机制砂高性能混凝土在高速公路工程中的应用

摘 要：随着科学技术的不断发展，以及天然砂资源的逐渐减少、质量的日益下降，难以满足当前建筑对砂的需求，土木工程建设中逐渐加大了对机制砂高性能混凝土的利用。机制砂高性能混凝土因其良好的耐久性能、力学性能等在当今大桥建设及高速公路工程中被广泛利用。本文主要针对机制砂高性能混凝土应用中出现的级配不良，并结合贵州某高速公路工程，通过分析在不同配合比下机制砂高性能混凝土的工作、耐久、力学等性能，来阐述其在高速公路工程上的应用。

关键词：机制砂；高性能混凝土；配合比设计；应用

近年来，我国基础建设的大力发展，建筑施工对混凝土的需求量也逐年增大，然而由于建筑资源的分布不均且在短期内属于不可再生的资源，天然砂资源出现供应不足甚至枯竭的问题，因此越来越多的建筑施工工程中开始利用机制砂代替天然砂。由于我国在机制砂的科研上没有完善的研究体系，相关技术还不够成熟，对高性能机制砂混凝土的性能研究仅仅局限于力学性能方面，对于其耐久性能的研究还需进一步加强。贵州地区地市较为险峻、陡峭，省内大部分地区以峡谷、河流为主，大跨度混凝土连续刚构桥因其良好的环境适应性以及技术经济性满足了省内道路交通运输问题。

1 机制砂高性能混凝土在高速公路上的应用

1.1 工程概况

贵州省思南至剑河路段是贵州省纵贯铜仁、黔东南自治州的南北向交通要塞，它是贵州东部地区南下珠三角、北上重庆的重要经济要道。本次高速公路项目工程连接了贵州省四个县（思南、镇远、石阡、剑河），对于推动当地的经济发展以及城镇化进程有着重要的意义。线路总长160.455千米，在思南西、双塘、石阡、镇远西、报金等11处设置互通立交，互通连线总长14.748千米，其路基宽22米且设计速度为80km/h，采用公路I级，双向四车道建设标准。

1.2 配合比设计

1.2.1 水胶比的选择

根据应用于桥梁的C50混凝土的配制强度、粗骨料种类以及水泥的强度，通过相关强度公式计算将思南高速公路桥梁的C50混凝土水胶比定为0.35。由相关理论以及实际经验可知强度等级为C50的浆体的体积应该小于35%，浆体太低会影响拌和物的工作性能，浆体过高会对收缩徐变的体积稳定性产生影响，综合考虑选定浆体体积比在24%至29%之间。

1.2.2 用水量的选择

根据混凝土强度耐久性的相关设计标准，C50机制砂混凝土的胶凝材料最大用量为490kg/m3，因此在用水量的选择上，根据上一步确认的水胶比初步确定用水量为490kg/m3×0.35=171.5kg/m3。

1.2.3 砂率的选择

高性能机制砂混凝土配合需要一个合理的砂率，砂率过低时不能保证在粗骨料之间拥有足够的砂浆层，同时降低了混凝土拌合物的流动性；砂率过高时，又会增大骨料的总表面积和空隙率，在水泥浆量不变的前提下减小了拌合物的流动性。表1是砂率对C50机制砂高性能混凝土工作性能和强度的影响检测结果表。

结果表明，砂率变化对混凝土的工作性能和强度均有较为明显的影响，随着砂率增加，混凝土拌和物坍落度变化差不多，但是坍扩度却呈现先增后减的趋势。砂率为31%、33%时。混凝土拌和物坍落度和坍扩度比较大，但轻微离析，表明砂率偏低。当砂率为37%时，由于细集料用量增加和石粉含量增多，拌和物过粘，则砂率偏大。当砂率为35%时候，混凝土工作性能比较理想。高性能混凝土由于水胶比较小，用水量也较低，黏稠度较大，为避免拌和物过黏，在满足工作性能的前提下尽量选择偏低的砂率。

