高速公路隧道水泥砼路面混凝土配合比試驗研究

摘 要：依托工程實例進行了高速公路隧道水泥砼路面混凝土配合比試驗研究，根據初選的五組礦料級配，通過強度和孔隙率試驗初步優選出一組最佳級配2#-2，并得出水灰比為0.27，灰集比為0.25。

關鍵詞：孔隙率；配合比；成型方法

近年來，隨著我國高等級公路建設的迅猛發展，隨著開發西部戰略的不斷實施，山區修建公路已經越來越普遍，尤其是隧道建設的規模也越來越大。隧道路面相對于一般公路路段而言有其特殊的工作環境。水泥混凝土路面強度大，承載能力強，水穩定性好，具有有利于照明的淺亮色澤，不易燃且對空氣污染小，故為隧道路面特別是長大隧道內等特殊路段的路面設計廣泛采用。本文依托X高速公路隧道工程某路面標，針對多孔水泥混凝土配合比組成設計方法展開試驗研究。

1 工程背景

X高速公路隧道施工項目共有兩座隧道，分別為潼湖隧道（左幅K13+030～K13+910、右幅12+962～K13+920）、水澗山隧道（左幅K29+471～K32+400、右幅K29+495～K32+401），隧道單洞長7673m，隧道路面設計為15cmC25砼（抗彎拉強度不小于1.8Mpa+30cmC40砼（抗彎拉強度不小于5.0Mpa）。工程數量為：潼湖隧道C25砼：3328.65m3；C40砼：8487.3m3；水澗山隧道：C25砼：10292.325m3；C40砼：21508.801m3；共計：C25砼：13620.975m3，C40砼：29996.101m3。隧道路面寬度為：11.25米。

2 配合比設計試驗

2.1礦料級配

（1）初選級配

試驗中根據兩檔玄武巖所占比例的不同，初選五組礦料級配，分別配制成多孔水泥混凝土試件，以考察級配對多孔混凝土強度及其孔隙率的影響。

（2）強度

多孔水泥混凝土試件成型采用振動壓實法，試模尺寸為300mm×300mm×100mm。混凝土拌合后分兩層裝入試模，每層插搗次數不少于60 次；然后，將其置于混凝土振動臺上振動三次（每次振動時間分別為 10s、20s 和 5s），在后兩次振動過程中，試件上擱置重為 50N 的平板（平板底面尺寸約為 300mm×300mm），以保證試模中的混凝土拌合料表面均勻平整。振動后，將試件置于輪碾機上碾壓成型，試件碾壓次數為雙向各6次。成型后的試件養護7d 后，切割成小梁試件（100mm×100mm×300mm）和立方體試件（100mm×100mm×100mm），分別用于測定抗折強度、抗壓強度及孔隙率。

依據強度指標，初步選出級配 1#-1、2#-1 和 2#-2 這三組強度較好的級配，在測定各組多孔混凝土的孔隙率指標后，經綜合考慮選出最佳級配。

（3）孔隙率

各初選級配的多孔水泥混凝土實測孔隙率測試結果見表2。

表1 不同級配多孔水泥混凝土的實測孔隙率平均值

級配

1#-1

2#-1

2#-2

2#-3

3#-1

實測孔隙率平均值（%）

22.30

22.74

21.98

23.84

24.07

測定有效孔隙率時，試驗中采用每組 3 塊 100mm×100mm×100mm 的立方體小試件。有效孔隙率平均值的測試結果見表 3。

表2不同級配多孔水泥混凝土的有效孔隙率

級配

1#-1

2#-1

2#-2

2#-3

3#-1

實測孔隙率平均值（%）

15.94

17.74

17.83

19.54

25.84

在得出實測孔隙率和有效空隙率的測試結果后，以 10-15mm 集料所占比例為橫坐標，以孔隙率為縱坐標，可以得到多孔水泥混凝土的孔隙率指標隨級配改變而變化的關系曲線（圖 1），從圖中可以很直觀的看出各孔隙率指標隨級配變化的分布情況。

圖1 多孔水泥混凝土級配與孔隙率關系曲線

2.2水灰比

為了解水泥漿裹覆試驗的復現性，使用兩種不同品牌的普通硅酸鹽（P.O 42.5）水泥，進行兩次平行試驗，對所得結果加以分析比較。

水灰比的大小決定了水泥漿體的流動性，決定著水泥漿是否能均勻地包裹在集料表面，從而影響混凝土的強度和孔隙率。實驗結果顯示當水灰比為 0.27 時，多孔混凝土試件的強度最大，此時在多孔混凝土粗集料表面包裹了一層薄而均勻的膠結層，集料之間通過膠結層充分連接，形了比較理想的骨架結構形式。當水灰比超過 0.27 時，多孔混凝土抗壓和抗折強度均降低，這主要是由于水泥漿體流動性增加，漿體逐漸積聚于試件下部，上部漿體變得稀薄，混凝土試件上下部密實程度不同、孔隙分布也不相同。水灰比在 0.25～0.29 之間變化時，多孔混凝土的孔隙率變化不大，在 22%左右。根據強度和孔隙率數據可確定試驗的最佳水灰比為 0.27。

2.3灰集比

試驗結果表明：隨著灰集比的增大，多孔混凝土試件的抗壓、抗折強度逐漸增大，灰集比為 0.25 時的抗折強度比 0.23 時提高 23%，抗壓強度比灰集比為 0.23 時提高 37%；試件孔隙率隨灰集比的增大而逐漸減小，灰集比在 0.25和 0.27 時，孔隙率的差別顯著。這是因為灰集比的大小決定了水泥漿體的多少。當灰集比較小時，水泥漿不足以完全裹覆集料表面以形成足夠厚度的膠結層，故試件強度偏低，且孔隙率大；隨著灰集比的增加，水泥漿不僅能充分裹覆集料表面，還填充了顆粒間的部分空隙，使混凝土試件越來越密實，故其強度增大、孔隙率減小。綜合考慮多孔水泥混凝土的強度、孔隙率指標和拌合物狀態，確定最佳灰集比為 0.25。

3 結果分析

（1）試驗中根據兩檔玄武巖所占比例的不同，初選了五組礦料級配，并根據以往經驗初定水灰比為 0.27，灰集比為 0.25。依據強度指標，初步選出級配 1#-1、2#-1 和 2#-2作為比較理想的級配；

（2）其中級配 2#-2 的實測孔隙率最小；有效孔隙率較大，利于排水，且該級配多孔混凝土的抗壓強度最高，可初步確定為一種最佳級配。

（3）采用與選擇最佳水灰比相同的試驗方式來確定最佳灰集比。通過水泥漿裹覆試驗，進行多孔水泥混凝土強度與孔隙率測定，最終優選出最佳灰集比為 0.25。并提出了三種多孔混凝土室內成型方法，推薦采用振動—碾壓成型方法，成型時的碾壓次數可控制在雙向各 6 次。

參考文獻

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