高速公路工程高性能混凝土試驗檢測研究

張雪 黃贇

收稿日期：2024-03-22

作者簡介：張雪（1987—），女，本科，工程師，從事工程試驗檢測工作。

通信作者：黃贇（1987—），男，本科，工程師，從事工程試驗檢測工作。

摘要 為了做好高性能混凝土試驗檢測工作，提升高性能混凝土在高速公路工程中的應用效果。文章結合自貢至隆昌高速公路成自瀘赤與樂自高速公路連接線項目，以林過塘互通C0+825.5C匝道大橋使用的C35高性能混凝土為研究對象，在選用優(yōu)質(zhì)的原材料以及合理的配合比基礎上，重點分析了C35高性能混凝土的和易性、抗壓強度、抗?jié)B性等試驗檢測要點，并得出了相關檢測數(shù)據(jù)。結果表明，該C35高性能混凝土具有良好的流動性、保水性、黏聚性，并且抗壓強度處于良好水平，抗?jié)B等級大于P12。

關鍵詞 高性能混凝土；高速公路；和易性；抗壓強度；抗?jié)B性

中圖分類號 U414文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）11-0150-03

0 引言

高性能混凝土并不是全新的混凝土品種，其是在傳統(tǒng)混凝土的基礎上，通過優(yōu)選各類材料及外加劑，并調(diào)整配比、創(chuàng)新工藝而生產(chǎn)出來的一種混凝土材料[1]。相比于普通混凝土，高性能混凝土具有良好的性能，已在高速公路橋梁工程中得到了廣泛的應用。將高性能混凝土應用于橋梁工程中，可以減少水泥用量和鋼筋用量。同時，高性能混凝土與預應力結構技術的有效結合，能降低橋梁結構的復雜程度，進一步減少工程量，加快施工進度，節(jié)約人力成本及時間成本[2]。但是，在高速公路工程項目建設過程中，若高性能混凝土的性能較差，將嚴重影響高速公路工程的使用年限[3]。此背景下，該文對高性能混凝土試樣檢測進行研究，以期高性能混凝土能夠在高速公路工程中得到更好的應用。

1 工程概況

自貢至隆昌高速公路成自瀘赤與樂自高速公路連接線工程起于威遠縣界牌鎮(zhèn)成自瀘高速公路，樁號為K0+000～CZLK153+569.947，止于貢井區(qū)橋頭鎮(zhèn)樂自高速，樁號為K19+823.004～ZLK94+066.923，設置林過塘樞紐互通。林過塘樞紐互通路線長20.028 km，路基計價土方706 210 m3、路基計價石方2 693 040 m3，棄方282 190 m3，

排水及防護污工74 390 m3，大、中橋2 093.7 m/11座，通道及涵洞54道，無隧道，互通式立交4處，下穿式分離式立交9處，人行天橋6處，渡槽3處。其中，在橋梁和互通立交建設中，使用了大量高性能混凝土，有C25混凝土、C35混凝土、C40混凝土、C50混凝土等。為有效提高高速公路項目的總體建設水平，需對高性能混凝土進行試驗檢測，保證高性能混凝土質(zhì)量符合要求。選取林過塘互通C0+825.5C匝道大橋為例，對其主墩使用的C35高性能混凝土進行檢測。

2 C35高性能混凝土原材料及配合比

高性能混凝土原材料主要包括水泥、集料、外加劑、礦物摻和料、水等[4]。對于高性能混凝土原材料的購置，務必按照預算科學實施，并嚴格落實質(zhì)量檢測工作。

2.1 水泥

水泥對高性能混凝土的性能產(chǎn)生直接影響，是一種主要原材料。選用的水泥應滿足高性能混凝土耐久性、強度、工作性的要求，主要有普通硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥[5]。根據(jù)該工程實際需求，使用普通硅酸鹽P·O42.5級水泥，經(jīng)試驗檢測后符合要求，性能指標如表1所示。

表1 普通硅酸鹽 P·O42.5 級水泥性能指標

序號 性能指標 檢測值

1 安定性 0.5

2 初凝時間/min 186

3 終凝時間/min 266

4 3 d抗折強度/MPa 5.2

5 28 d抗折強度/MPa 7.1

6 3 d抗壓強度/MPa 26.4

7 28 d抗壓強度/MPa 45.8

2.2 集料

集料是高性能混凝土中比例最大的組分，起到起骨架作用，分為粗集料和細集料。粗集料和細集料分別選用普通碎石、天然河砂，經(jīng)試驗檢測后符合要求，性能指標如表2～3所示。

2.3 外加劑

外加劑在高性能混凝土中起到非常重要的作用，摻入外加劑能改善高性能混凝土的黏聚性、保水性，該工程選用聚羧酸類減水劑[6]，經(jīng)試驗檢測后符合要求，性能指標如表4所示。

