高速公路高性能混凝土的质量控制策略剖析

邵宗文

（云南省公路工程监理咨询有限公司 云南 昆明 650000）

0 引言

近年来，全国基础设施建设迎来了快速发展时期，高速公路工程数量不断增多，规模也不断扩大。在高速公路建设工程中，材料是影响公路工程的一个重要因素，当前社会各界对公路工程质量要求更高，所以必须通过优化、严选材料来实现工程质量目标，确保群众出行安全。

高性能混凝土是指以工程设计、施工及使用对混凝土性能特定要求为总目标，选优质常规原材料，合理掺加外加剂和矿物掺合料，采用较低水胶比并优化配合比，通过预拌和严格的技术措施，制成具有优异的工作性能、力学性能、耐久性能和长期性能的混凝土。

研究与实践证明[1]，保持高性能混凝土优良品质的关键就是不断规范与优化高性能混凝土制备工艺，做好高性能混凝土的使用与储存管理。下文结合实际，对高速公路高性能混凝土的质量控制措施做具体分析。

1 高性能混凝土原材料选用与检验

1.1 水泥

选择配制高性能混凝土的水泥原料时，按照国家现行标准《通用硅酸盐水泥》GB175的规定进行，保证水泥的强度等级、特性等符合要求。选择水泥时，严格按照高性能混凝土的耐久性、长期性及强度要求进行。按照规定，若混凝土中采用碱活性骨料，则宜选用含碱量不大于0.6%的低碱水泥[2]。在高速公路工程中，火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥不是十分适用，符合标准的普通硅酸盐水泥比较适合高速公路工程。所谓符合标准，即是标准稠度用水量低、比表面积不大于350 m2/kg、品质稳定的42.5级硅酸盐水泥。另外，为保证公路工程质量，水泥中的氯离子含量应≤0.03%，碱含量≤0.06%，游离氧化钙含量≤1.5%，熟料中的C3A含量≤8.0%[3]。

1.2 矿物掺合料

矿物掺合料也是组成高性能混凝土的一项重要原料，该类掺合料多选择硅灰、天然火山灰以及粒化电炉磷渣粉、磨细矿渣粉、粉煤灰等。施工时若以粉煤灰作为掺合料，粉煤灰各项技术指标应符合以下规定：C50以下混凝土，粉煤灰的含水率（%）≤1.0，需水比（%）≤105，烧失量（%）≤8.0，SO3含量≤3.0%，CaO含量≤10.0%。C50及以上混凝土烧失量≤5.0，其他技术指标与上述一致。选用矿物掺合料时，还应采用实际原材料经混凝土试配验证，其工作性能、力学性能和耐久性能满足设计和施工要求，并符合现行国家和行业相关标准时，才能投入使用[4]。

施工时，先对混凝土中水泥的种类及掺量等进行了解，然后再对工程结构特点、所处环境特征等进行调查分析，在此基础上多次试验，不断优化调整，确保最终确定的矿物掺合量最为科学合理。另外，在选择矿物掺合料的种类及确定矿物掺合料产量时，需遵循以下原则：若施工时外部温度较高，混凝土浇筑温度较高，混凝土水胀比较小，且混凝土强度验收期较长，就应适当增加矿物掺合料掺量。当混凝土构件最小截面尺寸小于150 mm时，坍落度与矿物掺和量选择最小。若混凝土工程是在低温条件下进行或混凝土构件早起强度要求较高，掺加矿物掺合料时也将掺量控制为最小[5]。

1.3 外加剂

应用于高性能混凝土中的外加剂需有较小的坍落度损失、较高的减水率，减水剂的性能应合格过关，减水剂与水泥等原料有较好的相容性能，有助于优化混凝土的质量，提高混凝土的耐久性。如果是在混凝土中添加外气型外加剂或引起剂，那么产品的气泡稳定性必须达标。外加剂性能指标需同时符合当地交通行业有关规定与国家现行标准《混凝土外加剂》GB8076有关规定[6]。应用于高速公路工程的外加剂性能指标还需满足以下标准：压力泌水率指标≤90%，氯离子含量≤0.02%，硫酸钠含量≤5.0%，碱含量≤10.0%。此外，应用于工程的外加剂必须由专业检测机构进行检测，使用前检查检测合格证明，对未经检测或缺少合格证明的外加剂不予使用。水泥、矿物掺合料及外加剂等原料的批次、进场等需符合规定，当批次发生变化时，需重新试验原料之间的相容性以及外加剂的减水率与实际密度。

