張雪 黃贇

收稿日期：2024-03-22

作者簡(jiǎn)介：張雪（1987—），女，本科，工程師，從事工程試驗(yàn)檢測(cè)工作。

通信作者：黃贇（1987—），男，本科，工程師，從事工程試驗(yàn)檢測(cè)工作。

摘要 為了做好高性能混凝土試驗(yàn)檢測(cè)工作，提升高性能混凝土在高速公路工程中的應(yīng)用效果。文章結(jié)合自貢至隆昌高速公路成自瀘赤與樂(lè)自高速公路連接線項(xiàng)目，以林過(guò)塘互通C0+825.5C匝道大橋使用的C35高性能混凝土為研究對(duì)象，在選用優(yōu)質(zhì)的原材料以及合理的配合比基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了C35高性能混凝土的和易性、抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性等試驗(yàn)檢測(cè)要點(diǎn)，并得出了相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，該C35高性能混凝土具有良好的流動(dòng)性、保水性、黏聚性，并且抗壓強(qiáng)度處于良好水平，抗?jié)B等級(jí)大于P12。

關(guān)鍵詞 高性能混凝土；高速公路；和易性；抗壓強(qiáng)度；抗?jié)B性

中圖分類號(hào) U414文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 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(chǔ)上，通過(guò)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(lái)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(yīng)用。將高性能混凝土應(yīng)用于橋梁工程中，可以減少水泥用量和鋼筋用量。同時(shí)，高性能混凝土與預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)技術(shù)的有效結(jié)合，能降低橋梁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，進(jìn)一步減少工程量，加快施工進(jìn)度，節(jié)約人力成本及時(shí)間成本[2]。但是，在高速公路工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，若高性能混凝土的性能較差，將嚴(yán)重影響高速公路工程的使用年限[3]。此背景下，該文對(duì)高性能混凝土試樣檢測(cè)進(jìn)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(yīng)用。

1 工程概況

自貢至隆昌高速公路成自瀘赤與樂(lè)自高速公路連接線工程起于威遠(yuǎn)縣界牌鎮(zhèn)成自瀘高速公路，樁號(hào)為K0+000～CZLK153+569.947，止于貢井區(qū)橋頭鎮(zhèn)樂(lè)自高速，樁號(hào)為K19+823.004～ZLK94+066.923，設(shè)置林過(guò)塘樞紐互通。林過(guò)塘樞紐互通路線長(zhǎng)20.028 km，路基計(jì)價(jià)土方706 210 m3、路基計(jì)價(jià)石方2 693 040 m3，棄方282 190 m3，

排水及防護(hù)污工74 390 m3，大、中橋2 093.7 m/11座，通道及涵洞54道，無(wú)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(shè)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(xiàng)目的總體建設(shè)水平，需對(duì)高性能混凝土進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，保證高性能混凝土質(zhì)量符合要求。選取林過(guò)塘互通C0+825.5C匝道大橋?yàn)槔瑢?duì)其主墩使用的C35高性能混凝土進(jìn)行檢測(cè)。

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(duì)于高性能混凝土原材料的購(gòu)置，務(wù)必按照預(yù)算科學(xué)實(shí)施，并嚴(yán)格落實(shí)質(zhì)量檢測(cè)工作。

2.1 水泥

水泥對(duì)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(yīng)滿足高性能混凝土耐久性、強(qiáng)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(shí)際需求，使用普通硅酸鹽P·O42.5級(jí)水泥，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)后符合要求，性能指標(biāo)如表1所示。

表1 普通硅酸鹽 P·O42.5 級(jí)水泥性能指標(biāo)

序號(hào) 性能指標(biāo) 檢測(cè)值

1 安定性 0.5

2 初凝時(shí)間/min 186

3 終凝時(shí)間/min 266

4 3 d抗折強(qiáng)度/MPa 5.2

5 28 d抗折強(qiáng)度/MPa 7.1

6 3 d抗壓強(qiáng)度/MPa 26.4

7 28 d抗壓強(qiáng)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(xì)集料。粗集料和細(xì)集料分別選用普通碎石、天然河砂，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)后符合要求，性能指標(biāo)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(yàn)檢測(cè)后符合要求，性能指標(biāo)如表4所示。

表2 粗集料性能指標(biāo)

序號(hào) 性能指標(biāo) 檢測(cè)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(xì)集料性能指標(biāo)

序號(hào) 性能指標(biāo) 檢測(cè)值

1 含泥量/% 2.2

2 細(xì)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(biāo)

序號(hào) 性能指標(biāo) 檢測(cè)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(qiáng)度比/% 172

6 28 d抗壓強(qiáng)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(jié)構(gòu)，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(jí)礦粉，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)后符合要求，性能指標(biāo)如表5所示。

表5 S75級(jí)礦渣粉性能指標(biāo)

序號(hào) 性能指標(biāo) 檢測(cè)值

1 細(xì)度/% 1.8

2 流動(dòng)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(qiáng)，我國(guó)對(duì)粉煤灰的再利用越來(lái)越重視，因此，粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用越來(lái)越多。該工程選用Ⅰ類粉煤灰，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)后符合要求，性能指標(biāo)如表6所示。

2.5 水

拌和水使用飲用水，條件滿足時(shí)，就近選擇潔凈的河水。

2.6 配合比設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)一般以試驗(yàn)法進(jìn)行配合比計(jì)算，先計(jì)算出理論配合比，再換算成施工配合比，進(jìn)而編制設(shè)計(jì)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(biāo)

序號(hào) 性能指標(biāo) 檢測(cè)值

1 細(xì)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(qiáng)度

等級(jí) 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(yàn)檢測(cè)

