公路橋梁施工中機制砂石粉含量對混凝土性能影響

張君瑞，羅立平

(浙江交投礦業有限公司，浙江 舟山 316000)

1 實驗準備

選擇實驗所需材料分別為：二級標準的粉煤灰在100%自來水用量下燒失量為6.4%；水泥為拉法基P/O.I35.36型號，抗壓強度分別為3 d下26.4 MPa，26 d下49.6 MPa；機制砂為石灰巖質地，碎石粒徑在5～30 mm范圍；石粉成分與機制砂一致，在機制砂生產過程中風化所致；外加膠劑為聚羧酸減水劑。

引入顆粒厚度方向的形狀特征表征機制砂、河砂的外形特征，并與標準砂粒型系數進行對照；利用不同粒型系數的機制砂、河砂配制C35～C60建筑混凝土，探究不同粒型參數表征方式的準確性以及不同粒型參數對混凝土工作性能及力學性能的影響規律。通過水洗摻石方法選擇實際施工的公路橋梁路段，以全程1 200 km路段為測試對象，將制備的混凝土樣本進行等量分配，保證不同比重樣本份額不少于3份。按照5%、10%、15%、20%和25%調整機制砂中石粉含量配比，調整混凝土基準用水摻加量，具體配比如表1所示。

表1 混凝土樣本基準配比

根據表中內容所示，在按照DB45/T的混凝土攪拌技術規程進行配合比例設計，主要對不同機制砂石石粉含量，對混凝土性能進行測試分析。

測試過程分為兩部分：一是實用性測試，即對制備好的樣本進行質量測試，證明不同比例的摻加量是否能夠滿足施工標準；二在具備施工基礎條件下，分別驗證不同比例摻加量對混凝土性能的影響。測試標準選擇普通混凝土力學實驗方法進行測試，對相關評價指標進行設定，計算各制備樣品的力學性能數值變化。

2 實驗過程

2.1 公路橋梁施工中混凝土性能評價指標選擇

不同橋梁工程內土質地基和施工環境都會對混凝土的制備質量產生影響，根據機制砂的制備工藝，在配置混凝土過程中離析滲水的情況較為嚴重，后期混凝土的凝固時間會逐漸增加，在較寒冷的地區會出現凍裂狀態。由此在實際公路橋梁施工中，需要選擇對建筑要求影響較大的因素作為評價指標，能夠在一定標準上完成對混凝土的主要性能分析，使其在工程施工中具備一定標準。

大多數工程案例中對機制砂石的配級標準設定，只能滿足球形顆粒形態，需要調整混凝土制備細集料配比。超高泵送混凝土要求具有良好的流動性，配合比按照JGJ/T 283《自密實混凝土應用技術規程》進行設計，機制砂質量主要與石粉含量有關，其會對混凝土的工作性能和強度產生影響。按照此規范，配制混凝土性能較差，對此次調整后的配比情況進行分析。良好的配級標準是在不改變用水量的情況下，對石粉含量進行上下調整，為保證橋梁的使用年限，此次以抗壓強度和抗凍性能作為測試指標，在此基礎上利用彈性理論構建參數性能分析模型，分別對兩個指標的表達數值進行計算。

2.2 基于彈性理論構建參數性能分析模型

在分析模型內設置兩組測試模塊，分別對應抗壓強度和抗凍性能。其中，抗壓強度按照立體制備標準進行測試，即在制備完成樣本后，按標準設定將其分割成200 mm×200 mm×200 mm的立方體，以標準的養護條件，在對應養護周期下進行強度測試，獲取制備樣品的抗壓強度值，表達式為

式中：為測試混凝土的樣本立體抗壓強度，MPa；為混凝土的極限承載負荷，N；為樣本的單位承壓面積，mm。制備樣品的立體抗壓強度可以作為施工質量標準，具體是在多個樣品數量的份額分類中，按照樣本的最大強度與最小強度差值與平均值的對比，在施工生產標準限定基礎上，不超過15%即可投入施工。

