公路工程高性能混凝土应用探究

景 刚

（子长市交通运输综合执法大队， 陕西 延安 717300）

0 引文

随着社会经济发展，人们对于公路工程建设质量的要求相继提升，推动了国内公路工程的发展和完善，而混凝土作为公路工程中的重要材料，其综合性能会直接影响公路建设质量和安全性。高性能混凝土和其他类型的混凝土相比拥有更好的耐久性、弹性和强度，通过合理应用高性能混凝土，可以优化公路工程质量，保障公路应用安全性。

1 应用现状

和一般混凝土相比，高性能混凝土拥有充足力学强度、高耐久性、高体积稳定性和高施工性等特征，因此在应用高性能混凝土过程中能够更好适应各种恶劣环境和不良天气，拥有良好的抗磨损性、防水性和抗冻性。在公路工程建设中合理应用高性能混凝土，不但能够提高公路工程建设质量，避免因为施工质量缺陷导致的道路下沉问题。此外，还可以有效改善一般混凝土强度过低以及水泥耐久性和用量之间的矛盾问题。同时高性能混凝土在实际应用中还具有高效浇筑性、黏聚性以及流动性等优势特征，满足公路工程对于混凝土的性能要求。

2 高性能混凝土原材料

2.1 水泥

水泥作为混凝土中的重要原材料，其会和水泥形成某种反应，从而变成一种十分坚硬的水泥石，可以促进部分松散状材料彼此组合胶结，形成统一整体。相关研究试验证明，水泥材料选择会直接影响混凝土材料的应用性能和应用成本。

2.2 集料

针对混凝土材料实施综合配置中，其中的集料所占比例大概在70%左右，属于混凝土中的重要组成内容，具体可以分成细集料和粗集料两种类型，而粗集料中还包括卵石、碎石等内容，相关粒径在5到150毫米之间。细集料涵盖天然砂以及石屑等内容，对应粒径在0.15到5毫米之间。通过合理选择集料能够提升高性能混凝土的配置质量，优化混凝土应用效果。

2.3 掺合料

矿物掺合料的突出特征便是能够优化改善混凝土质量性能，提高混凝土的抗腐蚀性、抗渗性，提高混凝土整体强度。此外，大部分掺合料都是工业粉尘，其应用到混凝土拌制中，能够有效保护环境、节约资源，也是因为如此，其逐渐成为混凝土中的不可或缺材料。

2.4 拌合用水

在混凝土拌制中，水泥会和水之间产生水化反应，导致混凝土出现凝结、硬化现象，从而达到某种强度要求。相关研究证明，水分对于拌合料的体积变化以及性能变化具有重大影响[1]。

2.5 外加剂

在混凝土拌和过程中所应用的外加剂材料主要可以分成两类，一种是有机材料，一种是无机材料，结合外加剂的功能差异，还可以进一步分为早强剂、速凝剂、膨胀剂和减水剂等。通过添加外加剂还能够优化混凝土自身性能。

3 高性能混凝土组成设计及试验检测

在高性能混凝土材料构成中，除了砂石、水泥和水等基础原材料之外，同时还包括外加剂以及矿物掺合料，这两种材料还是高性能混凝土配置中不可缺少的元素，通过添加该种材料，能够进一步优化混凝土工作性能。

在公路工程设计、试验和生产检测过程中，为了实现低消耗、高效和优质目标，需要借助实验措施合理选择相关因素最优点，最终得到最佳方案，其中所选择的方法为正交设计。能够对高性能混凝土质量产生影响的主要因素包括以下几种：外加剂、砂率、水灰比、砂石料性质、水泥用量和种类等。但在实际生产中，水泥用量普遍是固定的，并按照就近原则选用砂石料，相关养护方式普遍是按照一般规定实施，因此其中的可调整元素仅剩下外加剂、砂率以及水灰比。在正交试验中为了比较分析砂率、减水剂和水灰比三种因素对于高性能混凝土强度影响，选择三因素三水平正交试验原理确定高性能混凝土配合比，进一步考察减水剂品种、砂率以及水灰比对于高性能混凝土应用强度的影响和各种材料最佳用量。

而在具体的生产实践中，普遍需要考察分析三种和以上的试验因素，如果实施全面试验，则整体试验规模相对较大，而在试验条件限制下无法顺利实施。正交试验设计主要是通过组织多因素试验，寻找最佳水平组合的试验设计方法。

试验中的影响因素如下：第一是水灰比，其也是影响混凝土耐久性和强度的重要指标。水的主要作用是为水泥水化反应提供有效的结合水，确保混凝土施工中的和易性。如果水灰比过高，尽管提升了高性能混凝土流动性，但会削弱混凝土的保水密实性和黏聚性，使高性能混凝土内出现毛细管孔隙，影响混凝土耐久性和强度，只有选择适合水灰比，才可以提高混凝土工作性能。第二是砂率，砂率还会影响混凝土强度与和易性，假如砂率过低，细集料数量较少，便无法有效添补粗集料之间空隙，为此可以选择水泥浆填充多余空隙，无法提高混凝土强度。第三是减水剂，水泥品种和减水剂之间适应性同时也是全面发挥减水剂效果的重要因素，此外，砂率高低还会影响减水剂的应用效果。此次，试验砂率选择联系生产实践选择41%到43%之间，并以此为前提合理选择减水剂品种。

