高速公路高性能混凝土的質(zhì)量控制策略剖析

邵宗文

（云南省公路工程監(jiān)理咨詢有限公司 云南 昆明 650000）

0 引言

近年來，全國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迎來了快速發(fā)展時(shí)期，高速公路工程數(shù)量不斷增多，規(guī)模也不斷擴(kuò)大。在高速公路建設(shè)工程中，材料是影響公路工程的一個(gè)重要因素，當(dāng)前社會(huì)各界對(duì)公路工程質(zhì)量要求更高，所以必須通過優(yōu)化、嚴(yán)選材料來實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量目標(biāo)，確保群眾出行安全。

高性能混凝土是指以工程設(shè)計(jì)、施工及使用對(duì)混凝土性能特定要求為總目標(biāo)，選優(yōu)質(zhì)常規(guī)原材料，合理?yè)郊油饧觿┖偷V物摻合料，采用較低水膠比并優(yōu)化配合比，通過預(yù)拌和嚴(yán)格的技術(shù)措施，制成具有優(yōu)異的工作性能、力學(xué)性能、耐久性能和長(zhǎng)期性能的混凝土。

研究與實(shí)踐證明[1]，保持高性能混凝土優(yōu)良品質(zhì)的關(guān)鍵就是不斷規(guī)范與優(yōu)化高性能混凝土制備工藝，做好高性能混凝土的使用與儲(chǔ)存管理。下文結(jié)合實(shí)際，對(duì)高速公路高性能混凝土的質(zhì)量控制措施做具體分析。

1 高性能混凝土原材料選用與檢驗(yàn)

1.1 水泥

選擇配制高性能混凝土的水泥原料時(shí)，按照國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》GB175的規(guī)定進(jìn)行，保證水泥的強(qiáng)度等級(jí)、特性等符合要求。選擇水泥時(shí)，嚴(yán)格按照高性能混凝土的耐久性、長(zhǎng)期性及強(qiáng)度要求進(jìn)行。按照規(guī)定，若混凝土中采用堿活性骨料，則宜選用含堿量不大于0.6%的低堿水泥[2]。在高速公路工程中，火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥不是十分適用，符合標(biāo)準(zhǔn)的普通硅酸鹽水泥比較適合高速公路工程。所謂符合標(biāo)準(zhǔn)，即是標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量低、比表面積不大于350 m2/kg、品質(zhì)穩(wěn)定的42.5級(jí)硅酸鹽水泥。另外，為保證公路工程質(zhì)量，水泥中的氯離子含量應(yīng)≤0.03%，堿含量≤0.06%，游離氧化鈣含量≤1.5%，熟料中的C3A含量≤8.0%[3]。

1.2 礦物摻合料

礦物摻合料也是組成高性能混凝土的一項(xiàng)重要原料，該類摻合料多選擇硅灰、天然火山灰以及?；姞t磷渣粉、磨細(xì)礦渣粉、粉煤灰等。施工時(shí)若以粉煤灰作為摻合料，粉煤灰各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合以下規(guī)定：C50以下混凝土，粉煤灰的含水率（%）≤1.0，需水比（%）≤105，燒失量（%）≤8.0，SO3含量≤3.0%，CaO含量≤10.0%。C50及以上混凝土燒失量≤5.0，其他技術(shù)指標(biāo)與上述一致。選用礦物摻合料時(shí)，還應(yīng)采用實(shí)際原材料經(jīng)混凝土試配驗(yàn)證，其工作性能、力學(xué)性能和耐久性能滿足設(shè)計(jì)和施工要求，并符合現(xiàn)行國(guó)家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，才能投入使用[4]。

