高速公路施工中高性能機制砂混凝土的運用

趙成

摘要：在社會經濟發展過程中，為了加強基礎設施建設，對建筑材料的開采力度逐漸增大，同時在混凝土的配制過程中，主要材料天然砂的市場供應能力不斷降低，為了滿足高速公路的建設需求，需要加強對機制砂的有效利用。與此同時，想要達到讓高性能機制砂混凝土的強度得到保證的目的，需要施工人員提高對合理配比的重視，明確不同材料的實際比例，從而讓機制砂的功能和作用得到全面體現，提高高速公路的整體質量。

關鍵詞：高速公路? 高性能? 機制砂混凝土? 質量控制

中圖分類號：U414

Abstract： In the process of social and economic development， in order to strengthen the construction of infrastructure， the mining of building materials has gradually increased. Meanwhile， in the process of concrete preparation， the market supply capacity of the main material natural sand is decreasing. In order to meet the construction demand of expressway， it is necessary to strengthen the effective utilization of manufactured sand. At the same time， in order to ensure the strength of high-performance manufactured sand concrete， constructors need to pay more attention to the reasonable proportion and clarify the actual proportion of different materials， so as to fully reflect the function and function of manufactured sand and improve the overall quality of expressway.

Key Words： Expressway; High performance; Manufactured sand concrete; Quality control

為了滿足新時期不同地區的發展需求，更好地應對私家車及貨車持有量大幅增多而造成的交通運輸壓力，高速公路工程建設規模不斷增大。為了讓公路質量得到有效保證和提高，需要加強對高性能機制砂混凝土的研究和利用。

1? 工程實例基本情況分析

本文以廣西地區的高速公路工程建設施工為例進行分析，廣西松旺至鐵山港東岸公路屬于《2010—2020廣西高速公路網規劃》中梅溪至鐵山港高速公路的關鍵支線，在廣西玉林博白縣與北海合浦縣兩個地區的交接位置，需要實現兩個地區的連接同時完成與另一條高速公路的對接。在此條公路涉及的范圍內，地勢類型相對來說較為特殊，呈南低北高的形勢，實際地貌特點包括剝蝕丘陵、剝蝕殘丘準平原及河流堆積階地地貌，工程施工區域所在海拔為30～100m，同時自然坡度為20°～45°，通過對地質條件的分析，發現有較大厚度的第四系黏土及淤泥質黏土覆蓋層，并且在地表位置有嚴重的積水，整體地形存在較大的起伏，但是巖石組合邊坡具有相對較好的穩定性[1-2]。

2? 機制砂高性能混凝土在高速公路工程中的應用

2.1? 配合比設計原理分析

對于高速公路工程施工作業而言，高性能混凝土的應用具有很多優勢，如其工作性能較強，同時在力學性、穩定性及耐久性等方面表現較為突出。為了讓材料的滲透性得到有效提高，需要在開展高性能混凝土配置工作的過程中，適當減少水的實際用量。與此同時，為了讓混凝土結構具備穩定的體積，施工人員需要對水泥的實際用量做好合理控制。采用活性摻合料及高效減水劑相結合的方法，并且對顆粒級配進行科學優化，使得混凝土整體的密實度得到提升，讓混凝土結構投入使用過程中的耐久性得到有效強化。由于在機制砂中有石粉的使用，為了保證水泥與減水劑實際用量明確的過程中，機制砂的坍落度能夠滿足設計需求，施工人員應該按照天然砂混凝土用戶量對實際用水量進行控制，使后者大于前者。因為機制砂具有一定的粗糙性，需要適當增加砂率。

2.2? 水膠比的計算和確定

在保證水泥既定強度fce為52.5MPa，同時粗骨料得到明確，C50混凝土配置強度為fcu，0，具體值為59.9MPa，水膠比的獲得主要通過以下公式進行計算，如公式（1）所示：

因為《混凝土強度耐久性設計規范》（GB/T 50476—2008）中存在相應的規定，針對耐久性C50混凝土而言，其水膠比需要保證在0.36及以下，所以將此工程中公路高性能機制砂混凝土的水膠比定為0.36。通過與實際經驗的有機結合，需要保證C50混凝土的漿體體積在35%及以下，如果漿體的體積不符合相關規定要求，會導致拌合物的性能體現受到阻礙，但是如果存在漿體過大的情況，則會引發整體結構的收縮變形，對于混凝土的穩定性來說，是不利影響因素。為了滿足規定標準，需要將此工程項目中的混凝土漿體體積比例定為25%～30%。

