公路高性能混凝土配制及施工關(guān)鍵技術(shù)研究

王 淇,堯 琛

（江西贛東路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,江西 撫州 344000）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)公路建設(shè)事業(yè)快速發(fā)展，而普通水泥由于強(qiáng)度較小耐久性差、抗折強(qiáng)度較小等缺點(diǎn)，導(dǎo)致水泥路面出現(xiàn)裂縫、開(kāi)裂等較多病害，目前普通水泥作為建筑材料難以滿足公路建設(shè)的要求。高性能混凝土具有耐久性高、工作性強(qiáng)、適用性廣、強(qiáng)度高、體積穩(wěn)定以及經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)，但在我國(guó)高性能混凝土研究較晚，很多技術(shù)還不成熟。該文依托工程實(shí)踐，在試驗(yàn)室內(nèi)制備立方體試件進(jìn)行抗壓和劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，研究不同水泥標(biāo)號(hào)水泥、粉煤灰用量和礦粉用量對(duì)水泥混凝土性能的影響，對(duì)推動(dòng)我國(guó)高性能混凝土事業(yè)發(fā)展具有重要意義[1]。

1 原材料

1.1 水泥

采用某公司生產(chǎn)的普通42.5號(hào)硅酸鹽水泥和普通52.5號(hào)硅酸鹽水泥，并在試驗(yàn)室對(duì)所用水泥化學(xué)成分和基本性能進(jìn)行檢測(cè)，所用水泥各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足規(guī)范（GB 175—2007）要求。

1.2 粉煤灰

采用某工廠制備的F類Ⅰ級(jí)粉煤灰，并在試驗(yàn)室對(duì)F類Ⅰ級(jí)粉煤灰化學(xué)成分和基本性能進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1和表2所示，F(xiàn)類Ⅰ級(jí)粉煤灰各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足規(guī)范（GB/T 1596—2005）要求。

表1 F類Ⅰ級(jí)粉煤灰化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果表（wt%）

表2 F類Ⅰ級(jí)粉煤灰各項(xiàng)性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果表

1.3 礦粉

礦粉可以代替部分水泥摻加量，由于礦粉成本較低、容易獲取，可以降低工程成本，還具有環(huán)保作用。故該文采用某公司生產(chǎn)的S92級(jí)礦粉，并在試驗(yàn)室對(duì)S92級(jí)礦粉化學(xué)成分和基本性能進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表3和表4所示，S92級(jí)礦粉各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足規(guī)范（GB/T 18046—2008）要求。

表3 S92級(jí)礦粉化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果表（wt%）

表4 S92級(jí)礦粉各項(xiàng)性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果表

2 室內(nèi)試驗(yàn)

2.1 力學(xué)試驗(yàn)

采用混凝土立方抗壓、劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的立方體水泥試件，儀器采用TYE-3000型壓力試驗(yàn)機(jī)，抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)連續(xù)均勻地加荷，42.5號(hào)硅酸鹽水泥試件加荷速度為0.4 MPa/s，52.5號(hào)硅酸鹽水泥試件加荷速度為0.6 MPa/s[2]，混凝土立方體抗壓強(qiáng)度按下式計(jì)算：

式中：fα——混凝土立方體抗壓強(qiáng)度（MPa）；

F——試件破壞時(shí)的荷載（N）；

A——試件接觸面積（mm2）。

劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)連續(xù)均勻地加荷，42.5號(hào)硅酸鹽水泥試件加荷速度為0.06 MPa/s，52.5號(hào)硅酸鹽水泥試件加荷速度為0.09 MPa/s，混凝土立方體劈裂抗拉強(qiáng)度按下式計(jì)算：

式中：fβ——混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度（MPa）；

F——試件破壞時(shí)的荷載（N）；

A——試件接觸面積（mm2）。

2.2 配比設(shè)計(jì)

為研究42.5號(hào)硅酸鹽水泥和52.5號(hào)硅酸鹽水泥配合比設(shè)計(jì)對(duì)水泥抗壓、劈裂抗拉強(qiáng)度的影響，該文采用不同粉煤灰與礦粉摻量制備高性能水泥混凝土立方體試件，檢測(cè)其抗壓和劈裂強(qiáng)度。試驗(yàn)配合比方案如表5所示。

