高速公路施工中高性能机制砂混凝土的运用

赵成

摘要：在社会经济发展过程中，为了加强基础设施建设，对建筑材料的开采力度逐渐增大，同时在混凝土的配制过程中，主要材料天然砂的市场供应能力不断降低，为了满足高速公路的建设需求，需要加强对机制砂的有效利用。与此同时，想要达到让高性能机制砂混凝土的强度得到保证的目的，需要施工人员提高对合理配比的重视，明确不同材料的实际比例，从而让机制砂的功能和作用得到全面体现，提高高速公路的整体质量。

关键词：高速公路  高性能  机制砂混凝土  质量控制

中图分类号：U414

Abstract： In the process of social and economic development， in order to strengthen the construction of infrastructure， the mining of building materials has gradually increased. Meanwhile， in the process of concrete preparation， the market supply capacity of the main material natural sand is decreasing. In order to meet the construction demand of expressway， it is necessary to strengthen the effective utilization of manufactured sand. At the same time， in order to ensure the strength of high-performance manufactured sand concrete， constructors need to pay more attention to the reasonable proportion and clarify the actual proportion of different materials， so as to fully reflect the function and function of manufactured sand and improve the overall quality of expressway.

Key Words： Expressway; High performance; Manufactured sand concrete; Quality control

为了满足新时期不同地区的发展需求，更好地应对私家车及货车持有量大幅增多而造成的交通运输压力，高速公路工程建设规模不断增大。为了让公路质量得到有效保證和提高，需要加强对高性能机制砂混凝土的研究和利用。

1  工程实例基本情况分析

本文以广西地区的高速公路工程建设施工为例进行分析，广西松旺至铁山港东岸公路属于《2010—2020广西高速公路网规划》中梅溪至铁山港高速公路的关键支线，在广西玉林博白县与北海合浦县两个地区的交接位置，需要实现两个地区的连接同时完成与另一条高速公路的对接。在此条公路涉及的范围内，地势类型相对来说较为特殊，呈南低北高的形势，实际地貌特点包括剥蚀丘陵、剥蚀残丘准平原及河流堆积阶地地貌，工程施工区域所在海拔为30～100m，同时自然坡度为20°～45°，通过对地质条件的分析，发现有较大厚度的第四系黏土及淤泥质黏土覆盖层，并且在地表位置有严重的积水，整体地形存在较大的起伏，但是岩石组合边坡具有相对较好的稳定性[1-2]。

2  机制砂高性能混凝土在高速公路工程中的应用

2.1  配合比设计原理分析

对于高速公路工程施工作业而言，高性能混凝土的应用具有很多优势，如其工作性能较强，同时在力学性、稳定性及耐久性等方面表现较为突出。为了让材料的渗透性得到有效提高，需要在开展高性能混凝土配置工作的过程中，适当减少水的实际用量。与此同时，为了让混凝土结构具备稳定的体积，施工人员需要对水泥的实际用量做好合理控制。采用活性掺合料及高效减水剂相结合的方法，并且对颗粒级配进行科学优化，使得混凝土整体的密实度得到提升，让混凝土结构投入使用过程中的耐久性得到有效强化。由于在机制砂中有石粉的使用，为了保证水泥与减水剂实际用量明确的过程中，机制砂的坍落度能够满足设计需求，施工人员应该按照天然砂混凝土用户量对实际用水量进行控制，使后者大于前者。因为机制砂具有一定的粗糙性，需要适当增加砂率。

2.2  水胶比的计算和确定

在保证水泥既定强度fce为52.5MPa，同时粗骨料得到明确，C50混凝土配置强度为fcu，0，具体值为59.9MPa，水胶比的获得主要通过以下公式进行计算，如公式（1）所示：

因为《混凝土强度耐久性设计规范》（GB/T 50476—2008）中存在相应的规定，针对耐久性C50混凝土而言，其水胶比需要保证在0.36及以下，所以将此工程中公路高性能机制砂混凝土的水胶比定为0.36。通过与实际经验的有机结合，需要保证C50混凝土的浆体体积在35%及以下，如果浆体的体积不符合相关规定要求，会导致拌合物的性能体现受到阻碍，但是如果存在浆体过大的情况，则会引发整体结构的收缩变形，对于混凝土的稳定性来说，是不利影响因素。为了满足规定标准，需要将此工程项目中的混凝土浆体体积比例定为25%～30%。