施工時(shí)，先對(duì)混凝土中水泥的種類及摻量等進(jìn)行了解，然后再對(duì)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、所處環(huán)境特征等進(jìn)行調(diào)查分析，在此基礎(chǔ)上多次試驗(yàn)，不斷優(yōu)化調(diào)整，確保最終確定的礦物摻合量最為科學(xué)合理。另外，在選擇礦物摻合料的種類及確定礦物摻合料產(chǎn)量時(shí)，需遵循以下原則：若施工時(shí)外部溫度較高，混凝土澆筑溫度較高，混凝土水脹比較小，且混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收期較長(zhǎng)，就應(yīng)適當(dāng)增加礦物摻合料摻量。當(dāng)混凝土構(gòu)件最小截面尺寸小于150 mm時(shí)，坍落度與礦物摻和量選擇最小。若混凝土工程是在低溫條件下進(jìn)行或混凝土構(gòu)件早起強(qiáng)度要求較高，摻加礦物摻合料時(shí)也將摻量控制為最小[5]。

1.3 外加劑

應(yīng)用于高性能混凝土中的外加劑需有較小的坍落度損失、較高的減水率，減水劑的性能應(yīng)合格過關(guān)，減水劑與水泥等原料有較好的相容性能，有助于優(yōu)化混凝土的質(zhì)量，提高混凝土的耐久性。如果是在混凝土中添加外氣型外加劑或引起劑，那么產(chǎn)品的氣泡穩(wěn)定性必須達(dá)標(biāo)。外加劑性能指標(biāo)需同時(shí)符合當(dāng)?shù)亟煌ㄐ袠I(yè)有關(guān)規(guī)定與國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑》GB8076有關(guān)規(guī)定[6]。應(yīng)用于高速公路工程的外加劑性能指標(biāo)還需滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：壓力泌水率指標(biāo)≤90%，氯離子含量≤0.02%，硫酸鈉含量≤5.0%，堿含量≤10.0%。此外，應(yīng)用于工程的外加劑必須由專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，使用前檢查檢測(cè)合格證明，對(duì)未經(jīng)檢測(cè)或缺少合格證明的外加劑不予使用。水泥、礦物摻合料及外加劑等原料的批次、進(jìn)場(chǎng)等需符合規(guī)定，當(dāng)批次發(fā)生變化時(shí)，需重新試驗(yàn)原料之間的相容性以及外加劑的減水率與實(shí)際密度。

1.4 細(xì)骨料

按照規(guī)定，應(yīng)用于高速公路工程的高性能混凝土必須要有穩(wěn)定性能與優(yōu)良品質(zhì)，所以構(gòu)成高性能混凝土的細(xì)骨料這一原料在性能質(zhì)量上也要達(dá)標(biāo)。

按照規(guī)定，所用細(xì)骨料需具備級(jí)配良好、小空隙、低吸水率、質(zhì)地均勻堅(jiān)固等特點(diǎn)，所用細(xì)骨料最好是細(xì)度模數(shù)為2.6～3.2的潔凈中粗天然河砂或機(jī)制砂，禁止使用山砂。所用細(xì)骨料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：含泥量、泥塊含量、云母含量、輕物質(zhì)含量、氯離子含量分別≤0.5%、0.5%、0.5%、0.02%，有機(jī)物含量要達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，硫化物及硫酸鹽含量（按SO3質(zhì)量計(jì)，%）≤0.5。應(yīng)用于工程中的細(xì)骨料要經(jīng)過堿骨料反應(yīng)試驗(yàn)，試驗(yàn)后，由砂配制的試件無膠體外溢、裂縫、酥裂等現(xiàn)象，在規(guī)定試驗(yàn)齡期的膨脹率應(yīng)小于0.1%[7]。

細(xì)骨料進(jìn)場(chǎng)時(shí)，應(yīng)對(duì)細(xì)骨料做嚴(yán)格驗(yàn)收，驗(yàn)收時(shí)將同規(guī)格、同產(chǎn)地且連續(xù)進(jìn)場(chǎng)的骨料做一批驗(yàn)收（每批驗(yàn)收不超過600 t或400 m3）。如果進(jìn)場(chǎng)材料性能質(zhì)量比較穩(wěn)定，連續(xù)進(jìn)場(chǎng)量較大，就可以在重量達(dá)到1 000 t時(shí)統(tǒng)一進(jìn)行一次驗(yàn)收。驗(yàn)收項(xiàng)目包括外觀、篩分、含泥量、有機(jī)物含量、細(xì)度模數(shù)、機(jī)制砂石粉含量、泥塊含量等幾項(xiàng)，有時(shí)還應(yīng)詳細(xì)檢查細(xì)骨料的堿活性、氯離子與有害物質(zhì)含量及骨料的堅(jiān)固性等，確保細(xì)骨料性能質(zhì)量完全達(dá)標(biāo)。