將混凝土樣本在標準養護30 d后，置于烘箱內進行烘干，其內烘時間不低于12 h，再將混凝土樣本放入冷凍箱內進行循環冷凍，觀察循環后抗壓強度的變化。以前后抗壓強度損失的對比率，直接作為抗凍性能評價標準。將抗壓強度變化作為抗凍性能測試標準，抗壓強度值損失百分比越小，證明其抗凍效性能越好，損失比率計算方法為：冷凍前后的混凝土樣本抗壓強度差值，與原有樣本抗壓強度的比值，表達式為

(2)

式中：為冷凍前混凝土樣本的抗壓強度值；冷凍后的抗壓強度值；損失比率。施工工程評定抗凍性能標準為抗壓強度損失不大于20%即可。在采用相同配置方式和養護工藝的技術下，分別對公路橋梁施工中需求進行分析，得出機制砂中石粉含量對混凝土性能的影響。

3 實驗結果分析

為驗證此次設計的配比方法具有實際應用效果，能夠對實際施工的公路橋梁質量有所保證，對制備完成的混凝土樣本進行測試，分別對五種摻加量比重進行性能分析。為保證實驗的可行性，實驗中將配比后的混凝土用于某地一正在施工的橋梁為實驗對象，該施工橋梁全長800 m，以該橋梁的橋墩為主要研究對象，該橋墩高程為449.23 m。為保證實驗環境穩定，將橋梁施工的路段參數導入至MATLAB測試平臺中，對制備的樣本進行分類，具體測試數量如表2所示。

表2 制備樣本等量分配占比(份)

根據表中內容所示，為保證樣本混凝土性能測試的準確性，對制備的混凝土樣本進行比例分配，以抗壓強度和抗凍性能為指標進行測試，機制砂圓度隨著顆粒粒徑的增加而增加，說明顆粒尺寸越小，顆粒越不規則。而河砂因為流水的沖擊和摩擦，表面棱角較少，故在各個圓度在各個顆粒尺寸上分布均勻；標準砂各粒徑圓度最大。

對分配好的樣本進行對比，以立體抗壓強度為質量標準，需保持在65～75 MPa范圍以上，為多一些數據樣本支撐，將每組樣本按3個為一組進行代表測試，每組測試的平均值作為強度代表，具體如圖1所示。

圖1 不同砂石粉配比下施工質量對比

根據實驗結果所示，機制砂石粉摻加量為5%和10%時，不足以達到抗壓標準與之相差較遠，無法滿足公路橋梁的施工質量。

而其余三種配比樣本能夠滿足抗壓強度標準，可以保證混凝土的質量標準符合施工條件。其中，當摻加量為15%時，其抗壓強度最高，遠超過施工標準，在逐漸增加砂石粉配比后抗壓強度呈現減少趨勢，但仍可以滿足施工質量標準。

在此基礎上對混凝土樣本的抗凍性能進行測試，直接以符合質量標準的配比進行測試，從每組中選擇最佳強度進行對比。

以每8 h為循環周期，在將每組樣本放入至冷凍箱內，調節溫度降至零下20 ℃下，按照20次為一個循環個時間節點，共進行140次反復冷凍。分別對每次拿出的樣本混凝土進行抗壓強度損失統計，具體結果如表3所示。

表3 混凝土樣本抗壓強度損失%

根據表3中內容所示，在每一個冷凍循環間隔后，不同配比的混凝土樣本抗壓強度損失不同，其中，在15%摻加量的配比下損失率較小，表示抗壓強度沒有發生較大改變，滿足混凝土的抗凍性能。而當摻加量增加到20%和25%時，損失率逐漸增加，表示抗壓強度數值越來越少，抗凍性能會逐漸降低。

綜合實驗結果可知：當機制砂石粉含量在15%配比時，能夠保持混凝土的抗壓強度和抗凍性能良好，隨之配比的摻加量增加，兩個指標會隨之下降，但也可滿足施工標準，需要根據實際施工情況而定。

4 結束語

本文在選擇不同配比含量的基礎上，制備混凝土實驗樣本，對影響混凝土施工性能的指標進行設定，通過參數分析模型計算對比結果。實驗結果表明：當機制砂中石粉的摻加量為15%時，混凝土樣本具有較高抗壓抗凍性能，機制摻加量超過15%，兩種指標性能均呈現降低趨勢，具體公路橋梁施工需要根據實際情況而定。