公路工程高性能混凝土應用探究

景 剛

（子長市交通運輸綜合執法大隊， 陜西 延安 717300）

0 引文

隨著社會經濟發展，人們對于公路工程建設質量的要求相繼提升，推動了國內公路工程的發展和完善，而混凝土作為公路工程中的重要材料，其綜合性能會直接影響公路建設質量和安全性。高性能混凝土和其他類型的混凝土相比擁有更好的耐久性、彈性和強度，通過合理應用高性能混凝土，可以優化公路工程質量，保障公路應用安全性。

1 應用現狀

和一般混凝土相比，高性能混凝土擁有充足力學強度、高耐久性、高體積穩定性和高施工性等特征，因此在應用高性能混凝土過程中能夠更好適應各種惡劣環境和不良天氣，擁有良好的抗磨損性、防水性和抗凍性。在公路工程建設中合理應用高性能混凝土，不但能夠提高公路工程建設質量，避免因為施工質量缺陷導致的道路下沉問題。此外，還可以有效改善一般混凝土強度過低以及水泥耐久性和用量之間的矛盾問題。同時高性能混凝土在實際應用中還具有高效澆筑性、黏聚性以及流動性等優勢特征，滿足公路工程對于混凝土的性能要求。

2 高性能混凝土原材料

2.1 水泥

水泥作為混凝土中的重要原材料，其會和水泥形成某種反應，從而變成一種十分堅硬的水泥石，可以促進部分松散狀材料彼此組合膠結，形成統一整體。相關研究試驗證明，水泥材料選擇會直接影響混凝土材料的應用性能和應用成本。

2.2 集料

針對混凝土材料實施綜合配置中，其中的集料所占比例大概在70%左右，屬于混凝土中的重要組成內容，具體可以分成細集料和粗集料兩種類型，而粗集料中還包括卵石、碎石等內容，相關粒徑在5到150毫米之間。細集料涵蓋天然砂以及石屑等內容，對應粒徑在0.15到5毫米之間。通過合理選擇集料能夠提升高性能混凝土的配置質量，優化混凝土應用效果。

2.3 摻合料

礦物摻合料的突出特征便是能夠優化改善混凝土質量性能，提高混凝土的抗腐蝕性、抗滲性，提高混凝土整體強度。此外，大部分摻合料都是工業粉塵，其應用到混凝土拌制中，能夠有效保護環境、節約資源，也是因為如此，其逐漸成為混凝土中的不可或缺材料。

2.4 拌合用水

在混凝土拌制中，水泥會和水之間產生水化反應，導致混凝土出現凝結、硬化現象，從而達到某種強度要求。相關研究證明，水分對于拌合料的體積變化以及性能變化具有重大影響[1]。

2.5 外加劑

在混凝土拌和過程中所應用的外加劑材料主要可以分成兩類，一種是有機材料，一種是無機材料，結合外加劑的功能差異，還可以進一步分為早強劑、速凝劑、膨脹劑和減水劑等。通過添加外加劑還能夠優化混凝土自身性能。

3 高性能混凝土組成設計及試驗檢測

在高性能混凝土材料構成中，除了砂石、水泥和水等基礎原材料之外，同時還包括外加劑以及礦物摻合料，這兩種材料還是高性能混凝土配置中不可缺少的元素，通過添加該種材料，能夠進一步優化混凝土工作性能。

在公路工程設計、試驗和生產檢測過程中，為了實現低消耗、高效和優質目標，需要借助實驗措施合理選擇相關因素最優點，最終得到最佳方案，其中所選擇的方法為正交設計。能夠對高性能混凝土質量產生影響的主要因素包括以下幾種：外加劑、砂率、水灰比、砂石料性質、水泥用量和種類等。但在實際生產中，水泥用量普遍是固定的，并按照就近原則選用砂石料，相關養護方式普遍是按照一般規定實施，因此其中的可調整元素僅剩下外加劑、砂率以及水灰比。在正交試驗中為了比較分析砂率、減水劑和水灰比三種因素對于高性能混凝土強度影響，選擇三因素三水平正交試驗原理確定高性能混凝土配合比，進一步考察減水劑品種、砂率以及水灰比對于高性能混凝土應用強度的影響和各種材料最佳用量。

