機制砂高性能混凝土在高速公路工程中的應用

摘 要：隨著科學技術的不斷發展，以及天然砂資源的逐漸減少、質量的日益下降，難以滿足當前建筑對砂的需求，土木工程建設中逐漸加大了對機制砂高性能混凝土的利用。機制砂高性能混凝土因其良好的耐久性能、力學性能等在當今大橋建設及高速公路工程中被廣泛利用。本文主要針對機制砂高性能混凝土應用中出現的級配不良，并結合貴州某高速公路工程，通過分析在不同配合比下機制砂高性能混凝土的工作、耐久、力學等性能，來闡述其在高速公路工程上的應用。

關鍵詞：機制砂；高性能混凝土；配合比設計；應用

近年來，我國基礎建設的大力發展，建筑施工對混凝土的需求量也逐年增大，然而由于建筑資源的分布不均且在短期內屬于不可再生的資源，天然砂資源出現供應不足甚至枯竭的問題，因此越來越多的建筑施工工程中開始利用機制砂代替天然砂。由于我國在機制砂的科研上沒有完善的研究體系，相關技術還不夠成熟，對高性能機制砂混凝土的性能研究僅僅局限于力學性能方面，對于其耐久性能的研究還需進一步加強。貴州地區地市較為險峻、陡峭，省內大部分地區以峽谷、河流為主，大跨度混凝土連續剛構橋因其良好的環境適應性以及技術經濟性滿足了省內道路交通運輸問題。

1 機制砂高性能混凝土在高速公路上的應用

1.1 工程概況

貴州省思南至劍河路段是貴州省縱貫銅仁、黔東南自治州的南北向交通要塞，它是貴州東部地區南下珠三角、北上重慶的重要經濟要道。本次高速公路項目工程連接了貴州省四個縣（思南、鎮遠、石阡、劍河），對于推動當地的經濟發展以及城鎮化進程有著重要的意義。線路總長160.455千米，在思南西、雙塘、石阡、鎮遠西、報金等11處設置互通立交，互通連線總長14.748千米，其路基寬22米且設計速度為80km/h，采用公路I級，雙向四車道建設標準。

1.2 配合比設計

1.2.1 水膠比的選擇

根據應用于橋梁的C50混凝土的配制強度、粗骨料種類以及水泥的強度，通過相關強度公式計算將思南高速公路橋梁的C50混凝土水膠比定為0.35。由相關理論以及實際經驗可知強度等級為C50的漿體的體積應該小于35%，漿體太低會影響拌和物的工作性能，漿體過高會對收縮徐變的體積穩定性產生影響，綜合考慮選定漿體體積比在24%至29%之間。

1.2.2 用水量的選擇

根據混凝土強度耐久性的相關設計標準，C50機制砂混凝土的膠凝材料最大用量為490kg/m3，因此在用水量的選擇上，根據上一步確認的水膠比初步確定用水量為490kg/m3×0.35=171.5kg/m3。

1.2.3 砂率的選擇

高性能機制砂混凝土配合需要一個合理的砂率，砂率過低時不能保證在粗骨料之間擁有足夠的砂漿層，同時降低了混凝土拌合物的流動性；砂率過高時，又會增大骨料的總表面積和空隙率，在水泥漿量不變的前提下減小了拌合物的流動性。表1是砂率對C50機制砂高性能混凝土工作性能和強度的影響檢測結果表。

結果表明，砂率變化對混凝土的工作性能和強度均有較為明顯的影響，隨著砂率增加，混凝土拌和物坍落度變化差不多，但是坍擴度卻呈現先增后減的趨勢。砂率為31%、33%時。混凝土拌和物坍落度和坍擴度比較大，但輕微離析，表明砂率偏低。當砂率為37%時，由于細集料用量增加和石粉含量增多，拌和物過粘，則砂率偏大。當砂率為35%時候，混凝土工作性能比較理想。高性能混凝土由于水膠比較小，用水量也較低，黏稠度較大，為避免拌和物過黏，在滿足工作性能的前提下盡量選擇偏低的砂率。

