高速公路高性能混凝土强度试验分析_陈东浩.pdf

90工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工2 试验设计2.1 高性能混凝土配合比设计当前，配制高性能混凝土的主要原材料为水泥、外加剂及其他外掺料，但经试验表明，其成型效果欠佳。故本研究将化学性质较为稳定的复合掺合料代替水泥，并结合其他基础用料完成高性能混凝土的制备。复合掺合料的主要成分包括粉煤灰、超细矿粉等多种活性较高的矿物掺料2。其中每种材料均具备较强的激发性，因此可省略双掺配制这一过程。这不仅便于实际工程直接应用，同时能够将混凝土的耐用性能充分发挥，在一定程度上提高了混凝土轴心的抗压强度。本研究中配制混凝土的砂浆选用河中砂，其中最大粒径不超过 15mm；减水剂为 HJSX-A 的聚羧酸系的高性能减水剂，其的稳定性可满足高速公路的路段施工要求；早强剂为碱金属盐；缓凝剂为无机酸。确定配合比如表 1 所示。0 引言混凝土由于具备原材料制作方便、施工工艺简单、成本较低等优势，被广泛应用于大型工程建设中。在高速公路工程中，主要以高性能混凝土为建筑材料，但由于其存在耐久性较差、水灰比不稳定、内部具有较多孔隙等缺陷，使得在工程中的使用受到诸多限制1。基于此，有必要在真正施工前，对工程中混凝土的抗压强度进行预先试验，以提高混凝土的耐用性能，延长其使用年限。本文结合实际高速公路工程，根据工程设计要求，对试验进行设计，通过配比混凝土材料，制作试验用试件，并采用压力试验机对其进行抗压强度试验，分析外掺料、养护温度、骨料种类和 SPA 掺量对混凝土强度的具体影响，以期为高性能混凝土在建筑工程中的应用打下基础。1 工程概况某高速公路的起点为 K1+423，终点为 K2+520.6，路线总长为 75.63km，设计最大时速为 150km/h，平均时速为 78km/h。起讫点分别为四车道与六车道。该高速公路的路面均采用混凝土材料，混凝土施工工作量为 12056m3。为保证该高速公路建设完毕后，其双向通道能够同时容纳 8 车，需对该工程路面进行拓宽施工，预计拓宽宽度为 12m。为保证后续施工中投入使用的混凝土质量符合工程要求，对高性能混凝土所需原材料进行合理配比，并对其抗压强度进行试验，根据试验结果选用符合工程要求的高性能混凝土，以提高高速公路工程的施工质量。表 1 高性能混凝土配合比配合比设计编号组分/kg砂率/%替代率/%水水泥复合掺合料砂石减水剂A116022111967111945.14035A216022111970911565.14035A316022111974611195.14035A416020413667111945.14040A516020413670911565.14040A616020413674611195.14040高速公路高性能混凝土强度试验分析陈东浩摘要：以实际高速公路工程为例，对工程中高性能混凝土的强度进行试验分析。通过设计高性能混凝土配合比、试件制作及试验方法的确定，研究矿物掺合料含量、养护温度、加入的骨料类型和养护剂的掺入量，对高性能混凝土强度的具体影响。试验结果显示：掺合料的含量越高，混凝土强度越高。最利于增强混凝土强度的温度大约为 50。细骨料比粗骨料能促进混凝土强度的增强。当 SPA 掺量低于 0.25%时，利于混凝土强度发展；当 SPA 掺量高于 0.25%时，不利于混凝土强度发展。关键词：高速公路；高性能；混凝土；强度试验（中铁十九局集团第一工程有限公司，辽宁辽阳 111000）CM&M 2023.0191另外在混凝土配比中适当加入强度等级为 52.3MPa 以上的胶凝材料，以保证配制完毕的混凝土的坍落度不大于200mm。同时，选用 SH250QJ80 型高压泵，用于将混合液送入自动搅拌机中3。入泵时的混凝土坍落度同样不超过 200mm。这样一来，配制出的混凝土流动性更强。2.2 试件制作为研究不同因素对高性能混凝土强度的影响，本次试验共对每种混凝土配合比设计 3 个 100mm100mm300mm的棱柱体试件用于强度试验。