高速公路施工中高性能機制砂混凝土的應用研究

宋玉良

（中交路橋華東工程有限公司， 上海 201203）

1 試驗材料的選用

1.1 材料選用及其性能

試驗水泥是P.O42.5R水泥，水泥性能十分符合高速公路建設需求，而本文使用的機制砂的細度模數則是3.2，石粉含量小于10%。通過相應的數據測量其粒徑在0 到4.75mm 之間，而河砂的細度模數為2.7，相對較細，其相應的空隙率則是37.7%，選用的碎石是II 類碎石，符合國家標準，具體的含泥量0.6%，通過實驗統計發現，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 試驗方法

本次實驗所使用的各種配合比都是根據我國的《普通混凝土拌和物性能試驗方法標準》進行的相關數據測定，性能評價主要是利用L 形流動儀。其相應的力學性能測試也是參照了我國的《普通混凝土力學性能試驗方法標準》。

2 高性能機制砂混凝土配合比設計

2.1 配合比計算

參照Mehta 和Aitcin 法，通過更改和修改相應的對照假設參數來進行相應的計算。相應的假設可以是：假定容重2450kg·m-3，水膠比0.30，砂率37%，采用質量法計算各材料用量；單位用水量150kg，配合比計算的有效參數是：水泥、硅粉、礦粉、細骨料、粗骨料的相應的質量分別是375kg/m3、50kg/m3、75kg/m3、666kg/m3、1134kg/m3。其對應的初始配比為375：666：1134：50：75：150。

2.2 試配和調整

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

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通過表一我們可以發現，在前三次配比試驗中，因為減水劑用量的提升，流動速度、坍落度、擴展度性能都在不斷的提升，也就是呈現正向發展，而第四次后，泌水現象逐漸嚴重，但是另外兩種性能都還在增加，表現出不同的發展趨勢，所以總體而言，減水劑的飽和點大體是在1.7%，經過對照分析發現第三次試驗配比效果最佳。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 水膠比對強度的影響

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當減水劑用量確定后，那么就可以進行后續的添加實驗，我們相應的就需要考慮水膠比、砂率、礦物摻和量等因素，這些因素也會顯著影響混凝體的使用性能，本文具體的測試主要參考國標GB/T50081-2019 進行。具體的實驗結果如表二所示。 通過對表二的分析我們可以發現，混凝土坍塌度與水膠比呈現正比例關系，也就是正向增長，但是在0.28 到0.30 階段效果不明顯。當水膠比在0.28 到0.30時，其對應的凝土時間分別是7d 和28d，強度性能水平較高。所以水膠比0.3 效果最佳。

2.4 砂率的影響

機制砂表面多棱角，而且較為鋒利，同時相應的粗糙度也很大，石粉較多，如果不進行相應的控制以及篩選，這就會嚴重影響高速公路的建設性能，而且若控制不當，機制砂混凝土就極易造成開裂問題，進而影響高速公路的建設效果。而且如果相應的砂率偏大，這時混凝土的粘性力也會隨之變大，但是他們相應的流動性就會降低，因此，在施工過程中，砂率問題需要嚴格控制。本文就進行了砂率對機制混凝土的影響研究，通過數據分析總結得到了結果如表三所示。

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從表三中數據我們可以分析發現，塌落度與砂率呈現正比例關系，砂率值37%，力學性能最佳。而且當砂率從35%上升到37%時，強度值得到了顯著的提升，而37%后，增長減緩，效果并不明顯。所以當砂率較低時，材料的縫隙未能被完全覆蓋，密實性不足，這也就會造成高速公路的抗壓強度降低。但是如果砂率過大，骨料占比下降，這時材料的膠結力降低，并且相應的拌合物和易性顯著降低，進而強度減弱。所以總體而言，砂率37%時，綜合性最好。

2.5 礦物摻和料的影響

機制砂混凝土配合比中，硅粉、礦粉極為重要，也是重要的粘結單位。本文也是針對這一問題，擬采用水泥、碎石、砂、減水劑、水的基準具體比例為:500：1134：666：8.5：150，從而進行初步的性能試驗，但是過程中還會根據檢測的實際結果進行相應的調整以研究其性能，在施工中，礦粉單摻的效果并不顯著，而且擴展度、塌落度也是與他的增加量呈現正比例關系，加之它需水量小，所以效果不佳。硅粉、礦粉單獨使用的效果較差，而且難以達到預期的強化效果，混凝土的所有檢測性能都不符合本文的實驗需求，而在二者同時參和的多種情況中，都可以顯著的提升混凝土的強度。并且可以發現28d 強度相比顯著高于7d 混凝土抗壓強度，并且7d 強度從56.2MPa 上升至58.7MPa 作用顯著，而28d 強度則是從62.6MPa 上升至65.8MPa。當然因為通常硅灰反應活性會比礦粉好很多，所以單獨摻和效果要比礦粉強一點。但是配合比為6 時，疊加效應明顯，強度值也是有明顯的提高。

2.6 配合比的確定

在單獨分析的基礎上，我們還可以借助前期的實驗數據針對預先設定的配合比微調，這樣就可以得到這些材料的實際實驗數據，并且通過大數據以及云處理等技術的比較分析，借助調整后的強度值對比可以發現，雖然通過添加四周后的強度都有所提高，然而它們也是存在一定的數據差異，其中第2 種類型表現最優，所有的實驗性能俱佳，所以借助這些數據可以確定礦粉、硅灰、砂、碎石、水、減水劑這些基層材料的數據配比為375：75：50：666：1134：150：8.5。

3 總結

本文通過對現有的C60 混凝土的研究，多方面多因素的探究了機制砂混凝土配合比的相關數據，而且借助這些數據分析了其強度、力學性能、工作性等，發現當水膠比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，復合摻配，當然還可以通過保濕養護進而達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性，減少碳化反應，所以可以適量應用。