堿-碳酸鹽反應(yīng)巖石柱膨脹率應(yīng)小于0.01%。

2.2.2 當(dāng)堿-骨料反應(yīng)砂漿棒膨脹率0.10～0.20%時，混凝土的堿含量應(yīng)滿足；當(dāng)堿-骨料反應(yīng)砂漿棒膨脹率0.20～0.30%時，除了混凝土的堿含量應(yīng)滿足規(guī)范的規(guī)定外，還應(yīng)在混凝土中摻加具有明顯抑制效能的礦物摻合料和復(fù)合外加劑，并進行相應(yīng)試驗證明其抑制有效。

3 原材料選用情況

3.1 水泥：冀東海德堡（涇陽）水泥有限公司生產(chǎn)的盾石牌P.052.5R（低堿）水泥。

冀東盾石牌水泥抽樣結(jié)果：

盾石525R水泥比表面積在341～412（m3/kg）范圍之間，平均值為383（m3/kg），28天抗壓強度在56.6～63.4MPa之間，平均強度61.2MPa。28天抗折強度在7.2～9.3MPa之間，平均強度8.8MPa。堿含量在0.47～0.31%范圍之間，平均值為0.36%。氯離子含量0.096～0.076%范圍之間。

3.2 砂：府谷縣黃河砂Ⅱ區(qū)中砂

黃河中砂的細度模數(shù)在2.92～2.61范圍之間，平均值為2.75，表觀密度2660～2630（kg/m3），平均值2640（kg/m3），含泥量在0.4～1.2%，平均值0.7%，泥塊含量在0.3～0.6%，平均值0.4%云母含量0.3～0.6%，平均值0.5%，輕物質(zhì)0.7～0.3%，平均值0.4%，堿集料反應(yīng)0.080%～0.050%，平均值0.060%。

3.3 碎石：包頭大青山產(chǎn)的5-10mm、10-20mm單粒級碎石，按3：7比例摻配成5-20mm連續(xù)級配。

包頭大青山碎石表觀密度2860～2640（kg/m3），平均值2780（kg/m3），含泥量在0.4～0.2%，平均值0.3%，吸水率0.60～0.78%，平均值0.64%，母材強度124.3～108.9Mpa，平均值114.6Mpa，針片狀1.0～3.0%，平均值1.7%，壓碎值標(biāo)4.2～8.4%，平均值6.3%，堅固性0.2～0.8%，平均值0.5%。

3.4 摻合料1：神木粉煤灰綜合利用有限公司生產(chǎn)的C類Ⅰ級粉煤灰。

神木縣粉煤灰比表面積在873～642（m3/kg）范圍之間，平均值為752（m3/kg），需水量比在95.1～91.3%，平均值93.6%，燒失量3.21～1.69%，平均值2.23%，氯離子含量0.019～0，010%，平均值0.016%，堿含量1.06～1.33%，平均值1.2%。

3.5 摻合料2：包頭明峰建材有限公司生產(chǎn)的S75礦粉；包頭礦粉比表面積在379～331（m3/kg）范圍之間，平均值為355（m3/kg），7天活性指數(shù)在56.3～61.6%，平均值58.3%，28天活性指數(shù)在56.3～61.6%，平均值58.3%，燒失量1.89～1.09%，平均值1.34%，氯離子含量0.039～0，020%，平均值0.034%堿含量1.03～0.85%，平均值0.91%。

3.6 外加劑：山西黃河化工有限公司生產(chǎn)的“紅浪”牌UNF-1B聚羧酸高效減水劑。高速公路外加劑重點考慮以下方面的性能：具有高減水率（減水率>25%）、一定的引氣功能，與水泥及礦物摻合料有很好的適應(yīng)性，對混凝土拌合物有良好的保塑性、流動性、坍落度損失小、混凝土體積變形及收縮率較小的要求。通過萘系、氨基磺酸鹽系及羧酸減水劑的性能比較，羧酸減水劑具有其它減水劑無法比擬的優(yōu)點。低摻量，混凝土配制過程中外加劑摻量可操作性強，拌合物保坍效果好，30min內(nèi)坍落度損失不明顯，可泵性強等特點。

C55中坍落度損失

混凝土從拌和站出機口運輸?shù)浆F(xiàn)場距離將近1200米，行駛路段較差，施工干擾較大，易造成坍落度損失過大，影響其泵送效果。因此，試驗室模擬現(xiàn)場的施工條件，按照擬定的泵送混凝土配合比參數(shù)進行了不同時段的坍落度損失試驗。其試驗結(jié)果見表1

表1 泵送混凝土坍落度損失

4 結(jié)束語

高性能混凝土在高速公路施工中開始采用，克服高性能混凝土特點引起的性能缺陷，確保高速公路工程的100年使用壽命。設(shè)計方向結(jié)合高速公路特大橋施工中混凝土工程的實際應(yīng)用，配制出高強度、高耐久性混凝土。研究結(jié)果表明：選擇合理計算方法及配制出比較成熟的施工配合比，使混凝土能達到最密實狀態(tài)，有助于降低工程制造成本，提高混凝土強度，而且混凝土內(nèi)部空隙明顯減少，能抵抗外來腐蝕介質(zhì)的侵入，護筋性得到保證，大大提高混凝土耐久性，節(jié)約了成本，確保工程質(zhì)量。

參考文獻

[1]《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》GB/T50476-2008中國建筑工業(yè)出版社，2009.5.

[2]《聚羧酸系高性能減水劑》JG/T223-2007.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.8.