高速公路高性能混凝土強度試驗分析

摘要：以實際高速公路工程為例，對工程中高性能混凝土的強度進行試驗分析。通過設計高性能混凝土配合比、試件制作及試驗方法的確定，研究礦物摻合料含量、養護溫度、加入的骨料類型和養護劑的摻入量，對高性能混凝土強度的具體影響。試驗結果顯示：摻合料的含量越高，混凝土強度越高。最利于增強混凝土強度的溫度大約為50℃。細骨料比粗骨料能促進混凝土強度的增強。當SPA摻量低于0.25%時，利于混凝土強度發展；當SPA摻量高于0.25%時，不利于混凝土強度發展。

關鍵詞：高速公路；高性能；混凝土；強度試驗

0" "引言

混凝土由于具備原材料制作方便、施工工藝簡單、成本較低等優勢，被廣泛應用于大型工程建設中。在高速公路工程中，主要以高性能混凝土為建筑材料，但由于其存在耐久性較差、水灰比不穩定、內部具有較多孔隙等缺陷，使得在工程中的使用受到諸多限制[1]。基于此，有必要在真正施工前，對工程中混凝土的抗壓強度進行預先試驗，以提高混凝土的耐用性能，延長其使用年限。

本文結合實際高速公路工程，根據工程設計要求，對試驗進行設計，通過配比混凝土材料，制作試驗用試件，并采用壓力試驗機對其進行抗壓強度試驗，分析外摻料、養護溫度、骨料種類和SPA摻量對混凝土強度的具體影響，以期為高性能混凝土在建筑工程中的應用打下基礎。

1" "工程概況

某高速公路的起點為K1+423，終點為K2+520.6，路線總長為75.63km，設計最大時速為150km/h，平均時速為78km/h。起訖點分別為四車道與六車道。該高速公路的路面均采用混凝土材料，混凝土施工工作量為12056m3。

為保證該高速公路建設完畢后，其雙向通道能夠同時容納8車，需對該工程路面進行拓寬施工，預計拓寬寬度為12m。為保證后續施工中投入使用的混凝土質量符合工程要求，對高性能混凝土所需原材料進行合理配比，并對其抗壓強度進行試驗，根據試驗結果選用符合工程要求的高性能混凝土，以提高高速公路工程的施工質量。

2" "試驗設計

2.1" " 高性能混凝土配合比設計

當前，配制高性能混凝土的主要原材料為水泥、外加劑及其他外摻料，但經試驗表明，其成型效果欠佳。故本研究將化學性質較為穩定的復合摻合料代替水泥，并結合其他基礎用料完成高性能混凝土的制備。

復合摻合料的主要成分包括粉煤灰、超細礦粉等多種活性較高的礦物摻料[2]。其中每種材料均具備較強的激發性，因此可省略雙摻配制這一過程。這不僅便于實際工程直接應用，同時能夠將混凝土的耐用性能充分發揮，在一定程度上提高了混凝土軸心的抗壓強度。

本研究中配制混凝土的砂漿選用河中砂，其中最大粒徑不超過15mm；減水劑為HJSX-A的聚羧酸系的高性能減水劑，其的穩定性可滿足高速公路的路段施工要求；早強劑為堿金屬鹽；緩凝劑為無機酸。確定配合比如表1所示。

另外在混凝土配比中適當加入強度等級為52.3MPa以上的膠凝材料，以保證配制完畢的混凝土的坍落度不大于200mm。同時，選用SH250QJ80型高壓泵，用于將混合液送入自動攪拌機中[3]。入泵時的混凝土坍落度同樣不超過200mm。這樣一來，配制出的混凝土流動性更強。

2.2" " 試件制作

為研究不同因素對高性能混凝土強度的影響，本次試驗共對每種混凝土配合比設計3個100mm×100mm×300mm的棱柱體試件用于強度試驗。試件制作過程如下：

將中砂、硅灰、摻合料、超細礦粉等所有干料同時倒入攪拌桶中，并緩慢加入純凈水，先人工攪拌5min。將60%的減水劑與30%緩凝劑加入水中攪拌均勻，之后倒入攪拌桶中，使其與原先的混合液混合均勻。將混合液利用高壓泵泵送至攪拌機中，啟動攪拌機，攪拌5min。當膠凝材料變成流動性較強的稀釋液體時，加入40%的速凝劑，并將剩余減水劑全部倒入混合物中，直到達到較好的流動性。

攪拌完畢后，將混凝土裝入混凝土試模中，在試驗室振動臺上振動20s后將試模表面抹平，并將多余混凝土利用刮刀剔除[4]。隨后再次振動30s，靜置10min，在試模頂部覆蓋一層保鮮膜。將試驗室溫度調高至30℃，對混凝土進行自然養護48h后脫模。利用上述方法制作若干個試驗用試件，并對其進行編號。

