高速公路預應力混凝土水泥等級優選方法

王志明

摘要：作為混凝土強度最直接的影響因素，水泥在混凝土中的作用至關重要。如今，高速公路的質量的不斷提高對其瀝青材料預應力混凝土的強度等級要求也逐漸嚴苛。然而，高強度的混凝土同樣會面臨原材料浪費、結構裂縫、耐久性下降等問題。因此，研究不同水泥強度對混凝土綜合性能的影響，對高速公路瀝青材料預應力混凝土水泥等級進行優選才能在滿足強度設計要求的同時獲得更好的耐久性。鑒于此，本文結合六賓高速公路現場情況，通過試驗研究P.O 42.5與P.O 52.5這兩種強度等級的水泥對混凝土工作性能、力學性能、耐久性能的影響，以期為混凝土水泥等級選優提供借鑒。

關鍵詞：高速公路 混凝土 水泥 性能

Abstract： As the most direct influencing factor of concrete strength， cement plays an important role in concrete. Nowadays， the continuous improvement of the quality of the highway and the strength grade requirements of its asphalt material prestressed concrete are also gradually strict. However， high-strength concrete will also face raw material waste， structural cracks， durability decline， and other problems. Therefore， studying the influence of different cement strength on the comprehensive performance of concrete and optimizing the cement grade of expressway asphalt prestressed concrete can not only meet the strength design requirements， but also obtain better durability. In view of this， combined with the field situation of Liubin Expressway， this paper studies the influence of two strength grades of cement P.O 42.5 and P.O 52.5 on the working performance， mechanical performance and durability of concrete， in order to provide reference for the optimization of concrete cement grade.

Key Words： Highway; Concrete; Cement; Performance

1 原材料選擇

在混凝土試驗中，使用A公司生產的P.O 42.5與P.O 52.5水泥，經過試驗分析，可以認定兩種水泥均符合《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）的要求，具體的物理指標以及力學性能如表1所示。

本文的其余配料均符合標準，即粗集料以及細料集檢測指標符合《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T 3650-2020）的要求，拌和用水滿足《混凝土用水標準》（JGJ63-2006）的要求[1]，外加劑指標滿足《公路工程聚羧酸系高性能減水劑》（JT/T769-2009）的要求。

2 試驗方法

2.1混凝土配合比

根據《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2011）、高速公路C50混凝土常用配合比統計信息以及高速公路工程性能基本要求等[2-3]，本試驗采用體積法進行配合比的初步計算，在進行試拌后確定配合比，然后通過混凝土3d、7d抗壓強度試驗來確定基準配合比，最終的基準配合比為水泥：水：砂：粗料集=499∶165∶763∶1129。根據基準配合比，結合水泥等級優選試驗，初步得到3種配合比混凝土，其中Ⅰ號、Ⅱ號分別為P.O 52.5與P.O 42.5按照基準配合比配置而成的混凝土，Ⅲ號為P.O 42.5水泥按照優化配合比配制而成，詳細配合比如表2所示。

2.2試驗樣本尺寸參數

按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》（JTG 3420-2020）的要求，本研究的抗壓強度試驗采用150mm×150mm×150mm的立方體，軸心抗壓及彈性模量試驗采用150mm×150mm×300mm的棱柱體，電通量試驗采用直徑為100mm，高度為50mm的圓柱體。

3 不同等級水泥混凝土基本性能分析

本研究對比分析了Ⅰ號、Ⅱ號、Ⅲ號混凝土的工作性能、力學性能以及耐久性能，對比結果如下。

3.1工作性能對比

不同混凝土工作性能對比如表3所示。

根據表3可以看出，3種混凝土的坍落度相近，均在190～210之間，然而，Ⅱ號混凝土在外加劑摻量為1.3%的時候就已經能夠達到坍落度的要求，而Ⅰ號混凝土需要外加劑的摻量比Ⅱ號多0.2%，且摻量的增加會導致含氣量的提高。Ⅲ號混凝土的摻量也比Ⅱ號高0.2%，但Ⅲ號混凝土的棍度、含砂率、保水性相對較好。

3.2力學性能對比

本研究的力學性能對比主要通過抗壓強度、彈性模量、抗壓強度增長率以及彈性模量增長率來分別進行[4]，4個性能參數的對比結果如圖1所示。

從圖1中可以看出，Ⅰ號混凝土3d強度就已經達到了T梁預應力等級的90%（45MPa），而Ⅱ號混凝土7d才能達到該強度，相差近4d的時間，然而，經過P.O 42.5配合比優化后（Ⅲ號），早期強度得到明顯改善;Ⅰ號混凝土3d彈性模量達到設計標準的80%（34.5GPa），同樣比Ⅱ號提前4d，而配合比優化后的Ⅲ號混凝土彈性模量得到明顯改善。

進一步分析增長率，可以看出配合比優化前后，P.O 42.5混凝土的早期增長率差異不大，然而，其28d的增長率得到明顯改善，原因在于P.O 52.5的更細的顆粒能夠提高體系之間的粘度，更加有助于水泥顆粒的團聚，進而阻礙拌合水的擴散，使得其早起的增長率相對較高。

3.3耐久性能對比

本研究的耐久性能通過抗氯離子滲透能力試驗來進行對比[5]，3種混凝土的耐久性能對比如圖2所示。

從圖2中可以看出，3種混凝土的電通量Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，電通量越大說明其抗氯離子滲透能力越差，因此可以看出經過配合比優化后，混凝土的耐久性得到明顯提高，為其帶來了更好的長期性能，這與P.O 52.5較大的細度有關，較大的細度會帶來更完全的水化效果，凝膠產生量增大，收縮增加從而出現更大的裂縫，從而降低其耐久性能[6]。

4 結語

通過本文的研究可以看出，經過配合比優化后，混凝土能夠得到更好的工作性能、力學性能以及耐久性能，在優化配合比配置后，P.O 42.5水泥配置成的混凝土的抗壓強度和彈性模量能夠得到明顯提高，相對于P.O 52.5水泥，其28d增長率更大，后期獲得了更大的強度增長。與此同時，在配合比優化后，P.O 42.5水泥的耐久性得到了明顯改善。

參考文獻

[1]范天奇.公路路面水泥混凝土配合比設計探討[J].智能城市，2019，5（24）：140-141.

[2]高楠，高杰，胡鑫磊，等.基于正交試驗的UHTCC配合比設計[J].混凝土，2019，19（6）：55-60.

[3]胡亞飛，韓斌，姚松，等.配合比對濕噴混凝土工作特性影響的實驗研究[J].礦業研究與開發，2019（2）：77-81.

[4]孫芹蘭，周正華.水泥混凝土路面力學特性分析[J].公路，2019，64（10）：58-63.

[5]王克錦.水泥混凝土路面在不同工況下的疲勞壽命預估研究[J].公路工程，2019，44（6）：261-265.

[6]楊幼江，薛維龍，蔣玉龍，等.透水水泥混凝土配合比設計與技術性能研究[J].公路交通技術，2020，36（2）：31-37.

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