试件制作过程如下：将中砂、硅灰、掺合料、超细矿粉等所有干料同时倒入搅拌桶中，并缓慢加入纯净水，先人工搅拌 5min。将 60%的减水剂与 30%缓凝剂加入水中搅拌均匀，之后倒入搅拌桶中，使其与原先的混合液混合均匀。将混合液利用高压泵泵送至搅拌机中，启动搅拌机，搅拌 5min。当胶凝材料变成流动性较强的稀释液体时，加入 40%的速凝剂，并将剩余减水剂全部倒入混合物中，直到达到较好的流动性。搅拌完毕后，将混凝土装入混凝土试模中，在试验室振动台上振动 20s 后将试模表面抹平，并将多余混凝土利用刮刀剔除4。随后再次振动 30s，静置 10min，在试模顶部覆盖一层保鲜膜。将试验室温度调高至 30，对混凝土进行自然养护 48h 后脱模。利用上述方法制作若干个试验用试件，并对其进行编号。2.3 试验方法试验中对混凝土进行强度试验的规范参照相关标准进行。主要试验仪器为 5000kN 的伺服压力试验机，其最大加载速率为 2.2MPa/s，最大加载力为 4500kN。在正式试验前，为保证试验安全性，先对试验机进行预压，预压加载力控制为实际加载力的 30%，以 8kN/s 的加载力对其进行 34 次加压与卸压后，记录位移传感器的读数，之后特征传感器位置，将其读数控制在 2mm 范围内5。正式加载时，采用弹性控制方式，加载速率为 0.002mm/s，直到试件被破坏或水平位移超过 4.5mm 时停止加载，并记录试验结果。3 试验结果分析3.1 外掺料对高性能混凝土强度影响分析本试验中的试件胶凝材料、减水剂与砂率含量均相同。为避免其他条件对此次试验结果的影响，试件中均不含有骨料，且外加剂含量为胶凝用量的 2.3%。另外，由于外掺料会增大用水量，因此根据外掺料用量适当提高外加剂用量6。掺合料成分包括超细矿粉、硅灰、粉煤灰。通过调整速凝剂质量控制混凝土的流动性，并且坍落度为 100mm。分别对试件 A1 至 A3 添加 0%、40%、70%和 100%的矿物掺料，比较试件的强度变化。试验结果如图 1 所示。如图 1 所示，当混凝土配比中的矿物掺合料含量逐渐升高时，混凝土强度也随之增大。但前期影响不明显，当掺合料含量达到 70%时，混凝土强度出现大幅度提升。这是由于外掺料中粉煤灰的具有较强挥发性的物理性质和集料性的化学性质，将其混入混凝土中后，会使混凝土具有良好的延展性。同时，粉煤灰的活性效应能够极大促进混凝土后期的强度发展。除此之外，外掺料能够改变混凝土的微观结构，降低混凝土内部存在的孔隙孔径，强化混凝土的集料界面，进而提高混凝土的强度。3.2 养护温度对混凝土强度影响分析本试验选取 A6 混凝土试件进行研究。试验中的养护条件为标准条件养护，分别记录在系统养护龄期、不同温度条件下的混凝土强度，试验结果如表 2 所示。从表 2 可知，对成型后的混凝土进行不同温度的养护，温度越高，混凝土强度越高。但龄期为 28d 时，50条件下的混凝土强度最高，为 59.8MPa。养护龄期小于 7d 时，混凝土的早期强度较高。当超过 7d 后，混凝土的强度增长程度不明显。随着养护时间的增加，混凝土成型后的温度越低，其强度越高7。由此可以说明，在 300下，混凝土的早期强度要快于后期，但 60之后的强度明显低于4050之间的强度。因此，说明该试验中 50左右的养护温度最适宜混凝土的强度发展。图1 矿物掺和料含量对混凝土强度的影响掺和料含量/%强度/MPa 表 2 不同养护温度下强度试验结果 MPa龄期/d23457142810强度12.1623.8828.3132.7834.3334.3343.1420强度21.1027.4328.4532.8741.5041.5046.5030强度-29.0730.1233.5038.8238.8243.8650强度-39.5546.5552.7352.9552.9559.8870强度-43.5145.4750.5453.5853.5854.4792工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工3.3 骨料种类对高性能混凝土强度影响分析本试验分别在 A1 至 A3 试件中加入可再生粗骨料与细骨料，比较工程养护下 30d 后的混凝土试件的强度，试验结果如表 3 所示。