2.3  用水量和合理明确

通过对混凝土耐久性设计标准及基础理论的分析和研究，耐久性C50高性能机制砂混凝土需要使用的胶凝材料实际用量为480kg/m³及以下。同时结合此工程项目的基本需求及实际情况，可以将胶凝材料的实际用量定为450kg/m³，与针对本工程明确的水胶比进行配合计算，可以对用水量进行确定，即450kg/m³×0.36=162kg/m³。

2.4  砂率的合理明确

如果混凝土中的砂率增大，与其相对应的骨料表面积及实际空隙率必然会出现一定程度的提高，如果在此种情况下，泥浆的整体含量不发生变化，会使得混凝土的流动性逐渐变小。而如果砂率减小，则会带来骨料之间砂浆层无法得到有效保证等问题，并且在以上因素的影响下，会让混凝土的流动性降低。为了避免以上问题的出现，需要施工人员对砂率做好合理控制[3-4]。通过对相关的机制砂和天然砂配制试验的分析，能够得到39%为高性能机制砂混凝土最佳砂率，而35%为天然砂混凝土最佳砂率。在此基础上，混凝土的坍落度达到峰值，即180mm及200mm，同时在砂率为39%的情况下，高性能机制砂混凝土拥有相对较好的性能。

2.5  配合比设计工作的有效落实

通过对以上内容的全面分析，发现高性能机制砂混凝土的砂率及减水剂的使用量与天然砂比较相对较高，同时机制砂砂率为40%，而减水剂的用量为1.2%。为了让配合比设计能够更好地满足实际需求及规定标准，需要施工人员合理控制氯离子及碱含量，同时加强对硅粉、粉煤灰及细矿砂的综合考虑，从而让混凝土的整体性能得到强化。其中，减水剂的实际用量需要通过分析胶凝材料与减水剂相应的相容性试验结果确定，而其余材料的实际用量，则需要采用专业的体积法通过计算得到。对于此工程而言，将高性能机制砂混凝土的最终配合比定为225kg/m³的水泥与68kg/m³粉煤灰，而实际用水量为162 kg/m³，矿粉用量为162kg/m³、石为1076kg/m³，砂用量为721kg/m³，最后减水剂为5.6 kg/m³;针对天然砂高性能混凝土来说，水泥用量为225 kg/m³、砂为645 kg/m³，而水量为162 kg/m³、粉煤灰为68 kg/m³、石为1143 kg/m³，最后减水剂为4.5 kg/m³。

3  加强高速公路施工中高性能机制砂混凝土应用过程中的质量控制

3.1  充分满足施工工艺要求

在开展高速公路工程施工作业过程中，对高性能机制砂高性能混凝土进行利用时，应该对水胶比进行合理控制，同时严格控制混凝土的水化热，避免在混凝土结构内部因温差较大出现质量问题。由于在机制砂中含有石粉，此类物质具备相对较强的吸附能力，对于减水剂的作用发挥产生不利影响，为了避免此类问题的出现，需要对规定的步骤做好分析，保证每项工作的落实都能符合相关要求。与此同时，通过施工人员需要对减水剂的使用过程中提高重视，防止其投入拌合机的过程中，损耗自身的各项性能。

3.2  站在强度的角度做好提升工作

对于高速公路的质量保证而言，混凝土强度是关键性影响因素之一，同时也是开展工程质量控制工作的主要依据。针对不同龄期的高性能机制砂混凝土而言，通过对其整体强度的分析，可以明确无论何时，此种混凝土的实际强度均比天然砂要高，主要由于机制砂混凝土的表面相对较为粗糙，可以在实际应用过程中实现与水泥石的更强粘结，并且具有相对较低的表面孔隙率，使得整体的稳定性及可靠性得到提升。除此之外，天然砂的市场价格不断发生变化，无法保持稳定状态，使得工程施工成本在一定程度上有所增加，选择机制砂具有更强的经济性[5]。

