高速公路工程高性能混凝土试验检测研究

张雪 黄贇

收稿日期：2024-03-22

作者简介：张雪（1987—），女，本科，工程师，从事工程试验检测工作。

通信作者：黄贇（1987—），男，本科，工程师，从事工程试验检测工作。

摘要 为了做好高性能混凝土试验检测工作，提升高性能混凝土在高速公路工程中的应用效果。文章结合自贡至隆昌高速公路成自泸赤与乐自高速公路连接线项目，以林过塘互通C0+825.5C匝道大桥使用的C35高性能混凝土为研究对象，在选用优质的原材料以及合理的配合比基础上，重点分析了C35高性能混凝土的和易性、抗压强度、抗渗性等试验检测要点，并得出了相关检测数据。结果表明，该C35高性能混凝土具有良好的流动性、保水性、黏聚性，并且抗压强度处于良好水平，抗渗等级大于P12。

关键词 高性能混凝土；高速公路；和易性；抗压强度；抗渗性

中图分类号 U414文献标识码 A文章编号 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种，其是在传统混凝土的基础上，通过优选各类材料及外加剂，并调整配比、创新工艺而生产出来的一种混凝土材料[1]。相比于普通混凝土，高性能混凝土具有良好的性能，已在高速公路桥梁工程中得到了广泛的应用。将高性能混凝土应用于桥梁工程中，可以减少水泥用量和钢筋用量。同时，高性能混凝土与预应力结构技术的有效结合，能降低桥梁结构的复杂程度，进一步减少工程量，加快施工进度，节约人力成本及时间成本[2]。但是，在高速公路工程项目建设过程中，若高性能混凝土的性能较差，将严重影响高速公路工程的使用年限[3]。此背景下，该文对高性能混凝土试样检测进行研究，以期高性能混凝土能够在高速公路工程中得到更好的应用。

1 工程概况

自贡至隆昌高速公路成自泸赤与乐自高速公路连接线工程起于威远县界牌镇成自泸高速公路，桩号为K0+000～CZLK153+569.947，止于贡井区桥头镇乐自高速，桩号为K19+823.004～ZLK94+066.923，设置林过塘枢纽互通。林过塘枢纽互通路线长20.028 km，路基计价土方706 210 m3、路基计价石方2 693 040 m3，弃方282 190 m3，

排水及防护污工74 390 m3，大、中桥2 093.7 m/11座，通道及涵洞54道，无隧道，互通式立交4处，下穿式分离式立交9处，人行天桥6处，渡槽3处。其中，在桥梁和互通立交建设中，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。为有效提高高速公路项目的总体建设水平，需对高性能混凝土进行试验检测，保证高性能混凝土质量符合要求。选取林过塘互通C0+825.5C匝道大桥为例，对其主墩使用的C35高性能混凝土进行检测。

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、外加剂、矿物掺和料、水等[4]。对于高性能混凝土原材料的购置，务必按照预算科学实施，并严格落实质量检测工作。

2.1 水泥

水泥对高性能混凝土的性能产生直接影响，是一种主要原材料。选用的水泥应满足高性能混凝土耐久性、强度、工作性的要求，主要有普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥[5]。根据该工程实际需求，使用普通硅酸盐P·O42.5级水泥，经试验检测后符合要求，性能指标如表1所示。

表1 普通硅酸盐 P·O42.5 级水泥性能指标

序号 性能指标 检测值

1 安定性 0.5

2 初凝时间/min 186

3 终凝时间/min 266

4 3 d抗折强度/MPa 5.2

5 28 d抗折强度/MPa 7.1

6 3 d抗压强度/MPa 26.4

7 28 d抗压强度/MPa 45.8

2.2 集料

集料是高性能混凝土中比例最大的组分，起到起骨架作用，分为粗集料和细集料。粗集料和细集料分别选用普通碎石、天然河砂，经试验检测后符合要求，性能指标如表2～3所示。

2.3 外加剂

外加剂在高性能混凝土中起到非常重要的作用，掺入外加剂能改善高性能混凝土的黏聚性、保水性，该工程选用聚羧酸类减水剂[6]，经试验检测后符合要求，性能指标如表4所示。