表5 試驗(yàn)配合比方案表

由表5可知，12組高性能水泥混凝土立方體試件水泥含量控制在1 200 kg/m3、用水量控制在150 kg/m3、碎石用量控制在1 200 kg/m3、砂石用量控制在780 kg/m3，僅改變水泥編號(hào)、粉煤灰用量和礦粉用量制備立方體試件進(jìn)行試驗(yàn)。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

硅酸鹽水泥標(biāo)號(hào)為42.5的試件為A組，硅酸鹽水泥標(biāo)號(hào)為52.5的試件為B組，對(duì)A、B組6個(gè)立方體試件進(jìn)行抗壓、劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。水泥標(biāo)號(hào)、粉煤灰用量和礦粉用量與抗壓、劈裂抗拉強(qiáng)度關(guān)系如圖1和圖2所示。

圖1 水泥標(biāo)號(hào)、粉煤灰用量與抗壓、劈裂抗拉強(qiáng)度關(guān)系圖

圖2 水泥標(biāo)號(hào)、粉煤灰用量與抗壓、劈裂抗拉強(qiáng)度關(guān)系圖

表6 抗壓、劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由圖可知，試件抗壓、劈裂抗拉強(qiáng)度隨粉煤灰用量的增加而逐漸增加。粉煤灰用量從100 kg/m3增加到130 kg/m3，A組抗壓強(qiáng)度從56 MPa增加到61 MPa，試件增加率為5.36%、3.28%，兩者擬合結(jié)果為：y=2.5x+53.667、R2=0.986 8。B 組抗壓強(qiáng)度從 58 MPa增加到65 MPa， 試件增加率為6.90%、4.62%，兩者擬合結(jié)果為：y=3.5x+54.667、R2=0.993 2。A組水泥標(biāo)號(hào)為42.5的抗壓強(qiáng)度較B組水泥標(biāo)號(hào)為52.5的抗壓強(qiáng)度增加率依次為2.56%、5.08%、6.56%，說(shuō)明B組水泥標(biāo)號(hào)為52.5抗壓強(qiáng)度明顯優(yōu)于A組水泥標(biāo)號(hào)為42.5。

粉煤灰用量從100 kg/m3增加到130 kg/m3，A組劈裂強(qiáng)度從3.56 MPa增加到4.01 MPa，試件增加率為7.30%、2.49%，兩者擬合結(jié)果為：y=0.18x+3.496 7、R2=0.938 2。B組劈裂抗拉強(qiáng)度從3.78 MPa增加到4.21 MPa，試件增加率為6.08%、4.99%，兩者擬合結(jié)果為：y=0.215x+3.57、R2=0.998 4。A 組水泥標(biāo)號(hào)為 42.5的劈裂抗拉強(qiáng)度較B組水泥標(biāo)號(hào)為52.5的劈裂抗拉強(qiáng)度增加率依次為3.56%、2.56%、4.99%，說(shuō)明B組水泥標(biāo)號(hào)為52.5劈裂抗拉強(qiáng)度明顯優(yōu)于A組水泥標(biāo)號(hào)為42.5。

由圖2可知，試件抗壓、劈裂抗拉強(qiáng)度隨礦粉用量的增加而先增加后減小。礦粉用量從70 kg/m3增加到90 kg/m3，A組抗壓強(qiáng)度先從54 MPa增加到58 MPa再減小到56 MPa，B組抗壓強(qiáng)度從56 MPa增加到60 MPa再減小到59 MPa，A組水泥標(biāo)號(hào)為42.5的抗壓強(qiáng)度較B組水泥標(biāo)號(hào)為52.5的抗壓強(qiáng)度增加率依次為3.70%、3.45%、5.36%。說(shuō)明B組水泥標(biāo)號(hào)為52.5抗壓強(qiáng)度明顯優(yōu)于A組水泥標(biāo)號(hào)為42.5。