3.3  严格控制高性能机制砂混凝土應用过程中的收缩变形

高性能机制砂混凝土在使用过程中，即使没有载荷的作用，也避免不了因不同因素的影响而出现的裂缝问题，如自收缩、塑性收缩及温度收缩等。通过对相应的收缩试验进行分析，并与天然砂进行横向对比，发现机制砂混凝土在应用初期具有相对较大的收缩程度，但是在后期使用过程中，二者的收缩程度逐渐趋近。引发此种情况的主要原因是机制砂中的石粉成分具有加速水泥水化的作用，与此同时产生水化碳铝酸盐，使得机制砂混凝土在使用初期出现自收缩现象。但是在此公路工程中，采用的实际石粉含量为3.6%，对于混凝土的收缩而言，不会产生明显影响。

3.4  充分体现高性能机制砂混凝土的抗渗性能

高性能机制砂混凝土采用的水胶比相对较小，并且在配制过程中，适当添加矿渣及粉煤灰等矿物，能够对混凝土的整体结构进行改善，如几何形状及孔径分布等，在混凝土水化的过程中，存在的渗透通道会被生成的凝胶堵塞，使得混凝土结构在实际应用过程中的抗渗性能得到有效提高。在此项工程中，高性能机制砂混凝土的实际透水高度为23mm，与抗渗性试验相比较而言，高于其19mm的标准，所以具备相对较强的抗渗性。

3.5  全面发挥高性能机制砂混凝土的抗碳化性能

在水泥经过水化后，会有一定量的碱性物质产生，此种因素的影响下，决定了混凝土孔隙中的溶液整体呈碱性，从而在实际应用过程中，能够有效保护钢筋。但是一旦此类碱性物质与空气中含有的CO2接触，会导致整体的碱性降低，从而出现混凝土结构收缩以及钢筋发生锈蚀的情况，以上现象称为碳化反应。但是通过高性能机制砂混凝土的利用，可以让混凝土的密实度得到强化，有效降低空气中CO2进入混凝土结构中的概率，使得整体具备较强的抗碳化性能[6]。

3.6  从机制砂的生产环节出发做好质量控制

为了保证机制砂的质量，需要提高对生产企业的监督和管理。机制砂生产企业需要增强内部员工的质量控制意识，从多个角度出发，如机制砂的级配及含粉量等，同时保证各生产环节符合相关标准，让不同工作的落实更加规范化。高速公路工程建设单位可以通过全面的市场调查，了解优质的生产企业，并与其建立长期合作关系，让机制砂的质量得到保证，同时更加符合自身的施工作业要求，从而使得高速公路的整体质量得到有效保证。

4  结语

通过对高性能机制砂混凝土的研究和分析，得到在此工程中，机制砂的应用具有重要作用和意义。由于机制砂具有表面粗糙的特点，能够在使用过程中与水泥产生更好的粘合作用，同时通过对石粉的合理利用，可以有效减少裂缝的发生。因为高性能机制砂混凝土与天然砂混凝土相比具有较高的密实度，可以在一定程度上阻止空气中的CO2进入混凝土中，降低碳化反应的发生概率，从而让高速公路拥有更强的承载能力，促进公路事业的稳定发展。

参考文献

[1]马相明，张蕾. 高速公路施工中高性能机制砂混凝土的应用研究[J]. 公路工程，2017，42（5）：149-153，238.

[2]陈起群. 高性能机制砂混凝土的配制及性能试验分析[J]. 广东建材，2021，37（9）：11-13，41.

[3]汤志为. 纤维自密实路面混凝土组成设计与性能研究[D].西安：长安大学，2019.

[4]伍秋红. 混凝土结构控裂技术研究[D].广州：广州大学，2020.

[5]张永明. 试析高性能机制砂混凝土的性能及应用技术[J]. 建筑与装饰，2019（6）：197.

[6]王勇. C100机制砂超高强高性能混凝土隧道衬砌管片的研制[J]. 新型建筑材料，2021，48（2）：62-65.

3681500338227