2.3? 用水量和合理明確

通過對混凝土耐久性設計標準及基礎理論的分析和研究，耐久性C50高性能機制砂混凝土需要使用的膠凝材料實際用量為480kg/m3及以下。同時結合此工程項目的基本需求及實際情況，可以將膠凝材料的實際用量定為450kg/m3，與針對本工程明確的水膠比進行配合計算，可以對用水量進行確定，即450kg/m3×0.36=162kg/m3。

2.4? 砂率的合理明確

如果混凝土中的砂率增大，與其相對應的骨料表面積及實際空隙率必然會出現一定程度的提高，如果在此種情況下，泥漿的整體含量不發生變化，會使得混凝土的流動性逐漸變小。而如果砂率減小，則會帶來骨料之間砂漿層無法得到有效保證等問題，并且在以上因素的影響下，會讓混凝土的流動性降低。為了避免以上問題的出現，需要施工人員對砂率做好合理控制[3-4]。通過對相關的機制砂和天然砂配制試驗的分析，能夠得到39%為高性能機制砂混凝土最佳砂率，而35%為天然砂混凝土最佳砂率。在此基礎上，混凝土的坍落度達到峰值，即180mm及200mm，同時在砂率為39%的情況下，高性能機制砂混凝土擁有相對較好的性能。

2.5? 配合比設計工作的有效落實

通過對以上內容的全面分析，發現高性能機制砂混凝土的砂率及減水劑的使用量與天然砂比較相對較高，同時機制砂砂率為40%，而減水劑的用量為1.2%。為了讓配合比設計能夠更好地滿足實際需求及規定標準，需要施工人員合理控制氯離子及堿含量，同時加強對硅粉、粉煤灰及細礦砂的綜合考慮，從而讓混凝土的整體性能得到強化。其中，減水劑的實際用量需要通過分析膠凝材料與減水劑相應的相容性試驗結果確定，而其余材料的實際用量，則需要采用專業的體積法通過計算得到。對于此工程而言，將高性能機制砂混凝土的最終配合比定為225kg/m3的水泥與68kg/m3粉煤灰，而實際用水量為162 kg/m3，礦粉用量為162kg/m3、石為1076kg/m3，砂用量為721kg/m3，最后減水劑為5.6 kg/m3;針對天然砂高性能混凝土來說，水泥用量為225 kg/m3、砂為645 kg/m3，而水量為162 kg/m3、粉煤灰為68 kg/m3、石為1143 kg/m3，最后減水劑為4.5 kg/m3。

3? 加強高速公路施工中高性能機制砂混凝土應用過程中的質量控制

3.1? 充分滿足施工工藝要求

在開展高速公路工程施工作業過程中，對高性能機制砂高性能混凝土進行利用時，應該對水膠比進行合理控制，同時嚴格控制混凝土的水化熱，避免在混凝土結構內部因溫差較大出現質量問題。由于在機制砂中含有石粉，此類物質具備相對較強的吸附能力，對于減水劑的作用發揮產生不利影響，為了避免此類問題的出現，需要對規定的步驟做好分析，保證每項工作的落實都能符合相關要求。與此同時，通過施工人員需要對減水劑的使用過程中提高重視，防止其投入拌合機的過程中，損耗自身的各項性能。

3.2? 站在強度的角度做好提升工作

對于高速公路的質量保證而言，混凝土強度是關鍵性影響因素之一，同時也是開展工程質量控制工作的主要依據。針對不同齡期的高性能機制砂混凝土而言，通過對其整體強度的分析，可以明確無論何時，此種混凝土的實際強度均比天然砂要高，主要由于機制砂混凝土的表面相對較為粗糙，可以在實際應用過程中實現與水泥石的更強粘結，并且具有相對較低的表面孔隙率，使得整體的穩定性及可靠性得到提升。除此之外，天然砂的市場價格不斷發生變化，無法保持穩定狀態，使得工程施工成本在一定程度上有所增加，選擇機制砂具有更強的經濟性[5]。