试验结果表明：用再生粗骨料代替天然骨料，高性能混凝上的强度值有一定提升；而再生细骨料含量加大时，混凝上的强度则表现出更大的增长幅度。试验结果较好地反映了再生骨料对混凝上强度影响规律性的一面。混凝土是由三相复合而成的材料，即骨料、水泥石与界面过渡层。当骨料含量远高于水泥石含量时，混凝土强度主要由界面强度和水泥石强度支配，而当骨料含量不足或与水泥石的含量较接近时则会给混凝上强度带来不利影响。3.4 养护剂掺量对混凝土强度影响分析本次试验中的试件选取 A1 试件进行。其中水胶比为0.32，将含水量为35%的SPA材料按照水胶比的0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%掺入，按照 C57 规范，对混凝土试件进行处理。SPA 掺量对混凝土强度的影响结果如图 2 所示。分析图 2 可知，随着 SPA 掺入量的提高，混凝土强度变化呈现上凸形，混凝土强度的变化趋势为先升高再降低。分析认为，由于 SPA 的加入，混凝土的内部水环境被破坏，使得混凝土的含水量降低。而混凝土的养护湿度越低，其强度越高。而当 SPA 掺入量超过 0.25%时，混凝土内部含水量达到稳态，导致其强度降低。因此，对于本试验而言，0.25%的 SPA 掺入量是混凝土强度变化的分界点，SPA 掺入量在 0.25%以内，会促进混凝土强度增强，掺入量大于0.25%，对混凝土强度增强起阻碍作用。4 结论本文通过改变高性能混凝土的外掺料含量、养护温度、骨料种类及 SPA 掺量来分析混凝土的强度变化，经过实验得出以下结论：外掺料对混凝土强度起促进作用；最利于混凝土强度增强的温度大约为 50；相比于粗骨料，细骨料更加能提高混凝土强度；SPA 掺量在 0.25%以内时，混凝土的强度增加，SAP 掺入量大于 0.25%时，混凝土强度降低。5 结语本文以高速公路工程为研究背景，以高性能混凝土为研究对象，考察混凝土强度随外掺料含量、养护温度、骨料类型和养护剂 SPA 含量四个因素的变化情况。根据试验结果，可通过有效控制上述影响指标，优化其耐用性能，保证高性能混凝土强度符合工程设计要求。参考文献1 嵇其伟,闻一江,王升位.受铅污染的塑性混凝土强度和渗透 性试验研究 J.人民长江,2022,53(11):158-162+169.2 杨坤,唐晓玲,李友彬,等.超声回弹综合法检测堆石混凝土强 度的试验研究 J.水利规划与设计,2022(11):153-157.3 潘言凯.蒸压加气混凝土砌块抗压强度试验研究 J.砖瓦,2022 (11):13-15.4 张晓翠.硫酸盐侵蚀下超声波检测水工混凝土强度试验探讨J.黑龙江水利科技,2022,50(10):31-33+163.5 于周平,杨伟军,宋念文,等.聚苯颗粒混凝土抗压强度的试验 研究 J.混凝土,2022(9):179-183.6 刘伟,薛浩东,赵飞洋,等.基于 PFC(2D)软件陶粒混凝土抗 压强度分析 J.新型建筑材料,2022,49(7):45-49+57.7 王文明,窦智,刘友柏,等.弧面对压法检测混凝土抗压强度试 验研究 J.混凝土世界,2022(7):14-19.图2 高性能混凝土强度-SPA曲线表 3 骨料种类对高性能混凝土强度影响结果试件水泥石含量/（kg/m3）细骨料/（kg/m3）粗骨料/（kg/m3）强度/MPaA1152324砂+324石32433.1A2152324砂+324石45236.4A3220456砂+456石45648.2A4220220砂+220石22020.1A5152324砂+324石25026.3A6152400砂+366石25046.8SPA掺量/%强度/MPa