1.2.4 配合比的確定

根據上述理論計算再加上實驗結果，確定機制砂高性能混凝土的配合比，為滿足設計和相關設計要求，嚴格控制氯離子和堿含量，選擇摻和硅粉、磨細礦渣以及粉煤灰來改善混凝土的工作性能，此外還需要降低水泥用量，通過分析減水劑與膠凝材料的相容性實驗來選取最合適的減水劑用量，完整確定以上材料的用量后再采用體積法算出其他材料用量。機制砂高性能混凝土配合比設計如表2所示。

2 機制砂高性能混凝土施工質量控制

高速公路工程采用機制砂高性能混凝土的時候，相關技術及施工人員要提高認識、轉變觀念，加強對施工現場的管理并完善基礎設施，通過對機制砂高性能混凝土的配制過程進行全方位控制及動態管理，嚴格控制其質量，從而使其達到設計的理想效果。具體來講要從施工前原材料的選擇、施工過程的工藝技術、施工過程的控制管理等方面來對機制砂高性能混凝土施工質量進行嚴格控制。

2.1 原材料選擇

原材料作為機制砂高性能混凝土的載體，其質量的好壞直接影響著最終產品機制砂高性能混凝土的質量，因此在施工開始前及施工過程中，要加強對原材料的管理。對于如水泥、外摻劑及減水劑等需要外購的材料，相關采購人員要嚴格把控其質量，采購時供應商必須擁有質量保障單和產品合格證。與此同時還要與商家建立永久性的材料臺賬及檢查驗收制度。對于比較重要部位的混凝土材料還應該建立可供備選的采購方案，嚴格控制質量，相關管理人員還應該按一定的頻率對原材料進行隨機抽樣，檢測合格后方能用于混凝土配制。

2.2 施工過程中的工藝要求

在實驗室配制機制砂高性能混凝土后，高速公路工程施工過程要從保證混凝土的密實性、體積穩定性以及勻質性等方面來確保混凝土的質量，要注意施工現場的不確定因素對其影響。具體來講要做好如下工作：（1）嚴格控制水膠比；（2）通過測量混凝土的 水化熱來控制溫度，以防混凝土內外溫度差超過了規定要求；（3）嚴格按照預設步驟來投放材料，由于機制砂中所含石粉對高效減水劑有較強的吸附作用，因此要避免減水劑投入拌和機后被石粉吸附而失去了原有的吸附功能；（4）加強對施工人員的專業培訓，并采用合理的管理制度來約束施工技術及操作人員，使得高速公路工程混凝土施工期間的各個環節能夠安全有效進行。

2.3 對施工采取全過程動態控制

由于機制砂對高效減水劑以及礦物摻和料的敏感性程度很高，其質量非常不穩定，在對其質量控制上有一定的難度，同時由于混凝土的保水性、粘聚性和流動性這三個性能指標間存在一定的牽連效應，一旦發生局部變化便會帶動整體從而對整體質量產生影響。因此在高速公路工程施工過程對混凝土質量控制中采用承包人、監理方和中心實驗室三級動態控制，結合數理統計方法來繪制控制分析圖，通過分析混凝土的動態原材料的動態變化來及時調整機制砂高性能混凝土配合比，確保其區域密實、勻質及體積穩定性能。承包人、監理方、中心試驗室組成的三級控制部門應該相互配合、嚴格監督，確保機制砂高性能混凝土的高質量。

3 結語

隨著建筑行業的進一步發展，機制砂高性能混凝土也將在道路橋梁工程中扮演更加重要的角色。如何有效配制、使用及管控機制砂高性能混凝土成為相關施工技術人員及管理人員需要注意的重要問題。機械砂高性能混凝土施工程序較為繁瑣，配制方面，從原料的準備、配料、攪拌、攪拌等環節都需要嚴格的把關。此外在做好配合比的同時還要加強對施工過程中工藝的控制，要結合施工現場的實際情況，因地適宜、優化組合，通過科學的管理及規范化作業來對高速公路施工過程進行動態管理。

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作者簡介：杜淼（1981.09- ），男，本科，工程師，湖南聯智橋隧技術有限公司，主要從事工程檢測工作。