礦粉用量從70 kg/m3增加到90 kg/m3，A組劈裂強(qiáng)度先從3.54 MPa增加到3.88 MPa再減小到3.61 MPa，B組劈裂強(qiáng)度先從3.65 MPa增加到4.04 MPa再減小到3.74 MPa，A組水泥標(biāo)號(hào)為42.5的劈裂抗拉較B組水泥標(biāo)號(hào)為52.5的劈裂抗拉強(qiáng)度增加率依次為3.11%、4.12%、3.60%。說(shuō)明B組水泥標(biāo)號(hào)為52.5劈裂抗拉強(qiáng)度明顯優(yōu)于A組水泥標(biāo)號(hào)為42.5。因此綜合A、B共計(jì)12組試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，公路高性能混凝土配比及施工過(guò)程中應(yīng)該選擇較高標(biāo)號(hào)的硅酸鹽水泥，適當(dāng)提高粉煤灰的用量，并且控制礦粉用量在80 kg/m3，保證公路有較好的抗壓和抗拉強(qiáng)度，可以延長(zhǎng)公路使用年限。

3 工程實(shí)踐

3.1 工程概況

某二級(jí)公路位于三江平原區(qū)域，全長(zhǎng)60 km，起點(diǎn)樁號(hào)K110+500，終點(diǎn)樁號(hào)K170+500。由于該地區(qū)水文地質(zhì)較差，采用高性能混凝土修建該段公路。

3.2 關(guān)鍵施工技術(shù)

（1）攪拌。由于該項(xiàng)目工程混凝土中加入某工廠制備的F類Ⅰ級(jí)粉煤灰，因此高性能混凝土攪拌工藝與普通水泥混凝土攪拌工藝有所不同。首先需要嚴(yán)格控制攪拌時(shí)間，不同原材料的倒入順序不同也會(huì)導(dǎo)致混凝土性能發(fā)生改變，將砂、碎石、水泥、粉煤灰、礦粉按照上述順序倒入拌和站內(nèi)。然后充分均勻攪拌1.5 min，再加入純凈水，隨后再充分均勻攪拌5 min。最后檢測(cè)坍落度和坍落度1 h經(jīng)時(shí)變化量是否滿足施工要求，最后出料并運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)[3]。

（2）搗實(shí)、碾壓施工。該項(xiàng)目工程高性能混凝土壓實(shí)施工采用高頻振搗器和振動(dòng)壓路機(jī)，壓實(shí)施工要嚴(yán)格把握機(jī)械進(jìn)場(chǎng)順序。首先采用高頻振搗器對(duì)高性能混凝土路面進(jìn)行振搗壓實(shí)，對(duì)于四周角落與局部地區(qū)采用插入式振搗器進(jìn)行振搗壓實(shí)。振搗壓實(shí)施工完成后對(duì)項(xiàng)目工程路段進(jìn)行碾壓壓實(shí)施工，壓實(shí)機(jī)械選用振動(dòng)壓路機(jī)，往返壓實(shí)3～5遍，壓路機(jī)行駛速度起伏不能過(guò)大，最好以3 km/h的速度勻速行駛[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

該文在試驗(yàn)室內(nèi)采用不同水泥標(biāo)號(hào)水泥、粉煤灰用量和礦粉用量進(jìn)行配比設(shè)計(jì)，制備立方體試件進(jìn)行抗壓和劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，研究結(jié)果表明：

（1）試件抗壓、劈裂抗拉強(qiáng)度隨粉煤灰用量的增加而逐漸增加，A組抗壓、劈裂抗拉強(qiáng)度增加率為5.36%、3.28%、7.30%、2.49%，B組增加率為6.90%、4.62%、6.08%、4.99%。

（2）試件抗壓、劈裂抗拉強(qiáng)度隨礦粉用量的增加而先增加后減小。

（3）公路高性能混凝土配比及施工過(guò)程中應(yīng)該選擇較高標(biāo)號(hào)的硅酸鹽水泥，保證公路有較好的抗壓和抗拉強(qiáng)度，可以延長(zhǎng)公路使用年限。