2.3" " 試驗方法

試驗中對混凝土進行強度試驗的規范參照相關標準進行。主要試驗儀器為5000kN的伺服壓力試驗機，其最大加載速率為2.2MPa/s，最大加載力為4500kN。

在正式試驗前，為保證試驗安全性，先對試驗機進行預壓，預壓加載力控制為實際加載力的30%，以8kN/s的加載力對其進行3～4次加壓與卸壓后，記錄位移傳感器的讀數，之后特征傳感器位置，將其讀數控制在2mm范圍內[5]。正式加載時，采用彈性控制方式，加載速率為0.002mm/s，直到試件被破壞或水平位移超過4.5mm時停止加載，并記錄試驗結果。

3" "試驗結果分析

3.1" " 外摻料對高性能混凝土強度影響分析

本試驗中的試件膠凝材料、減水劑與砂率含量均相同。為避免其他條件對此次試驗結果的影響，試件中均不含有骨料，且外加劑含量為膠凝用量的2.3%。另外，由于外摻料會增大用水量，因此根據外摻料用量適當提高外加劑用量[6]。摻合料成分包括超細礦粉、硅灰、粉煤灰。

通過調整速凝劑質量控制混凝土的流動性，并且坍落度為100mm。分別對試件A1至A3添加0%、40%、70%和100%的礦物摻料，比較試件的強度變化。試驗結果如圖1所示。

如圖1所示，當混凝土配比中的礦物摻合料含量逐漸升高時，混凝土強度也隨之增大。但前期影響不明顯，當摻合料含量達到70%時，混凝土強度出現大幅度提升。這是由于外摻料中粉煤灰的具有較強揮發性的物理性質和集料性的化學性質，將其混入混凝土中后，會使混凝土具有良好的延展性。同時，粉煤灰的活性效應能夠極大促進混凝土后期的強度發展。除此之外，外摻料能夠改變混凝土的微觀結構，降低混凝土內部存在的孔隙孔徑，強化混凝土的集料界面，進而提高混凝土的強度。

3.2" " 養護溫度對混凝土強度影響分析

本試驗選取A6混凝土試件進行研究。試驗中的養護條件為標準條件養護，分別記錄在系統養護齡期、不同溫度條件下的混凝土強度，試驗結果如表2所示。

從表2可知，對成型后的混凝土進行不同溫度的養護，溫度越高，混凝土強度越高。但齡期為28d時，50℃條件下的混凝土強度最高，為59.8MPa。養護齡期小于7d時，混凝土的早期強度較高。當超過7d后，混凝土的強度增長程度不明顯。隨著養護時間的增加，混凝土成型后的溫度越低，其強度越高[7]。由此可以說明，在30～0℃下，混凝土的早期強度要快于后期，但60℃之后的強度明顯低于40～50℃之間的強度。因此，說明該試驗中50℃左右的養護溫度最適宜混凝土的強度發展。

3.3" " 骨料種類對高性能混凝土強度影響分析

本試驗分別在A1至A3試件中加入可再生粗骨料與細骨料，比較工程養護下30d后的混凝土試件的強度，試驗結果如表3所示。

試驗結果表明：用再生粗骨料代替天然骨料，高性能混凝上的強度值有一定提升；而再生細骨料含量加大時，混凝上的強度則表現出更大的增長幅度。試驗結果較好地反映了再生骨料對混凝上強度影響規律性的一面。混凝土是由三相復合而成的材料，即骨料、水泥石與界面過渡層。當骨料含量遠高于水泥石含量時，混凝土強度主要由界面強度和水泥石強度支配，而當骨料含量不足或與水泥石的含量較接近時則會給混凝上強度帶來不利影響。

3.4" " 養護劑摻量對混凝土強度影響分析

本次試驗中的試件選取A1試件進行。其中水膠比為0.32，將含水量為35%的SPA材料按照水膠比的0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%摻入，按照C57規范，對混凝土試件進行處理。SPA摻量對混凝土強度的影響結果如圖2所示。

分析圖2可知，隨著SPA摻入量的提高，混凝土強度變化呈現上凸形，混凝土強度的變化趨勢為先升高再降低。分析認為，由于SPA的加入，混凝土的內部水環境被破壞，使得混凝土的含水量降低。而混凝土的養護濕度越低，其強度越高。而當SPA摻入量超過0.25%時，混凝土內部含水量達到穩態，導致其強度降低。因此，對于本試驗而言，0.25%的SPA摻入量是混凝土強度變化的分界點，SPA摻入量在0.25%以內，會促進混凝土強度增強，摻入量大于0.25%，對混凝土強度增強起阻礙作用。

4" "結論

本文通過改變高性能混凝土的外摻料含量、養護溫度、骨料種類及SPA摻量來分析混凝土的強度變化，經過實驗得出以下結論：外摻料對混凝土強度起促進作用；最利于混凝土強度增強的溫度大約為50℃；相比于粗骨料，細骨料更加能提高混凝土強度；SPA摻量在0.25%以內時，混凝土的強度增加，SAP摻入量大于0.25%時，混凝土強度降低。

5" "結語

本文以高速公路工程為研究背景，以高性能混凝土為研究對象，考察混凝土強度隨外摻料含量、養護溫度、骨料類型和養護劑SPA含量四個因素的變化情況。根據試驗結果，可通過有效控制上述影響指標，優化其耐用性能，保證高性能混凝土強度符合工程設計要求。

參考文獻

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