1.2.4 配合比的确定

根据上述理论计算再加上实验结果，确定机制砂高性能混凝土的配合比，为满足设计和相关设计要求，严格控制氯离子和碱含量，选择掺和硅粉、磨细矿渣以及粉煤灰来改善混凝土的工作性能，此外还需要降低水泥用量，通过分析减水剂与胶凝材料的相容性实验来选取最合适的减水剂用量，完整确定以上材料的用量后再采用体积法算出其他材料用量。机制砂高性能混凝土配合比设计如表2所示。

2 机制砂高性能混凝土施工质量控制

高速公路工程采用机制砂高性能混凝土的时候，相关技术及施工人员要提高认识、转变观念，加强对施工现场的管理并完善基础设施，通过对机制砂高性能混凝土的配制过程进行全方位控制及动态管理，严格控制其质量，从而使其达到设计的理想效果。具体来讲要从施工前原材料的选择、施工过程的工艺技术、施工过程的控制管理等方面来对机制砂高性能混凝土施工质量进行严格控制。

2.1 原材料选择

原材料作为机制砂高性能混凝土的载体，其质量的好坏直接影响着最终产品机制砂高性能混凝土的质量，因此在施工开始前及施工过程中，要加强对原材料的管理。对于如水泥、外掺剂及减水剂等需要外购的材料，相关采购人员要严格把控其质量，采购时供应商必须拥有质量保障单和产品合格证。与此同时还要与商家建立永久性的材料台账及检查验收制度。对于比较重要部位的混凝土材料还应该建立可供备选的采购方案，严格控制质量，相关管理人员还应该按一定的频率对原材料进行随机抽样，检测合格后方能用于混凝土配制。

2.2 施工过程中的工艺要求

在实验室配制机制砂高性能混凝土后，高速公路工程施工过程要从保证混凝土的密实性、体积稳定性以及匀质性等方面来确保混凝土的质量，要注意施工现场的不确定因素对其影响。具体来讲要做好如下工作：（1）严格控制水胶比；（2）通过测量混凝土的 水化热来控制温度，以防混凝土内外温度差超过了规定要求；（3）严格按照预设步骤来投放材料，由于机制砂中所含石粉对高效减水剂有较强的吸附作用，因此要避免减水剂投入拌和机后被石粉吸附而失去了原有的吸附功能；（4）加强对施工人员的专业培训，并采用合理的管理制度来约束施工技术及操作人员，使得高速公路工程混凝土施工期间的各个环节能够安全有效进行。

2.3 对施工采取全过程动态控制

由于机制砂对高效减水剂以及矿物掺和料的敏感性程度很高，其质量非常不稳定，在对其质量控制上有一定的难度，同时由于混凝土的保水性、粘聚性和流动性这三个性能指标间存在一定的牵连效应，一旦发生局部变化便会带动整体从而对整体质量产生影响。因此在高速公路工程施工过程对混凝土质量控制中采用承包人、监理方和中心实验室三级动态控制，结合数理统计方法来绘制控制分析图，通过分析混凝土的动态原材料的动态变化来及时调整机制砂高性能混凝土配合比，确保其区域密实、匀质及体积稳定性能。承包人、监理方、中心试验室组成的三级控制部门应该相互配合、严格监督，确保机制砂高性能混凝土的高质量。

3 结语

随着建筑行业的进一步发展，机制砂高性能混凝土也将在道路桥梁工程中扮演更加重要的角色。如何有效配制、使用及管控机制砂高性能混凝土成为相关施工技术人员及管理人员需要注意的重要问题。机械砂高性能混凝土施工程序较为繁琐，配制方面，从原料的准备、配料、搅拌、搅拌等环节都需要严格的把关。此外在做好配合比的同时还要加强对施工过程中工艺的控制，要结合施工现场的实际情况，因地适宜、优化组合，通过科学的管理及规范化作业来对高速公路施工过程进行动态管理。

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作者简介：杜淼（1981.09- ），男，本科，工程师，湖南联智桥隧技术有限公司，主要从事工程检测工作。