1.4 细骨料

按照规定，应用于高速公路工程的高性能混凝土必须要有稳定性能与优良品质，所以构成高性能混凝土的细骨料这一原料在性能质量上也要达标。

按照规定，所用细骨料需具备级配良好、小空隙、低吸水率、质地均匀坚固等特点，所用细骨料最好是细度模数为2.6～3.2的洁净中粗天然河砂或机制砂，禁止使用山砂。所用细骨料各项技术指标应达到以下标准：含泥量、泥块含量、云母含量、轻物质含量、氯离子含量分别≤0.5%、0.5%、0.5%、0.02%，有机物含量要达到合格标准，硫化物及硫酸盐含量（按SO3质量计，%）≤0.5。应用于工程中的细骨料要经过碱骨料反应试验，试验后，由砂配制的试件无胶体外溢、裂缝、酥裂等现象，在规定试验龄期的膨胀率应小于0.1%[7]。

细骨料进场时，应对细骨料做严格验收，验收时将同规格、同产地且连续进场的骨料做一批验收（每批验收不超过600 t或400 m3）。如果进场材料性能质量比较稳定，连续进场量较大，就可以在重量达到1 000 t时统一进行一次验收。验收项目包括外观、筛分、含泥量、有机物含量、细度模数、机制砂石粉含量、泥块含量等几项，有时还应详细检查细骨料的碱活性、氯离子与有害物质含量及骨料的坚固性等，确保细骨料性能质量完全达标。

1.5 粗骨料

制备高性能混凝土的粗骨料同样要有良好的级配与粒形，要质地均匀坚硬，线膨胀系数小。洁净的卵石与碎石一般符合以上规定，由砂岩加工成的碎石不具备以上品质。应用于高速公路工程的粗骨料技术指标要满足以下标准：在混凝土强度等级＜C30的情况下，碎石压碎指标＜30%；若混凝土强度等级为C30～C45，或≥C50，粗骨料的碎石压碎指标要小于23%[8]。

2 原料储存与管理

原料的储存条件、管理措施都会影响原料品质，因此在原料验收进场后必须将原料规范化管理。按照规定，混凝土所用原材料进场时，供货方应按规定批次向需方提供质量证明文件，包括原料的合格证、出厂检验报告、型式检验报告等。原料进场环节，依旧要按规定对原材料进行检查复验，确保原材料不存在质量问题，进而将高性能混凝土出现质量问题的概率降到最低。检验时采取随机抽样的方法。检验合格后允许材料入场，入场材料按照材料的种类、用途等分类存放，存放地点应固定，材料要标明品种、名称、进场日期、生产厂家及进场日期等重要信息。为防止原材料受污染，将堆放原材料的场地进行硬化处理，设置防雨与遮阳措施，避免材料发生质变。

骨料堆放地点必须保持独立，细骨料与粗骨料堆放场地之间要设置分界标识，防止出现材料混用的情况。骨料堆放场地还需有相应的排水与清洗设施，方便工作人员及时清洗材料中的杂质，保证材料质量。对进入场地的粗骨料，应当按照配合比要求分级进行堆放与储存。矿物掺合料及水泥等原料严禁露天存放，应使用散料仓分别存储标识并上锁。材料存放期间做好防潮工作。当水泥出厂时间超过3个月时，要再次检查试验，确保水泥性能指标达标。水泥存放期间注意观察，及时发现结块水泥并进行处理，防止将结块水泥应用于工程。另外，需注意的是，水泥进场要测温，水泥用于生产时的温度不宜超过60 ℃。

工程中所用的液态外加剂，准备专门的密闭容器进行存储，同时做好防冻与防晒工作。如果密闭容器内的液态外加剂出现了沉淀现象，应在使用之前先检查，确保质量未出现变化后再使用。

3 优化混凝土配合比设计

3.1 把握混凝土配合比设计要求

在计算与确定混凝土配合比时，应明确：混凝土配合比需满足混凝土配制强度及其他力学性能、工作性能、长期性能和耐久性能的设计要求。混凝土配合比应根据工程施工工艺、施工环境以及混凝土构件结构特点等进行设计，混凝土配合比要经过计算、试配与调整等多个步骤才能选定。工程中，如果是采用机制砂配制混凝土，在确定混凝土的配合比时，就应以混凝土结构的技术要求及原材料性能为依据进行计算，在科学计算的基础上再进行试验室试配与调整等工作，确保最终的配合比科学合理。

3.2 遵循配合比设计原则

设计混凝土配合比时，工作人员需按照低水泥用量、低用水量、水胶比适宜、最大骨料堆积密度、高性能减水剂与活性掺合料双掺的原则进行。

3.3 确定混凝土配制强度

设计混凝土配合比时，不但要掌握混凝土强度要求，还要根据施工人员的技术水平对混凝土强度的波动离散性来选择合适的试配强度。按照有关规定，高速公路工程中使用的混凝土，其试配强度标准差应达到以下标准：当混凝土强度等级小于或等于C20时，计算配制强度用的标准差应取不小于4.0 MPa；当混凝土强度等级为C25～C45时，计算配制强度用的标准差应取不小于5.0 MPa；当混凝土强度等级为C50～C55时，计算配制强度用的标准差应取不小于6.0 MPa。强度等级低于C50的混凝土单方用水量不应大于175 kg/m3，强度等级不低于C50用于桥梁结构的混凝土用水量不应大于170 kg/m3。