表2 粗集料性能指標

序號 性能指標 檢測值

1 含泥量/% 0.4

2 針片狀/% 5.2

3 壓碎值/% 21.6

4 表觀密度/（kg·m?3）） 2 730

5 松散堆積密度/（kg·m?3） 1 550

6 緊密堆積密度/（kg·m?3） 1 740

表3 細集料性能指標

序號 性能指標 檢測值

1 含泥量/% 2.2

2 細度模數(shù) 2.92

3 表觀密度/（kg·m?3） 2 760

4 松散堆積密度/（kg·m?3） 1 690

5 緊密堆積密度/（kg·m?3） 1 820

表4 減水劑性能指標

序號 性能指標 檢測值

1 減水率/% 31

2 pH值 7.1

3 含固量/% 16.25

4 密度/（g·cm?3） 1.035

5 7 d抗壓強度比/% 172

6 28 d抗壓強度比/% 148

2.4 摻和料

（1）礦粉。礦粉是礦物摻和料的常用材料，其不僅能改善混凝土內(nèi)部結構，還可以減少水泥用量，降低成本，節(jié)約資源。該工程選用S75級礦粉，經(jīng)試驗檢測后符合要求，性能指標如表5所示。

表5 S75級礦渣粉性能指標

序號 性能指標 檢測值

1 細度/% 1.8

2 流動度比/% 99.2

3 密度/（g·cm?3） 3.93

4 含水量/% 0.16

5 比表面積/（m2·kg?1） 415

6 7 d活性指數(shù)/% 57

7 28 d活性指數(shù)/% 77

（2）粉煤灰。粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物，隨著治理污染力度不斷增強，我國對粉煤灰的再利用越來越重視，因此，粉煤灰在混凝土中的應用越來越多。該工程選用Ⅰ類粉煤灰，經(jīng)試驗檢測后符合要求，性能指標如表6所示。

2.5 水

拌和水使用飲用水，條件滿足時，就近選擇潔凈的河水。

2.6 配合比設計

在確定原材料后，要確定合適的高性能混凝土配合比。高性能混凝土配合比設計一般以試驗法進行配合比計算，先計算出理論配合比，再換算成施工配合比，進而編制設計方案。該C35高性能混凝土配合比如表7所示。

表6 Ⅰ類粉煤灰性能指標

序號 性能指標 檢測值

1 細度/% 8.8

2 含水量/% 0.45

3 需水量/% 93

4 燒失量/% 2.4

5 三氧化硫/% 0.8

6 游離氧化鈣/% 0.3

表7 C35高性能混凝土配合比 /（kg/m3）

強度

等級 原材料

P·O42.5水泥 礦粉 粉煤灰 碎石 河砂 外加劑 水

C35 260 60 120 1 028 798 8.5 165

3 C35高性能混凝土試驗檢測

高性能混凝土試驗檢測項目較多，主要有和易性試驗、泌水率試驗、凝結時間試驗、抗壓強度試驗、劈裂抗拉強度試驗、抗壓彈性模量試驗、抗?jié)B性試驗等[5]。該文僅從和易性試驗、抗壓強度試驗、抗?jié)B性試驗三個方面進行重點論述，具體檢測要點和結果如下。

3.1 和易性試驗

和易性是評定高性能混凝土拌和物的綜合性指標，是保證混凝土正常施工的一種能力。和易性主要體現(xiàn)在混凝土拌和物的流動性、保水性、黏聚性等三個指標，無法采用一種試驗方法來綜合檢測。對于混凝土拌和物和易性的評定，通常是先對拌和物的流動性進行檢測，然后再根據(jù)目測方法評定其保水性和黏聚性。混凝土拌和物流動性檢測一般采用坍落度試驗，測定其稠度[6]。

（1）試驗方法。用清水洗凈坍落度筒，并將筒內(nèi)外多余水分擦干，把坍落度筒放置于平板上，用小鏟取代表性混凝土拌和物，分三次裝入坍落度筒內(nèi)，每次裝入拌和物的高度為坍落度筒高度的三分之一。當最后一次裝入混凝土拌和物時，應稍微高出坍落度筒一些，并用搗棒均勻插搗25次，插搗過程中，隨時補充混凝土拌和物。插搗完成后，將坍落度筒上拌和物抹平。在5～10 s內(nèi)，以垂直向上的方式將坍落度筒提起，并放在拌和物試樣旁。拌和物試樣呈現(xiàn)自然坍落，通過直尺量出坍落度筒頂與拌和物試樣頂點的垂直高度差，此值為坍落度值。

