高速公路施工中高性能機(jī)制砂混凝土的運(yùn)用

趙成

摘要：在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，為了加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，對(duì)建筑材料的開(kāi)采力度逐漸增大，同時(shí)在混凝土的配制過(guò)程中，主要材料天然砂的市場(chǎng)供應(yīng)能力不斷降低，為了滿足高速公路的建設(shè)需求，需要加強(qiáng)對(duì)機(jī)制砂的有效利用。與此同時(shí)，想要達(dá)到讓高性能機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度得到保證的目的，需要施工人員提高對(duì)合理配比的重視，明確不同材料的實(shí)際比例，從而讓機(jī)制砂的功能和作用得到全面體現(xiàn)，提高高速公路的整體質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：高速公路? 高性能? 機(jī)制砂混凝土? 質(zhì)量控制

中圖分類(lèi)號(hào)：U414

Abstract： In the process of social and economic development， in order to strengthen the construction of infrastructure， the mining of building materials has gradually increased. Meanwhile， in the process of concrete preparation， the market supply capacity of the main material natural sand is decreasing. In order to meet the construction demand of expressway， it is necessary to strengthen the effective utilization of manufactured sand. At the same time， in order to ensure the strength of high-performance manufactured sand concrete， constructors need to pay more attention to the reasonable proportion and clarify the actual proportion of different materials， so as to fully reflect the function and function of manufactured sand and improve the overall quality of expressway.

Key Words： Expressway; High performance; Manufactured sand concrete; Quality control

為了滿足新時(shí)期不同地區(qū)的發(fā)展需求，更好地應(yīng)對(duì)私家車(chē)及貨車(chē)持有量大幅增多而造成的交通運(yùn)輸壓力，高速公路工程建設(shè)規(guī)模不斷增大。為了讓公路質(zhì)量得到有效保證和提高，需要加強(qiáng)對(duì)高性能機(jī)制砂混凝土的研究和利用。

1? 工程實(shí)例基本情況分析

本文以廣西地區(qū)的高速公路工程建設(shè)施工為例進(jìn)行分析，廣西松旺至鐵山港東岸公路屬于《2010—2020廣西高速公路網(wǎng)規(guī)劃》中梅溪至鐵山港高速公路的關(guān)鍵支線，在廣西玉林博白縣與北海合浦縣兩個(gè)地區(qū)的交接位置，需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)地區(qū)的連接同時(shí)完成與另一條高速公路的對(duì)接。在此條公路涉及的范圍內(nèi)，地勢(shì)類(lèi)型相對(duì)來(lái)說(shuō)較為特殊，呈南低北高的形勢(shì)，實(shí)際地貌特點(diǎn)包括剝蝕丘陵、剝蝕殘丘準(zhǔn)平原及河流堆積階地地貌，工程施工區(qū)域所在海拔為30～100m，同時(shí)自然坡度為20°～45°，通過(guò)對(duì)地質(zhì)條件的分析，發(fā)現(xiàn)有較大厚度的第四系黏土及淤泥質(zhì)黏土覆蓋層，并且在地表位置有嚴(yán)重的積水，整體地形存在較大的起伏，但是巖石組合邊坡具有相對(duì)較好的穩(wěn)定性[1-2]。

2? 機(jī)制砂高性能混凝土在高速公路工程中的應(yīng)用

2.1? 配合比設(shè)計(jì)原理分析

對(duì)于高速公路工程施工作業(yè)而言，高性能混凝土的應(yīng)用具有很多優(yōu)勢(shì)，如其工作性能較強(qiáng)，同時(shí)在力學(xué)性、穩(wěn)定性及耐久性等方面表現(xiàn)較為突出。為了讓材料的滲透性得到有效提高，需要在開(kāi)展高性能混凝土配置工作的過(guò)程中，適當(dāng)減少水的實(shí)際用量。與此同時(shí)，為了讓混凝土結(jié)構(gòu)具備穩(wěn)定的體積，施工人員需要對(duì)水泥的實(shí)際用量做好合理控制。采用活性摻合料及高效減水劑相結(jié)合的方法，并且對(duì)顆粒級(jí)配進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化，使得混凝土整體的密實(shí)度得到提升，讓混凝土結(jié)構(gòu)投入使用過(guò)程中的耐久性得到有效強(qiáng)化。由于在機(jī)制砂中有石粉的使用，為了保證水泥與減水劑實(shí)際用量明確的過(guò)程中，機(jī)制砂的坍落度能夠滿足設(shè)計(jì)需求，施工人員應(yīng)該按照天然砂混凝土用戶量對(duì)實(shí)際用水量進(jìn)行控制，使后者大于前者。因?yàn)闄C(jī)制砂具有一定的粗糙性，需要適當(dāng)增加砂率。