而在具體的生產實踐中，普遍需要考察分析三種和以上的試驗因素，如果實施全面試驗，則整體試驗規模相對較大，而在試驗條件限制下無法順利實施。正交試驗設計主要是通過組織多因素試驗，尋找最佳水平組合的試驗設計方法。

試驗中的影響因素如下：第一是水灰比，其也是影響混凝土耐久性和強度的重要指標。水的主要作用是為水泥水化反應提供有效的結合水，確保混凝土施工中的和易性。如果水灰比過高，盡管提升了高性能混凝土流動性，但會削弱混凝土的保水密實性和黏聚性，使高性能混凝土內出現毛細管孔隙，影響混凝土耐久性和強度，只有選擇適合水灰比，才可以提高混凝土工作性能。第二是砂率，砂率還會影響混凝土強度與和易性，假如砂率過低，細集料數量較少，便無法有效添補粗集料之間空隙，為此可以選擇水泥漿填充多余空隙，無法提高混凝土強度。第三是減水劑，水泥品種和減水劑之間適應性同時也是全面發揮減水劑效果的重要因素，此外，砂率高低還會影響減水劑的應用效果。此次，試驗砂率選擇聯系生產實踐選擇41%到43%之間，并以此為前提合理選擇減水劑品種。

原材料方面，試驗中的原材料包括水泥、細骨料河砂細度模數為2.6，粗骨料選擇當地河卵石，對應粒徑為5到31.5毫米。此次試驗中所選擇的減水劑包括沈陽萬砼牌洪盟減水劑、沈陽洪盟洪盟減水劑和丹東北方派洪盟減水劑，選擇凈漿試驗方法對不同減水劑減水率進行合理測試。

高性能混凝土配合比設計方面，對于高性能的混凝土而言，應該選擇高效減水劑、低用水量和低水膠比，為了進一步控制水泥用量，滿足低碳、經濟目標，應該把水泥用量控制為每立方米360千克。結合高性能混凝土的水灰比以及耐久性等因素影響，其對應的水平分別是0.42、0.43、0.44。結合經驗選擇砂率的三種試驗水平分別是41%%、42%、43%。減水劑也擁有三種品牌，于試驗中，減水劑用量選擇標準是其擁有相同減水量，所用三個減水劑品種分別是萬砼牌減水劑、洪盟牌減水劑和北方牌減水劑。

通過單軸臥式攪拌機針對高性能混凝土實施攪拌試驗，為了促進不同集料的充分混合，控制粗骨料的水分吸收，可以選擇如下攪拌工藝：第一是針對砂子以及水泥實施30秒的攪拌；第二是在稱取部分減水劑后，添加到拌和水內，并加入至攪拌機內進行30秒的攪拌。第三是把粗骨料添加到攪拌機內進行120秒的攪拌施工。

結合正交試驗原理，通過對試驗結果進行全面對比分析，選擇最佳的高性能混凝土試驗方案。最終試驗結果分析如下：第一，減水劑選用品種會直接影響高性能混凝土的應用強度，同時砂率還會對不同種類減水劑產生較大影響，結合相關試驗分析，砂率處于41%到43%內，洪盟減水劑的應用效果最佳，因此在一定砂率和水泥品種范圍內，只有選擇適合減水劑品牌，才能在保證混凝土強度基礎上實現控制拌和水用量的目標。第二是因為此次試驗中的水灰比會受到實際生產狀況的影響，對應變動范圍較小，最低值和最高值之間僅僅相差0.2，所以無法明顯展示出水灰比在混凝土強度方面的影響。但結合最終的試驗結果分析，在0.42水灰比的條件下，高性能混凝土的 應用強度遠遠超出0.43和0.44水灰比的混凝土，為此立足于混凝土耐久性層面分析，可以選擇水灰比為0.42的混凝土。

通過比較不同齡期的高性能混凝土強度差異，3d齡期除外，可以發現在三種影響元素中，對于混凝土影響強度的三種因素按照從大到小的順序分別是減水劑、砂率以及水灰比。結合不同齡期條件下混凝土強度均值，可以了解到0.42混凝土強度最高，0.44水灰比的混凝土強度最低，由此能夠看出對于高性能混凝土而言盡量選擇低水灰比。高性能混凝土適合選擇30%減水率的高效減水劑。