1.5 粗骨料

制備高性能混凝土的粗骨料同樣要有良好的級(jí)配與粒形，要質(zhì)地均勻堅(jiān)硬，線膨脹系數(shù)小。潔凈的卵石與碎石一般符合以上規(guī)定，由砂巖加工成的碎石不具備以上品質(zhì)。應(yīng)用于高速公路工程的粗骨料技術(shù)指標(biāo)要滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：在混凝土強(qiáng)度等級(jí)＜C30的情況下，碎石壓碎指標(biāo)＜30%；若混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30～C45，或≥C50，粗骨料的碎石壓碎指標(biāo)要小于23%[8]。

2 原料儲(chǔ)存與管理

原料的儲(chǔ)存條件、管理措施都會(huì)影響原料品質(zhì)，因此在原料驗(yàn)收進(jìn)場(chǎng)后必須將原料規(guī)范化管理。按照規(guī)定，混凝土所用原材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)，供貨方應(yīng)按規(guī)定批次向需方提供質(zhì)量證明文件，包括原料的合格證、出廠檢驗(yàn)報(bào)告、型式檢驗(yàn)報(bào)告等。原料進(jìn)場(chǎng)環(huán)節(jié)，依舊要按規(guī)定對(duì)原材料進(jìn)行檢查復(fù)驗(yàn)，確保原材料不存在質(zhì)量問題，進(jìn)而將高性能混凝土出現(xiàn)質(zhì)量問題的概率降到最低。檢驗(yàn)時(shí)采取隨機(jī)抽樣的方法。檢驗(yàn)合格后允許材料入場(chǎng)，入場(chǎng)材料按照材料的種類、用途等分類存放，存放地點(diǎn)應(yīng)固定，材料要標(biāo)明品種、名稱、進(jìn)場(chǎng)日期、生產(chǎn)廠家及進(jìn)場(chǎng)日期等重要信息。為防止原材料受污染，將堆放原材料的場(chǎng)地進(jìn)行硬化處理，設(shè)置防雨與遮陽(yáng)措施，避免材料發(fā)生質(zhì)變。

骨料堆放地點(diǎn)必須保持獨(dú)立，細(xì)骨料與粗骨料堆放場(chǎng)地之間要設(shè)置分界標(biāo)識(shí)，防止出現(xiàn)材料混用的情況。骨料堆放場(chǎng)地還需有相應(yīng)的排水與清洗設(shè)施，方便工作人員及時(shí)清洗材料中的雜質(zhì)，保證材料質(zhì)量。對(duì)進(jìn)入場(chǎng)地的粗骨料，應(yīng)當(dāng)按照配合比要求分級(jí)進(jìn)行堆放與儲(chǔ)存。礦物摻合料及水泥等原料嚴(yán)禁露天存放，應(yīng)使用散料倉(cāng)分別存儲(chǔ)標(biāo)識(shí)并上鎖。材料存放期間做好防潮工作。當(dāng)水泥出廠時(shí)間超過3個(gè)月時(shí)，要再次檢查試驗(yàn)，確保水泥性能指標(biāo)達(dá)標(biāo)。水泥存放期間注意觀察，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)塊水泥并進(jìn)行處理，防止將結(jié)塊水泥應(yīng)用于工程。另外，需注意的是，水泥進(jìn)場(chǎng)要測(cè)溫，水泥用于生產(chǎn)時(shí)的溫度不宜超過60 ℃。