2.2? 水膠比的計(jì)算和確定

在保證水泥既定強(qiáng)度f(wàn)ce為52.5MPa，同時(shí)粗骨料得到明確，C50混凝土配置強(qiáng)度為fcu，0，具體值為59.9MPa，水膠比的獲得主要通過(guò)以下公式進(jìn)行計(jì)算，如公式（1）所示：

因?yàn)椤痘炷翉?qiáng)度耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50476—2008）中存在相應(yīng)的規(guī)定，針對(duì)耐久性C50混凝土而言，其水膠比需要保證在0.36及以下，所以將此工程中公路高性能機(jī)制砂混凝土的水膠比定為0.36。通過(guò)與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，需要保證C50混凝土的漿體體積在35%及以下，如果漿體的體積不符合相關(guān)規(guī)定要求，會(huì)導(dǎo)致拌合物的性能體現(xiàn)受到阻礙，但是如果存在漿體過(guò)大的情況，則會(huì)引發(fā)整體結(jié)構(gòu)的收縮變形，對(duì)于混凝土的穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，是不利影響因素。為了滿足規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，需要將此工程項(xiàng)目中的混凝土漿體體積比例定為25%～30%。

2.3? 用水量和合理明確

通過(guò)對(duì)混凝土耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及基礎(chǔ)理論的分析和研究，耐久性C50高性能機(jī)制砂混凝土需要使用的膠凝材料實(shí)際用量為480kg/m3及以下。同時(shí)結(jié)合此工程項(xiàng)目的基本需求及實(shí)際情況，可以將膠凝材料的實(shí)際用量定為450kg/m3，與針對(duì)本工程明確的水膠比進(jìn)行配合計(jì)算，可以對(duì)用水量進(jìn)行確定，即450kg/m3×0.36=162kg/m3。

2.4? 砂率的合理明確

如果混凝土中的砂率增大，與其相對(duì)應(yīng)的骨料表面積及實(shí)際空隙率必然會(huì)出現(xiàn)一定程度的提高，如果在此種情況下，泥漿的整體含量不發(fā)生變化，會(huì)使得混凝土的流動(dòng)性逐漸變小。而如果砂率減小，則會(huì)帶來(lái)骨料之間砂漿層無(wú)法得到有效保證等問(wèn)題，并且在以上因素的影響下，會(huì)讓混凝土的流動(dòng)性降低。為了避免以上問(wèn)題的出現(xiàn)，需要施工人員對(duì)砂率做好合理控制[3-4]。通過(guò)對(duì)相關(guān)的機(jī)制砂和天然砂配制試驗(yàn)的分析，能夠得到39%為高性能機(jī)制砂混凝土最佳砂率，而35%為天然砂混凝土最佳砂率。在此基礎(chǔ)上，混凝土的坍落度達(dá)到峰值，即180mm及200mm，同時(shí)在砂率為39%的情況下，高性能機(jī)制砂混凝土擁有相對(duì)較好的性能。

2.5? 配合比設(shè)計(jì)工作的有效落實(shí)

通過(guò)對(duì)以上內(nèi)容的全面分析，發(fā)現(xiàn)高性能機(jī)制砂混凝土的砂率及減水劑的使用量與天然砂比較相對(duì)較高，同時(shí)機(jī)制砂砂率為40%，而減水劑的用量為1.2%。為了讓配合比設(shè)計(jì)能夠更好地滿足實(shí)際需求及規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，需要施工人員合理控制氯離子及堿含量，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)硅粉、粉煤灰及細(xì)礦砂的綜合考慮，從而讓混凝土的整體性能得到強(qiáng)化。其中，減水劑的實(shí)際用量需要通過(guò)分析膠凝材料與減水劑相應(yīng)的相容性試驗(yàn)結(jié)果確定，而其余材料的實(shí)際用量，則需要采用專(zhuān)業(yè)的體積法通過(guò)計(jì)算得到。對(duì)于此工程而言，將高性能機(jī)制砂混凝土的最終配合比定為225kg/m3的水泥與68kg/m3粉煤灰，而實(shí)際用水量為162 kg/m3，礦粉用量為162kg/m3、石為1076kg/m3，砂用量為721kg/m3，最后減水劑為5.6 kg/m3;針對(duì)天然砂高性能混凝土來(lái)說(shuō)，水泥用量為225 kg/m3、砂為645 kg/m3，而水量為162 kg/m3、粉煤灰為68 kg/m3、石為1143 kg/m3，最后減水劑為4.5 kg/m3。