結合此次正交試驗對應極差分析法研究砂率、水灰比和減水劑三種元素對于混凝土強度的影響，最終得到此次試驗范圍內的最佳組合是洪盟牌減水劑，0.42水灰比和43%的砂率，該種組合模式能夠進一步保障高性能混凝土的應用強度，同時還可以兼顧混凝土耐久性[2]。

4 高性能混凝土施工及質量控制

4.1 材料控制

為了提升高性能混凝土質量，提高混凝土的體積穩定性、高密實性和高耐久性，需要針對原材料應用質量進行合理控制。在混凝土拌和用水方面，盡量選擇自來水，如果選擇湖泊水、河流水和地下水等水源，需要進一步檢驗其對于混凝土性能的影響，尤其是對于混凝土凝結時間和抗壓強度的影響。對于水泥材料來說，在高性能混凝土制備中，可以選擇等級超出42.5的低堿和低氯一般硅酸鹽以及硅酸鹽水泥實施合理配置。對應水泥比表面積小于每千克350平方米，水泥熟料內的C3A含量低于8%。礦物摻和料方面，需要在高性能混凝土材料內摻入大量活性礦物摻和料，進一步控制新拌混凝土硬化中的升溫問題，有效提高混凝土耐久性，優化混凝土施工性能。在具體工程建設中普遍選擇磨細高爐礦渣、硅粉、礦物摻合料以及分選粉煤灰等。選擇三摻或兩摻的效果更佳。而在C80到C100的混凝土內以添加磨細高爐礦渣為主，對于超出C100的主要是以添加硅粉為主。減水劑和復合外加劑，可以選擇減水率高、具有一定引氣功能、且擁有良好保塑性能的減水劑。粗細骨料方面，在重要工程中的腐蝕環境和潮濕環境內應該盡量避免選擇具有潛在堿活性骨料。應用具有某種堿活性骨料中，需要對混凝土內堿含量進行合理控制，一般低于每立方米3千克，或選擇堿活性抑制策略，摻入大量礦物摻和料。

4.2 攪拌澆筑技術控制

開始混凝土拌和前，應該針對各種材料、工具和機械設備實施仔細檢查，保證混凝土攪拌和澆筑的連續性。開盤前，按照實驗室所提供的配合比調制系統，確保整個拌制過程能夠嚴格按照具體配合比要求實施稱量和配料，將相關信息準確錄入計算機系統內。混凝土的投放順序是砂石、水泥、礦物摻合料、外加劑、水，具體攪拌時間應該維持在60秒以上[3]。

為了對混凝土整體澆筑時間進行合理控制，確保混凝土內實外美，在高性能混凝土的振搗方法和澆筑等方面具有較為嚴格的要求。于混凝土入模前，可以借助專用儀器設備對減水率、水膠比、含氣量、坍落度、溫度等性能進行準確測定，在達到具體要求后才能實施澆筑工作。同時把混凝土入模溫度維持在5到30度之間。混凝土澆筑的墜落高度應該控制在2米以下，如果下落高度超出2米，可以選擇漏斗、滑槽、串筒等器具實施輔助輸送，避免產生分層離析問題。預應力混凝土應該通過可靠、連續、穩定、快速等方法一次澆筑成型。而于澆筑施工中，隨機、隨時取樣制作彈性模量試件。通過一次成型、連續澆筑方法實施混凝土施工。

4.3 養護控制

在針對高性能混泥土實施一次澆筑成型后，需要相應的時間才能滿足設計強度要求，而在具體操作階段中，由于空氣無法滿足水泥硬化需求，應該實施有效養護。相關養護技術如下，灑水養護中，保證水溫小于混凝土表層溫度，最高溫差控制在15度以下。可以選擇覆蓋保溫措施實施養護[4]。

5 結語

綜上所述，在公路工程的建設發展中，應該合理應用各種高性能混凝土，實現提高公路工程建設安全性和建設質量的目標，進一步延長公路的應用年限，促進國內經濟建設實現蓬勃發展。高性能混凝土相關施工質量控制是針對高性能混凝土進行強度驗收，分析所配置的混凝土強度是否滿足施工要求和設計要求，在需要的條件下，可以針對影響耐久性的抗滲性和抗凍性等實施準確實驗。