路用混凝土原材料配合比設計及力學性能分析

（甘肅省天水公路局，甘肅 天水 741000）

混凝土作為一種多相復合型材料，其結構和成分的不同會對宏觀力學性能有極大影響，對路用混凝土相關研究認為，混凝土強度主要取決于三方面強度中的較弱者，即水泥石強度、粗集料強度以及粗集料與水泥的界面強度。對于普通混凝土，粗集料的強度明顯高于水泥石和界面強度，混凝土受力時，集料對混凝土強度的影響不明顯。當道路橋梁混凝土為高強混凝土時，水泥石和界面強度均較高，因而集料受力破壞的可能性越高，因此需要對高強混凝土中粗集料的物理性質進行研究，尋找高強混凝土的力學性質及規律，為配置高強混凝土提供理論依據。

1 混凝土原材料分析

1.1 水泥

對混凝土而言，水泥是一種較理想的膠凝材料。由于水泥在不同工程、不同部位所需的物理指標和化學指標不同，因此須嚴格遵照工程實際要求選擇適宜的水泥型號。例如，某路段治理項目對于水泥特性有一定的要求，需依照相關規程進行測試，并確保測試結果完全滿足對P·O42.5水泥的要求。

1.2 外加劑

混凝土拌和期間往往需加入外加劑，其主要目的是確保混凝土性能滿足要求。實際施工中，不同工程項目選用的外加劑類型需根據不同混凝土的性能進行選擇，并依據試驗結果確定外加劑的摻量。此外，外加劑檢測結果應符合國家有關標準，同時，對于工程施工期間所需要使用的外加劑還應當保證其在有效使用期內。該路段治理項目所使用的混凝土外加劑分為水劑及粉劑兩種，混凝土外加劑試驗均參照相關規定進行。

1.3 粗骨料的檢測

粗骨料是混凝土的重要構成部分，直接關系混凝土的質量。目前較常用的粗骨料有碎石以及卵石兩種，碎石主要由巖石經過破碎機加工處理制得，而卵石主要指天然卵礫石。粗骨料檢測項目需用專業設備，依據規程檢測其顆粒級配、密度、壓碎指標、含泥情況以及針片狀顆粒含量等指標，且指標應符合規范要求。某路段改擴建工程對于粗骨料的檢測、試驗結果主要依據制定的標準進行評價。

2 路用混凝土原材料配合比設計

2.1 原材料

水泥：P·O52.5水泥，礦物摻合料：粉煤灰，某縣發電廠一級灰，減水劑：RAWY101聚羧酸高性能減水劑。細集料：天然砂，細度模數2.82。拌合用水：飲用水。粗集料：三種不同礦物組成成分的粗集料，其中花崗巖兩種，一種最大公稱粒徑20mm，另一種最大公稱粒徑31.5mm，其物理性能見表1、表2。

表1 粗集料的物理性能

表2 兩種花崗巖的物理性質

2.2 配合比設計試驗方法

標準混凝土配合比如下：水泥：粉煤灰：礦粉；細集料：粗集料：外加劑：水=382:48:48:690:1078:5.74:148。

試驗所用砂石料狀態均為自然干燥，且在室溫狀態下存放24h。

3 試驗結果及力學性能分析

3.1 集料品種對高強混凝土力學性能的影響

試驗采用三種不同品種粗集料，在標準混凝土配合比的拌制下，其成型標準試塊養護3d、7d、28d后的混凝土強度見表3。

表3 不同品種粗集料拌制混凝土強度

由表3可知，不同品種粗集料在相同配比下配置的混凝土強度差異很大。結合表1，假設壓碎值對高強混凝土力學性能影響較大，則根據不同品種粗集料壓碎值，可知玄武巖品質集料拌制混凝土的強度最大，石灰石粗集料拌制混凝土的強度最小。但在表3中，玄武巖品質集料拌制混凝土的強度最小，石灰石粗集料拌制混凝土的強度最大，故并非是粗集料的壓碎值對混凝土強度的作用。由表3，28d混凝土強度由大到小為石灰石＞玄武巖＞花崗巖，結合表1中不同材質粗集料吸水率，兩者表現為正相關。粗集料的吸水率大，會直接影響混凝土拌制效果，拌制過程中直接吸收拌和用水，改變混凝土的水灰比，從而使混凝土性能降低，直接表現為混凝土的坍落度變小。同時，混凝土因為水灰比變小而使強度變大，最直接的表現為石灰石拌制混凝土的強度最高，花崗巖拌制混凝土的強度最小。對比不同材質粗集料壓碎值可知，集料本身性質還未完全發揮。

3.2 集料針片狀含量對高強混凝土力學性能的影響

試驗采用三種不同針片狀含量的粗集料拌和混凝土，其成型標準試塊養護3d、7d、28d的混凝土強度見表4。

表4 不同針片狀含量的粗集料拌和的混凝土強度

表4為針片狀含量對混凝土強度的影響。由表4可見，混凝土早期強度隨針片狀含量的增加基本不變，但混凝土28d強度隨混凝土中的針片狀含量的增加而減少，表明隨著養護齡期的增加，針片狀含量對混凝土強度的影響越來越大。針片狀含量主要從兩個方面對混凝土的抗壓強度產生影響：一方面，針片狀顆粒本身容易折斷，表現為粗集料的壓碎值較大，壓碎值比較能反應混凝土內部的受力情況，模仿一部分混凝土的受力，因而針片狀顆粒會成為混凝土強度的薄弱區；另一方面，針片狀顆粒含量增加，混凝土的粘聚性減小，混凝不密實，混凝土會在針片狀顆粒附近形成空洞和裂縫，減小混凝土的強度。由上可知，在早齡期階段，由于混凝土的強度較低，針片狀顆粒本身脆弱性表現不明顯；但隨著混凝土強度不斷增加，針片狀顆粒本身脆弱性所引發的對混凝土破壞越來越突出，降低了混凝土的強度。

4 結語

對不同種類粗集料混凝土的研究表明，集料吸水率的改變對混凝土中水灰比大小及混凝土強度影響較大。對不同針片狀含量的混凝土不同齡期強度的對比發現，當混凝土齡期較小且混凝土強度較低時，針片狀含量對混凝土強度影響較小，當混凝土齡期較大時且混凝土強度較大時，對混凝土強度影響較大。因而可以得出，粗集料中針片狀含量對普通混凝土影響較小，但對高強混凝土影響較大。