高性能混凝土試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目較多，主要有和易性試驗(yàn)、泌水率試驗(yàn)、凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)、抗壓彈性模量試驗(yàn)、抗?jié)B性試驗(yàn)等[5]。該文僅從和易性試驗(yàn)、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、抗?jié)B性試驗(yàn)三個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)論述，具體檢測(cè)要點(diǎn)和結(jié)果如下。

3.1 和易性試驗(yàn)

和易性是評(píng)定高性能混凝土拌和物的綜合性指標(biāo)，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(dòng)性、保水性、黏聚性等三個(gè)指標(biāo)，無(wú)法采用一種試驗(yàn)方法來(lái)綜合檢測(cè)。對(duì)于混凝土拌和物和易性的評(píng)定，通常是先對(duì)拌和物的流動(dòng)性進(jìn)行檢測(cè)，然后再根據(jù)目測(cè)方法評(píng)定其保水性和黏聚性。混凝土拌和物流動(dòng)性檢測(cè)一般采用坍落度試驗(yàn)，測(cè)定其稠度[6]。

（1）試驗(yàn)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(dāng)最后一次裝入混凝土拌和物時(shí)，應(yīng)稍微高出坍落度筒一些，并用搗棒均勻插搗25次，插搗過(guò)程中，隨時(shí)補(bǔ)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(guò)直尺量出坍落度筒頂與拌和物試樣頂點(diǎn)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(guò)目測(cè)方法進(jìn)行評(píng)定，保水性是指混凝土拌和物保持水分的能力，當(dāng)坍落度筒提起后，若拌和物試樣底部幾乎沒(méi)有水分流出，則認(rèn)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(dāng)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(yàn)結(jié)果。在混凝土拌和物澆筑過(guò)程中，每1 000 m3混凝土拌和物檢測(cè)坍落度一次，并觀察拌和物的保水性和黏聚性，結(jié)果如表8所示。

表8 混凝土拌和物和易性試驗(yàn)結(jié)果

試樣編號(hào) 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(qiáng)度試驗(yàn)

抗壓強(qiáng)度是評(píng)定高性能混凝土品質(zhì)的主要指標(biāo)?？箟簭?qiáng)度試驗(yàn)是在規(guī)定齡期內(nèi)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的立方體強(qiáng)度試件進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得在規(guī)定保證率下的抗壓強(qiáng)度[7]。

（1）試驗(yàn)方法。將混凝土立方體強(qiáng)度試件表面擦拭干凈，放置于承壓板上，立方體強(qiáng)度試件與壓力機(jī)調(diào)平、對(duì)中，承壓面不能為澆筑表面。啟動(dòng)壓力機(jī)，當(dāng)試件上表面與壓力機(jī)上壓板剛接觸時(shí)，停止壓力機(jī)，全面調(diào)整壓力機(jī)球座之后，再次啟動(dòng)壓力機(jī)，均勻連續(xù)施加載荷，直至試件破壞，記錄此時(shí)載荷值，通過(guò)計(jì)算得出試件抗壓強(qiáng)度。

（2）試驗(yàn)結(jié)果。取10組立方體強(qiáng)度試件，檢測(cè)其28 d齡期的抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

表9 混凝土立方體強(qiáng)度試件28 d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

試件編號(hào) 抗壓強(qiáng)度/

MPa 平均值/

MPa 標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)

抗?jié)B性用于評(píng)定高性能混凝土的抗水滲透能力。抗?jié)B性試驗(yàn)方法有逐級(jí)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(jí)加壓法對(duì)混凝土的抗?jié)B性進(jìn)行檢測(cè)。

（1）試驗(yàn)方法。每組混凝土試件為6個(gè)，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)，試件成型后24 h拆模，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)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(duì)其進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)，啟動(dòng)儀器加水壓，水壓從0.2 MPa開(kāi)始，每隔8 h增加水壓0.1 MPa，加壓過(guò)程中隨時(shí)觀察試件表面滲水情況，一直加壓至6個(gè)試件中3個(gè)試件表面發(fā)現(xiàn)滲水，停止試驗(yàn)，記下此時(shí)的水壓力。

（2）試驗(yàn)結(jié)果。混凝土抗?jié)B等級(jí)分為P4、P6、P8、P10、P12、大于P12等六個(gè)等級(jí)，當(dāng)混凝土抗?jié)B試驗(yàn)時(shí)，若一組6個(gè)試件中4個(gè)試件未出現(xiàn)滲水，此時(shí)的最大靜水壓力即為混凝土抗?jié)B等級(jí)。經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，該混凝土抗?jié)B等級(jí)大于P12。

4 結(jié)論

在高速公路工程項(xiàng)目建設(shè)中，高性能混凝土的性能應(yīng)滿足相關(guān)要求，以提升工程的整體施工質(zhì)量。為了能夠準(zhǔn)確評(píng)定高性能混凝土的性能指標(biāo)，該文以自貢至隆昌高速公路成自瀘赤與樂(lè)自高速公路連接線項(xiàng)目的林過(guò)塘互通C0+825.5C匝道大橋?yàn)槔?，?duì)C35高性能混凝土試驗(yàn)檢測(cè)進(jìn)行闡述，從而得出以下結(jié)論：

（1）由和易性試驗(yàn)結(jié)果得出，該高性能混凝土具有良好的流動(dòng)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(yīng)，在保證混凝土流動(dòng)性的同時(shí)，又改善其保水性和黏聚性。

（2）由抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果得出，該高性能混凝土抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差較低，為1.38 MPa，說(shuō)明混凝土強(qiáng)度波動(dòng)較小，生產(chǎn)質(zhì)量良好。此外，變異系數(shù)為0.036，說(shuō)明混凝土強(qiáng)度比較穩(wěn)定。

（3）由抗?jié)B性試驗(yàn)結(jié)果得出，該高性能混凝土抗?jié)B等級(jí)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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