表2 粗集料性能指标

序号 性能指标 检测值

1 含泥量/% 0.4

2 针片状/% 5.2

3 压碎值/% 21.6

4 表观密度/（kg·m?3）） 2 730

5 松散堆积密度/（kg·m?3） 1 550

6 紧密堆积密度/（kg·m?3） 1 740

表3 细集料性能指标

序号 性能指标 检测值

1 含泥量/% 2.2

2 细度模数 2.92

3 表观密度/（kg·m?3） 2 760

4 松散堆积密度/（kg·m?3） 1 690

5 紧密堆积密度/（kg·m?3） 1 820

表4 减水剂性能指标

序号 性能指标 检测值

1 减水率/% 31

2 pH值 7.1

3 含固量/% 16.25

4 密度/（g·cm?3） 1.035

5 7 d抗压强度比/% 172

6 28 d抗压强度比/% 148

2.4 掺和料

（1）矿粉。矿粉是矿物掺和料的常用材料，其不仅能改善混凝土内部结构，还可以减少水泥用量，降低成本，节约资源。该工程选用S75级矿粉，经试验检测后符合要求，性能指标如表5所示。

表5 S75级矿渣粉性能指标

序号 性能指标 检测值

1 细度/% 1.8

2 流动度比/% 99.2

3 密度/（g·cm?3） 3.93

4 含水量/% 0.16

5 比表面积/（m2·kg?1） 415

6 7 d活性指数/% 57

7 28 d活性指数/% 77

（2）粉煤灰。粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，随着治理污染力度不断增强，我国对粉煤灰的再利用越来越重视，因此，粉煤灰在混凝土中的应用越来越多。该工程选用Ⅰ类粉煤灰，经试验检测后符合要求，性能指标如表6所示。

2.5 水

拌和水使用饮用水，条件满足时，就近选择洁净的河水。

2.6 配合比设计

在确定原材料后，要确定合适的高性能混凝土配合比。高性能混凝土配合比设计一般以试验法进行配合比计算，先计算出理论配合比，再换算成施工配合比，进而编制设计方案。该C35高性能混凝土配合比如表7所示。

表6 Ⅰ类粉煤灰性能指标

序号 性能指标 检测值

1 细度/% 8.8

2 含水量/% 0.45

3 需水量/% 93

4 烧失量/% 2.4

5 三氧化硫/% 0.8

6 游离氧化钙/% 0.3

表7 C35高性能混凝土配合比 /（kg/m3）

强度

等级 原材料

P·O42.5水泥 矿粉 粉煤灰 碎石 河砂 外加剂 水

C35 260 60 120 1 028 798 8.5 165

3 C35高性能混凝土试验检测

高性能混凝土试验检测项目较多，主要有和易性试验、泌水率试验、凝结时间试验、抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验、抗压弹性模量试验、抗渗性试验等[5]。该文仅从和易性试验、抗压强度试验、抗渗性试验三个方面进行重点论述，具体检测要点和结果如下。

3.1 和易性试验

和易性是评定高性能混凝土拌和物的综合性指标，是保证混凝土正常施工的一种能力。和易性主要体现在混凝土拌和物的流动性、保水性、黏聚性等三个指标，无法采用一种试验方法来综合检测。对于混凝土拌和物和易性的评定，通常是先对拌和物的流动性进行检测，然后再根据目测方法评定其保水性和黏聚性。混凝土拌和物流动性检测一般采用坍落度试验，测定其稠度[6]。

（1）试验方法。用清水洗净坍落度筒，并将筒内外多余水分擦干，把坍落度筒放置于平板上，用小铲取代表性混凝土拌和物，分三次装入坍落度筒内，每次装入拌和物的高度为坍落度筒高度的三分之一。当最后一次装入混凝土拌和物时，应稍微高出坍落度筒一些，并用捣棒均匀插捣25次，插捣过程中，随时补充混凝土拌和物。插捣完成后，将坍落度筒上拌和物抹平。在5～10 s内，以垂直向上的方式将坍落度筒提起，并放在拌和物试样旁。拌和物试样呈现自然坍落，通过直尺量出坍落度筒顶与拌和物试样顶点的垂直高度差，此值为坍落度值。