工程中所用的液態(tài)外加劑，準(zhǔn)備專門的密閉容器進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)做好防凍與防曬工作。如果密閉容器內(nèi)的液態(tài)外加劑出現(xiàn)了沉淀現(xiàn)象，應(yīng)在使用之前先檢查，確保質(zhì)量未出現(xiàn)變化后再使用。

3 優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.1 把握混凝土配合比設(shè)計(jì)要求

在計(jì)算與確定混凝土配合比時(shí)，應(yīng)明確：混凝土配合比需滿足混凝土配制強(qiáng)度及其他力學(xué)性能、工作性能、長(zhǎng)期性能和耐久性能的設(shè)計(jì)要求。混凝土配合比應(yīng)根據(jù)工程施工工藝、施工環(huán)境以及混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等進(jìn)行設(shè)計(jì)，混凝土配合比要經(jīng)過計(jì)算、試配與調(diào)整等多個(gè)步驟才能選定。工程中，如果是采用機(jī)制砂配制混凝土，在確定混凝土的配合比時(shí)，就應(yīng)以混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求及原材料性能為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，在科學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)上再進(jìn)行試驗(yàn)室試配與調(diào)整等工作，確保最終的配合比科學(xué)合理。

3.2 遵循配合比設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí)，工作人員需按照低水泥用量、低用水量、水膠比適宜、最大骨料堆積密度、高性能減水劑與活性摻合料雙摻的原則進(jìn)行。

3.3 確定混凝土配制強(qiáng)度

設(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí)，不但要掌握混凝土強(qiáng)度要求，還要根據(jù)施工人員的技術(shù)水平對(duì)混凝土強(qiáng)度的波動(dòng)離散性來選擇合適的試配強(qiáng)度。按照有關(guān)規(guī)定，高速公路工程中使用的混凝土，其試配強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于或等于C20時(shí)，計(jì)算配制強(qiáng)度用的標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)取不小于4.0 MPa；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25～C45時(shí)，計(jì)算配制強(qiáng)度用的標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)取不小于5.0 MPa；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50～C55時(shí)，計(jì)算配制強(qiáng)度用的標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)取不小于6.0 MPa。強(qiáng)度等級(jí)低于C50的混凝土單方用水量不應(yīng)大于175 kg/m3，強(qiáng)度等級(jí)不低于C50用于橋梁結(jié)構(gòu)的混凝土用水量不應(yīng)大于170 kg/m3。

混凝土水膠比與膠凝材料用量根據(jù)結(jié)構(gòu)部位、混凝土強(qiáng)度等級(jí)等的不同有所不同。如隧道襯砌、承臺(tái)、墩柱及蓋梁等結(jié)構(gòu)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30時(shí)，混凝土最大水膠比是0.55，最大水泥用量是320 kg/m3，最小膠凝用量與最大膠凝材料用量分別為280 kg/m3與400 kg/m3?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C40的承臺(tái)，橋面板及墩柱、蓋梁等結(jié)構(gòu)，最大水膠比是0.45，最大水泥用量為360 kg/m3，最小膠凝材料用量320 kg/m3，最大膠凝材料用量450 kg/m3?；炷翉?qiáng)度等級(jí)是C50的塔、預(yù)制梁，最大水膠比0.36，最大水泥用量為400（390）kg/m3，最小膠凝材料用量360（350）/m3，最大膠凝材料用量500 kg/m3?；炷翉?qiáng)度等級(jí)C55的現(xiàn)澆梁，最大水膠比是0.32，最大水泥用量為400（430）kg/m3，最小膠凝材料用量 380（370）kg/m3，最大膠凝材料用量500 kg/m3。在確定以上指標(biāo)時(shí)應(yīng)明確，混凝土的膠凝材料用量與水膠比主要與環(huán)境因素有關(guān)，即只考慮I類環(huán)境因素，即溫暖或寒冷地區(qū)的大氣環(huán)境、與無侵蝕的水或土接觸的環(huán)境。另外，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)是在冬季氣溫較低情況下施工時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加水泥用量，以提高混凝土強(qiáng)度。若施工工藝為非泵送工藝，可適當(dāng)降低混凝土的膠凝材料用量。