3.3? 嚴格控制高性能機制砂混凝土應用過程中的收縮變形

高性能機制砂混凝土在使用過程中，即使沒有載荷的作用，也避免不了因不同因素的影響而出現的裂縫問題，如自收縮、塑性收縮及溫度收縮等。通過對相應的收縮試驗進行分析，并與天然砂進行橫向對比，發現機制砂混凝土在應用初期具有相對較大的收縮程度，但是在后期使用過程中，二者的收縮程度逐漸趨近。引發此種情況的主要原因是機制砂中的石粉成分具有加速水泥水化的作用，與此同時產生水化碳鋁酸鹽，使得機制砂混凝土在使用初期出現自收縮現象。但是在此公路工程中，采用的實際石粉含量為3.6%，對于混凝土的收縮而言，不會產生明顯影響。

3.4? 充分體現高性能機制砂混凝土的抗滲性能

高性能機制砂混凝土采用的水膠比相對較小，并且在配制過程中，適當添加礦渣及粉煤灰等礦物，能夠對混凝土的整體結構進行改善，如幾何形狀及孔徑分布等，在混凝土水化的過程中，存在的滲透通道會被生成的凝膠堵塞，使得混凝土結構在實際應用過程中的抗滲性能得到有效提高。在此項工程中，高性能機制砂混凝土的實際透水高度為23mm，與抗滲性試驗相比較而言，高于其19mm的標準，所以具備相對較強的抗滲性。

3.5? 全面發揮高性能機制砂混凝土的抗碳化性能

在水泥經過水化后，會有一定量的堿性物質產生，此種因素的影響下，決定了混凝土孔隙中的溶液整體呈堿性，從而在實際應用過程中，能夠有效保護鋼筋。但是一旦此類堿性物質與空氣中含有的CO2接觸，會導致整體的堿性降低，從而出現混凝土結構收縮以及鋼筋發生銹蝕的情況，以上現象稱為碳化反應。但是通過高性能機制砂混凝土的利用，可以讓混凝土的密實度得到強化，有效降低空氣中CO2進入混凝土結構中的概率，使得整體具備較強的抗碳化性能[6]。

3.6? 從機制砂的生產環節出發做好質量控制

為了保證機制砂的質量，需要提高對生產企業的監督和管理。機制砂生產企業需要增強內部員工的質量控制意識，從多個角度出發，如機制砂的級配及含粉量等，同時保證各生產環節符合相關標準，讓不同工作的落實更加規范化。高速公路工程建設單位可以通過全面的市場調查，了解優質的生產企業，并與其建立長期合作關系，讓機制砂的質量得到保證，同時更加符合自身的施工作業要求，從而使得高速公路的整體質量得到有效保證。

4? 結語

通過對高性能機制砂混凝土的研究和分析，得到在此工程中，機制砂的應用具有重要作用和意義。由于機制砂具有表面粗糙的特點，能夠在使用過程中與水泥產生更好的粘合作用，同時通過對石粉的合理利用，可以有效減少裂縫的發生。因為高性能機制砂混凝土與天然砂混凝土相比具有較高的密實度，可以在一定程度上阻止空氣中的CO2進入混凝土中，降低碳化反應的發生概率，從而讓高速公路擁有更強的承載能力，促進公路事業的穩定發展。

參考文獻

[1]馬相明，張蕾. 高速公路施工中高性能機制砂混凝土的應用研究[J]. 公路工程，2017，42（5）：149-153，238.

[2]陳起群. 高性能機制砂混凝土的配制及性能試驗分析[J]. 廣東建材，2021，37（9）：11-13，41.

[3]湯志為. 纖維自密實路面混凝土組成設計與性能研究[D].西安：長安大學，2019.

[4]伍秋紅. 混凝土結構控裂技術研究[D].廣州：廣州大學，2020.

[5]張永明. 試析高性能機制砂混凝土的性能及應用技術[J]. 建筑與裝飾，2019（6）：197.

[6]王勇. C100機制砂超高強高性能混凝土隧道襯砌管片的研制[J]. 新型建筑材料，2021，48（2）：62-65.

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