混凝土拌和物的保水性和黏聚性通过目测方法进行评定，保水性是指混凝土拌和物保持水分的能力，当坍落度筒提起后，若拌和物试样底部几乎没有水分流出，则认为拌和物试样保水性为最佳。黏聚性是指混凝土拌和物保持稳定性和均匀性的能力，当坍落度筒提起后，用捣棒轻轻敲打拌和物试样的侧面，若拌和物试样出现明显离析、崩裂、倒塌，则表示黏聚性差；若拌和物试样缓慢往下坍落，表示黏聚性良好。

（2）试验结果。在混凝土拌和物浇筑过程中，每1 000 m3混凝土拌和物检测坍落度一次，并观察拌和物的保水性和黏聚性，结果如表8所示。

表8 混凝土拌和物和易性试验结果

试样编号 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 抗压强度试验

抗压强度是评定高性能混凝土品质的主要指标。抗压强度试验是在规定龄期内，对标准尺寸的立方体强度试件进行试验，测得在规定保证率下的抗压强度[7]。

（1）试验方法。将混凝土立方体强度试件表面擦拭干净，放置于承压板上，立方体强度试件与压力机调平、对中，承压面不能为浇筑表面。启动压力机，当试件上表面与压力机上压板刚接触时，停止压力机，全面调整压力机球座之后，再次启动压力机，均匀连续施加载荷，直至试件破坏，记录此时载荷值，通过计算得出试件抗压强度。

（2）试验结果。取10组立方体强度试件，检测其28 d龄期的抗压强度，试验结果如表9所示。

表9 混凝土立方体强度试件28 d抗压强度试验结果

试件编号 抗压强度/

MPa 平均值/

MPa 标准差/

MPa 变异

系数

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 抗渗性试验

抗渗性用于评定高性能混凝土的抗水渗透能力。抗渗性试验方法有逐级加压法和渗透高度法，由于渗透高度法用于比较混凝土的抗渗性，因此，通常采用逐级加压法对混凝土的抗渗性进行检测。

（1）试验方法。每组混凝土试件为6个，在标准条件下养护，试件成型后24 h拆模，标准养护龄期为28 d。取出混凝土试件，擦干表面，在混凝土试件侧面涂一层密封材料[8]。利用抗渗仪对其进行抗渗试验，启动仪器加水压，水压从0.2 MPa开始，每隔8 h增加水压0.1 MPa，加压过程中随时观察试件表面渗水情况，一直加压至6个试件中3个试件表面发现渗水，停止试验，记下此时的水压力。

（2）试验结果。混凝土抗渗等级分为P4、P6、P8、P10、P12、大于P12等六个等级，当混凝土抗渗试验时，若一组6个试件中4个试件未出现渗水，此时的最大静水压力即为混凝土抗渗等级。经试验检测，该混凝土抗渗等级大于P12。

4 结论

在高速公路工程项目建设中，高性能混凝土的性能应满足相关要求，以提升工程的整体施工质量。为了能够准确评定高性能混凝土的性能指标，该文以自贡至隆昌高速公路成自泸赤与乐自高速公路连接线项目的林过塘互通C0+825.5C匝道大桥为例，对C35高性能混凝土试验检测进行阐述，从而得出以下结论：

（1）由和易性试验结果得出，该高性能混凝土具有良好的流动性、保水性、黏聚性。究其原因，主要是加入Ⅰ类粉煤灰的作用。由于粉煤灰的玻璃滚珠效应，在保证混凝土流动性的同时，又改善其保水性和黏聚性。

（2）由抗压强度试验结果得出，该高性能混凝土抗压强度的标准差较低，为1.38 MPa，说明混凝土强度波动较小，生产质量良好。此外，变异系数为0.036，说明混凝土强度比较稳定。

（3）由抗渗性试验结果得出，该高性能混凝土抗渗等级大于P12，具有良好的抗渗性能，主要是由于矿粉、粉煤灰与水泥的水化产物改善了混凝土的孔隙分布，从而提高了混凝土的抗渗性能。

参考文献

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