混凝土水胶比与胶凝材料用量根据结构部位、混凝土强度等级等的不同有所不同。如隧道衬砌、承台、墩柱及盖梁等结构，当混凝土强度等级为C30时，混凝土最大水胶比是0.55，最大水泥用量是320 kg/m3，最小胶凝用量与最大胶凝材料用量分别为280 kg/m3与400 kg/m3。混凝土强度等级为C40的承台，桥面板及墩柱、盖梁等结构，最大水胶比是0.45，最大水泥用量为360 kg/m3，最小胶凝材料用量320 kg/m3，最大胶凝材料用量450 kg/m3。混凝土强度等级是C50的塔、预制梁，最大水胶比0.36，最大水泥用量为400（390）kg/m3，最小胶凝材料用量360（350）/m3，最大胶凝材料用量500 kg/m3。混凝土强度等级C55的现浇梁，最大水胶比是0.32，最大水泥用量为400（430）kg/m3，最小胶凝材料用量 380（370）kg/m3，最大胶凝材料用量500 kg/m3。在确定以上指标时应明确，混凝土的胶凝材料用量与水胶比主要与环境因素有关，即只考虑I类环境因素，即温暖或寒冷地区的大气环境、与无侵蚀的水或土接触的环境。另外，当混凝土结构是在冬季气温较低情况下施工时，应适当增加水泥用量，以提高混凝土强度。若施工工艺为非泵送工艺，可适当降低混凝土的胶凝材料用量。

4 规范计量与搅拌工艺

4.1 高性能混凝土计量

计量混凝土原材料时，使用精度达标的电子计量设备，保证计量精度。选用计量设备时，按照国家现行标准《混凝土搅拌站（楼）》GB/T10171中规定选择，并将计量设备交由专业机构进行检定，定期校验，确保设备精度达标[9]。计量与测定时，重点测定粗细骨料的含水率，为材料配合比的确定提供参考。

4.2 高性能混凝土搅拌

搅拌时采用专用设备，并保证设备运转正常。搅拌过程中对水胶比加以观测与控制，禁止在搅拌的中途随意加水。混凝土搅拌时长都应有严格的设定，混凝土拌合物应颜色一致，质地均匀，不存有结块、泌水及离析等不正常现象。如果混凝土出现以上问题，不能将其用于工程。

预拌混凝土搅拌时间应符合以下规定：如果混凝土是由搅拌运输车运送到施工地，那么应按照《混凝土质量控制标准》GB/T50164中相关规定确定混凝土最短搅拌时间，搅拌时间自材料全部加入后开始加水时间算起一般少于60 s，冬季气温较低时可适当延长，一般不少于90 s[10]。需注意的是，混凝土在搅拌机中的搅拌时间应满足设备说明书的要求，当混凝土中掺有膨胀剂、粉状外加剂等，机器的搅拌时间可适当延长。冬季低温条件下搅拌混凝土时，先使用热水将拌合温度提高，或是通过加热骨料将拌合温度提高，以此保证最终的、整体的混凝土性能。使用热水与骨料加热法时，需合理控制温度，严禁出现温度过高的情况。一般情况下，如果只加热拌合用水而不加热骨料，那么拌合用水温度可到60 ℃以上。搅拌过程中，不能将热水与水泥直接混合，应按照先骨料、后热水的顺序依次混合原料后再进行搅拌。若在夏季高温条件下施工，对混合料需进行防暴晒处理，使用遮阳布等防止骨料直接受到太阳暴晒。温度过高时还应进行喷淋处理，搅拌过程中可采用掺加冰屑的方式降低拌合物温度。

混凝土搅拌完毕后，及时进行检测，主要检测混凝土拌合物的坍落度、含气量及工作性能等。混凝土拌合物坍落度及其损失的检测方法是：在混凝土搅拌地点与浇筑地点分别取样检测，每一工作班或每一个单元结构物不应少于两次，评定时以浇筑地点的测值为准。

5 结语

综上所述，作为高速公路工程中的主要施工材料，高性能混凝土的性能质量直接影响工程安全，影响公路工程的耐久性与稳定性。因此，在公路施工中，要重视材料管理，有关单位与人员需从原料选择、原料存放管理及配合比设计、混凝土拌合就、混凝土性能检测等各环节入手，全面控制高性能混凝土质量，保障材料质量安全。