3? 加強(qiáng)高速公路施工中高性能機(jī)制砂混凝土應(yīng)用過(guò)程中的質(zhì)量控制

3.1? 充分滿足施工工藝要求

在開(kāi)展高速公路工程施工作業(yè)過(guò)程中，對(duì)高性能機(jī)制砂高性能混凝土進(jìn)行利用時(shí)，應(yīng)該對(duì)水膠比進(jìn)行合理控制，同時(shí)嚴(yán)格控制混凝土的水化熱，避免在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部因溫差較大出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。由于在機(jī)制砂中含有石粉，此類(lèi)物質(zhì)具備相對(duì)較強(qiáng)的吸附能力，對(duì)于減水劑的作用發(fā)揮產(chǎn)生不利影響，為了避免此類(lèi)問(wèn)題的出現(xiàn)，需要對(duì)規(guī)定的步驟做好分析，保證每項(xiàng)工作的落實(shí)都能符合相關(guān)要求。與此同時(shí)，通過(guò)施工人員需要對(duì)減水劑的使用過(guò)程中提高重視，防止其投入拌合機(jī)的過(guò)程中，損耗自身的各項(xiàng)性能。

3.2? 站在強(qiáng)度的角度做好提升工作

對(duì)于高速公路的質(zhì)量保證而言，混凝土強(qiáng)度是關(guān)鍵性影響因素之一，同時(shí)也是開(kāi)展工程質(zhì)量控制工作的主要依據(jù)。針對(duì)不同齡期的高性能機(jī)制砂混凝土而言，通過(guò)對(duì)其整體強(qiáng)度的分析，可以明確無(wú)論何時(shí)，此種混凝土的實(shí)際強(qiáng)度均比天然砂要高，主要由于機(jī)制砂混凝土的表面相對(duì)較為粗糙，可以在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中實(shí)現(xiàn)與水泥石的更強(qiáng)粘結(jié)，并且具有相對(duì)較低的表面孔隙率，使得整體的穩(wěn)定性及可靠性得到提升。除此之外，天然砂的市場(chǎng)價(jià)格不斷發(fā)生變化，無(wú)法保持穩(wěn)定狀態(tài)，使得工程施工成本在一定程度上有所增加，選擇機(jī)制砂具有更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性[5]。

3.3? 嚴(yán)格控制高性能機(jī)制砂混凝土應(yīng)用過(guò)程中的收縮變形

高性能機(jī)制砂混凝土在使用過(guò)程中，即使沒(méi)有載荷的作用，也避免不了因不同因素的影響而出現(xiàn)的裂縫問(wèn)題，如自收縮、塑性收縮及溫度收縮等。通過(guò)對(duì)相應(yīng)的收縮試驗(yàn)進(jìn)行分析，并與天然砂進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋l(fā)現(xiàn)機(jī)制砂混凝土在應(yīng)用初期具有相對(duì)較大的收縮程度，但是在后期使用過(guò)程中，二者的收縮程度逐漸趨近。引發(fā)此種情況的主要原因是機(jī)制砂中的石粉成分具有加速水泥水化的作用，與此同時(shí)產(chǎn)生水化碳鋁酸鹽，使得機(jī)制砂混凝土在使用初期出現(xiàn)自收縮現(xiàn)象。但是在此公路工程中，采用的實(shí)際石粉含量為3.6%，對(duì)于混凝土的收縮而言，不會(huì)產(chǎn)生明顯影響。