4 規(guī)范計(jì)量與攪拌工藝

4.1 高性能混凝土計(jì)量

計(jì)量混凝土原材料時(shí)，使用精度達(dá)標(biāo)的電子計(jì)量設(shè)備，保證計(jì)量精度。選用計(jì)量設(shè)備時(shí)，按照國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土攪拌站（樓）》GB/T10171中規(guī)定選擇，并將計(jì)量設(shè)備交由專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定，定期校驗(yàn)，確保設(shè)備精度達(dá)標(biāo)[9]。計(jì)量與測(cè)定時(shí)，重點(diǎn)測(cè)定粗細(xì)骨料的含水率，為材料配合比的確定提供參考。

4.2 高性能混凝土攪拌

攪拌時(shí)采用專用設(shè)備，并保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。攪拌過程中對(duì)水膠比加以觀測(cè)與控制，禁止在攪拌的中途隨意加水?；炷翑嚢钑r(shí)長(zhǎng)都應(yīng)有嚴(yán)格的設(shè)定，混凝土拌合物應(yīng)顏色一致，質(zhì)地均勻，不存有結(jié)塊、泌水及離析等不正?，F(xiàn)象。如果混凝土出現(xiàn)以上問題，不能將其用于工程。

預(yù)拌混凝土攪拌時(shí)間應(yīng)符合以下規(guī)定：如果混凝土是由攪拌運(yùn)輸車運(yùn)送到施工地，那么應(yīng)按照《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50164中相關(guān)規(guī)定確定混凝土最短攪拌時(shí)間，攪拌時(shí)間自材料全部加入后開始加水時(shí)間算起一般少于60 s，冬季氣溫較低時(shí)可適當(dāng)延長(zhǎng)，一般不少于90 s[10]。需注意的是，混凝土在攪拌機(jī)中的攪拌時(shí)間應(yīng)滿足設(shè)備說明書的要求，當(dāng)混凝土中摻有膨脹劑、粉狀外加劑等，機(jī)器的攪拌時(shí)間可適當(dāng)延長(zhǎng)。冬季低溫條件下攪拌混凝土?xí)r，先使用熱水將拌合溫度提高，或是通過加熱骨料將拌合溫度提高，以此保證最終的、整體的混凝土性能。使用熱水與骨料加熱法時(shí)，需合理控制溫度，嚴(yán)禁出現(xiàn)溫度過高的情況。一般情況下，如果只加熱拌合用水而不加熱骨料，那么拌合用水溫度可到60 ℃以上。攪拌過程中，不能將熱水與水泥直接混合，應(yīng)按照先骨料、后熱水的順序依次混合原料后再進(jìn)行攪拌。若在夏季高溫條件下施工，對(duì)混合料需進(jìn)行防暴曬處理，使用遮陽(yáng)布等防止骨料直接受到太陽(yáng)暴曬。溫度過高時(shí)還應(yīng)進(jìn)行噴淋處理，攪拌過程中可采用摻加冰屑的方式降低拌合物溫度。

混凝土攪拌完畢后，及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，主要檢測(cè)混凝土拌合物的坍落度、含氣量及工作性能等。混凝土拌合物坍落度及其損失的檢測(cè)方法是：在混凝土攪拌地點(diǎn)與澆筑地點(diǎn)分別取樣檢測(cè)，每一工作班或每一個(gè)單元結(jié)構(gòu)物不應(yīng)少于兩次，評(píng)定時(shí)以澆筑地點(diǎn)的測(cè)值為準(zhǔn)。

5 結(jié)語

綜上所述，作為高速公路工程中的主要施工材料，高性能混凝土的性能質(zhì)量直接影響工程安全，影響公路工程的耐久性與穩(wěn)定性。因此，在公路施工中，要重視材料管理，有關(guān)單位與人員需從原料選擇、原料存放管理及配合比設(shè)計(jì)、混凝土拌合就、混凝土性能檢測(cè)等各環(huán)節(jié)入手，全面控制高性能混凝土質(zhì)量，保障材料質(zhì)量安全。