混凝土拌和物的保水性和黏聚性通過目測方法進行評定，保水性是指混凝土拌和物保持水分的能力，當坍落度筒提起后，若拌和物試樣底部幾乎沒有水分流出，則認為拌和物試樣保水性為最佳。黏聚性是指混凝土拌和物保持穩(wěn)定性和均勻性的能力，當坍落度筒提起后，用搗棒輕輕敲打拌和物試樣的側(cè)面，若拌和物試樣出現(xiàn)明顯離析、崩裂、倒塌，則表示黏聚性差；若拌和物試樣緩慢往下坍落，表示黏聚性良好。

（2）試驗結果。在混凝土拌和物澆筑過程中，每1 000 m3混凝土拌和物檢測坍落度一次，并觀察拌和物的保水性和黏聚性，結果如表8所示。

表8 混凝土拌和物和易性試驗結果

試樣編號 坍落度/mm 保水性 黏聚性

1 200 良好 良好

2 205 良好 良好

3 205 良好 良好

4 210 良好 良好

5 210 良好 良好

6 200 良好 良好

7 215 良好 良好

8 210 良好 良好

9 210 良好 良好

10 200 良好 良好

3.2 抗壓強度試驗

抗壓強度是評定高性能混凝土品質(zhì)的主要指標。抗壓強度試驗是在規(guī)定齡期內(nèi)，對標準尺寸的立方體強度試件進行試驗，測得在規(guī)定保證率下的抗壓強度[7]。

（1）試驗方法。將混凝土立方體強度試件表面擦拭干凈，放置于承壓板上，立方體強度試件與壓力機調(diào)平、對中，承壓面不能為澆筑表面。啟動壓力機，當試件上表面與壓力機上壓板剛接觸時，停止壓力機，全面調(diào)整壓力機球座之后，再次啟動壓力機，均勻連續(xù)施加載荷，直至試件破壞，記錄此時載荷值，通過計算得出試件抗壓強度。

（2）試驗結果。取10組立方體強度試件，檢測其28 d齡期的抗壓強度，試驗結果如表9所示。

表9 混凝土立方體強度試件28 d抗壓強度試驗結果

試件編號 抗壓強度/

MPa 平均值/

MPa 標準差/

MPa 變異

系數(shù)

1 43.6 43.23 1.38 0.036

2 42.5

3 40.2

4 44.5

5 43.2

6 44.2

7 43.8

8 44.6

9 41.8

10 43.9

3.3 抗?jié)B性試驗

抗?jié)B性用于評定高性能混凝土的抗水滲透能力?？?jié)B性試驗方法有逐級加壓法和滲透高度法，由于滲透高度法用于比較混凝土的抗?jié)B性，因此，通常采用逐級加壓法對混凝土的抗?jié)B性進行檢測。

（1）試驗方法。每組混凝土試件為6個，在標準條件下養(yǎng)護，試件成型后24 h拆模，標準養(yǎng)護齡期為28 d。取出混凝土試件，擦干表面，在混凝土試件側(cè)面涂一層密封材料[8]。利用抗?jié)B儀對其進行抗?jié)B試驗，啟動儀器加水壓，水壓從0.2 MPa開始，每隔8 h增加水壓0.1 MPa，加壓過程中隨時觀察試件表面滲水情況，一直加壓至6個試件中3個試件表面發(fā)現(xiàn)滲水，停止試驗，記下此時的水壓力。

（2）試驗結果?；炷量?jié)B等級分為P4、P6、P8、P10、P12、大于P12等六個等級，當混凝土抗?jié)B試驗時，若一組6個試件中4個試件未出現(xiàn)滲水，此時的最大靜水壓力即為混凝土抗?jié)B等級。經(jīng)試驗檢測，該混凝土抗?jié)B等級大于P12。

4 結論

在高速公路工程項目建設中，高性能混凝土的性能應滿足相關要求，以提升工程的整體施工質(zhì)量。為了能夠準確評定高性能混凝土的性能指標，該文以自貢至隆昌高速公路成自瀘赤與樂自高速公路連接線項目的林過塘互通C0+825.5C匝道大橋為例，對C35高性能混凝土試驗檢測進行闡述，從而得出以下結論：

（1）由和易性試驗結果得出，該高性能混凝土具有良好的流動性、保水性、黏聚性。究其原因，主要是加入Ⅰ類粉煤灰的作用。由于粉煤灰的玻璃滾珠效應，在保證混凝土流動性的同時，又改善其保水性和黏聚性。

（2）由抗壓強度試驗結果得出，該高性能混凝土抗壓強度的標準差較低，為1.38 MPa，說明混凝土強度波動較小，生產(chǎn)質(zhì)量良好。此外，變異系數(shù)為0.036，說明混凝土強度比較穩(wěn)定。

（3）由抗?jié)B性試驗結果得出，該高性能混凝土抗?jié)B等級大于P12，具有良好的抗?jié)B性能，主要是由于礦粉、粉煤灰與水泥的水化產(chǎn)物改善了混凝土的孔隙分布，從而提高了混凝土的抗?jié)B性能。

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