3.4? 充分體現(xiàn)高性能機(jī)制砂混凝土的抗?jié)B性能

高性能機(jī)制砂混凝土采用的水膠比相對(duì)較小，并且在配制過(guò)程中，適當(dāng)添加礦渣及粉煤灰等礦物，能夠?qū)炷恋恼w結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，如幾何形狀及孔徑分布等，在混凝土水化的過(guò)程中，存在的滲透通道會(huì)被生成的凝膠堵塞，使得混凝土結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的抗?jié)B性能得到有效提高。在此項(xiàng)工程中，高性能機(jī)制砂混凝土的實(shí)際透水高度為23mm，與抗?jié)B性試驗(yàn)相比較而言，高于其19mm的標(biāo)準(zhǔn)，所以具備相對(duì)較強(qiáng)的抗?jié)B性。

3.5? 全面發(fā)揮高性能機(jī)制砂混凝土的抗碳化性能

在水泥經(jīng)過(guò)水化后，會(huì)有一定量的堿性物質(zhì)產(chǎn)生，此種因素的影響下，決定了混凝土孔隙中的溶液整體呈堿性，從而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，能夠有效保護(hù)鋼筋。但是一旦此類(lèi)堿性物質(zhì)與空氣中含有的CO2接觸，會(huì)導(dǎo)致整體的堿性降低，從而出現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)收縮以及鋼筋發(fā)生銹蝕的情況，以上現(xiàn)象稱(chēng)為碳化反應(yīng)。但是通過(guò)高性能機(jī)制砂混凝土的利用，可以讓混凝土的密實(shí)度得到強(qiáng)化，有效降低空氣中CO2進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)中的概率，使得整體具備較強(qiáng)的抗碳化性能[6]。

3.6? 從機(jī)制砂的生產(chǎn)環(huán)節(jié)出發(fā)做好質(zhì)量控制

為了保證機(jī)制砂的質(zhì)量，需要提高對(duì)生產(chǎn)企業(yè)的監(jiān)督和管理。機(jī)制砂生產(chǎn)企業(yè)需要增強(qiáng)內(nèi)部員工的質(zhì)量控制意識(shí)，從多個(gè)角度出發(fā)，如機(jī)制砂的級(jí)配及含粉量等，同時(shí)保證各生產(chǎn)環(huán)節(jié)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，讓不同工作的落實(shí)更加規(guī)范化。高速公路工程建設(shè)單位可以通過(guò)全面的市場(chǎng)調(diào)查，了解優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)企業(yè)，并與其建立長(zhǎng)期合作關(guān)系，讓機(jī)制砂的質(zhì)量得到保證，同時(shí)更加符合自身的施工作業(yè)要求，從而使得高速公路的整體質(zhì)量得到有效保證。

4? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高性能機(jī)制砂混凝土的研究和分析，得到在此工程中，機(jī)制砂的應(yīng)用具有重要作用和意義。由于機(jī)制砂具有表面粗糙的特點(diǎn)，能夠在使用過(guò)程中與水泥產(chǎn)生更好的粘合作用，同時(shí)通過(guò)對(duì)石粉的合理利用，可以有效減少裂縫的發(fā)生。因?yàn)楦咝阅軝C(jī)制砂混凝土與天然砂混凝土相比具有較高的密實(shí)度，可以在一定程度上阻止空氣中的CO2進(jìn)入混凝土中，降低碳化反應(yīng)的發(fā)生概率，從而讓高速公路擁有更強(qiáng)的承載能力，促進(jìn)公路事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]馬相明，張蕾. 高速公路施工中高性能機(jī)制砂混凝土的應(yīng)用研究[J]. 公路工程，2017，42（5）：149-153，238.

[2]陳起群. 高性能機(jī)制砂混凝土的配制及性能試驗(yàn)分析[J]. 廣東建材，2021，37（9）：11-13，41.

[3]湯志為. 纖維自密實(shí)路面混凝土組成設(shè)計(jì)與性能研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2019.

[4]伍秋紅. 混凝土結(jié)構(gòu)控裂技術(shù)研究[D].廣州：廣州大學(xué)，2020.

[5]張永明. 試析高性能機(jī)制砂混凝土的性能及應(yīng)用技術(shù)[J]. 建筑與裝飾，2019（6）：197.

[6]王勇. C100機(jī)制砂超高強(qiáng)高性能混凝土隧道襯砌管片的研制[J]. 新型建筑材料，2021，48（2）：62-65.

3681500338227