原材料方面，试验中的原材料包括水泥、细骨料河砂细度模数为2.6，粗骨料选择当地河卵石，对应粒径为5到31.5毫米。此次试验中所选择的减水剂包括沈阳万砼牌洪盟减水剂、沈阳洪盟洪盟减水剂和丹东北方派洪盟减水剂，选择净浆试验方法对不同减水剂减水率进行合理测试。

高性能混凝土配合比设计方面，对于高性能的混凝土而言，应该选择高效减水剂、低用水量和低水胶比，为了进一步控制水泥用量，满足低碳、经济目标，应该把水泥用量控制为每立方米360千克。结合高性能混凝土的水灰比以及耐久性等因素影响，其对应的水平分别是0.42、0.43、0.44。结合经验选择砂率的三种试验水平分别是41%%、42%、43%。减水剂也拥有三种品牌，于试验中，减水剂用量选择标准是其拥有相同减水量，所用三个减水剂品种分别是万砼牌减水剂、洪盟牌减水剂和北方牌减水剂。

通过单轴卧式搅拌机针对高性能混凝土实施搅拌试验，为了促进不同集料的充分混合，控制粗骨料的水分吸收，可以选择如下搅拌工艺：第一是针对砂子以及水泥实施30秒的搅拌；第二是在称取部分减水剂后，添加到拌和水内，并加入至搅拌机内进行30秒的搅拌。第三是把粗骨料添加到搅拌机内进行120秒的搅拌施工。

结合正交试验原理，通过对试验结果进行全面对比分析，选择最佳的高性能混凝土试验方案。最终试验结果分析如下：第一，减水剂选用品种会直接影响高性能混凝土的应用强度，同时砂率还会对不同种类减水剂产生较大影响，结合相关试验分析，砂率处于41%到43%内，洪盟减水剂的应用效果最佳，因此在一定砂率和水泥品种范围内，只有选择适合减水剂品牌，才能在保证混凝土强度基础上实现控制拌和水用量的目标。第二是因为此次试验中的水灰比会受到实际生产状况的影响，对应变动范围较小，最低值和最高值之间仅仅相差0.2，所以无法明显展示出水灰比在混凝土强度方面的影响。但结合最终的试验结果分析，在0.42水灰比的条件下，高性能混凝土的 应用强度远远超出0.43和0.44水灰比的混凝土，为此立足于混凝土耐久性层面分析，可以选择水灰比为0.42的混凝土。

通过比较不同龄期的高性能混凝土强度差异，3d龄期除外，可以发现在三种影响元素中，对于混凝土影响强度的三种因素按照从大到小的顺序分别是减水剂、砂率以及水灰比。结合不同龄期条件下混凝土强度均值，可以了解到0.42混凝土强度最高，0.44水灰比的混凝土强度最低，由此能够看出对于高性能混凝土而言尽量选择低水灰比。高性能混凝土适合选择30%减水率的高效减水剂。

结合此次正交试验对应极差分析法研究砂率、水灰比和减水剂三种元素对于混凝土强度的影响，最终得到此次试验范围内的最佳组合是洪盟牌减水剂，0.42水灰比和43%的砂率，该种组合模式能够进一步保障高性能混凝土的应用强度，同时还可以兼顾混凝土耐久性[2]。

4 高性能混凝土施工及质量控制

4.1 材料控制

为了提升高性能混凝土质量，提高混凝土的体积稳定性、高密实性和高耐久性，需要针对原材料应用质量进行合理控制。在混凝土拌和用水方面，尽量选择自来水，如果选择湖泊水、河流水和地下水等水源，需要进一步检验其对于混凝土性能的影响，尤其是对于混凝土凝结时间和抗压强度的影响。对于水泥材料来说，在高性能混凝土制备中，可以选择等级超出42.5的低碱和低氯一般硅酸盐以及硅酸盐水泥实施合理配置。对应水泥比表面积小于每千克350平方米，水泥熟料内的C3A含量低于8%。矿物掺和料方面，需要在高性能混凝土材料内掺入大量活性矿物掺和料，进一步控制新拌混凝土硬化中的升温问题，有效提高混凝土耐久性，优化混凝土施工性能。在具体工程建设中普遍选择磨细高炉矿渣、硅粉、矿物掺合料以及分选粉煤灰等。选择三掺或两掺的效果更佳。而在C80到C100的混凝土内以添加磨细高炉矿渣为主，对于超出C100的主要是以添加硅粉为主。减水剂和复合外加剂，可以选择减水率高、具有一定引气功能、且拥有良好保塑性能的减水剂。粗细骨料方面，在重要工程中的腐蚀环境和潮湿环境内应该尽量避免选择具有潜在碱活性骨料。应用具有某种碱活性骨料中，需要对混凝土内碱含量进行合理控制，一般低于每立方米3千克，或选择碱活性抑制策略，掺入大量矿物掺和料。

4.2 搅拌浇筑技术控制

开始混凝土拌和前，应该针对各种材料、工具和机械设备实施仔细检查，保证混凝土搅拌和浇筑的连续性。开盘前，按照实验室所提供的配合比调制系统，确保整个拌制过程能够严格按照具体配合比要求实施称量和配料，将相关信息准确录入计算机系统内。混凝土的投放顺序是砂石、水泥、矿物掺合料、外加剂、水，具体搅拌时间应该维持在60秒以上[3]。

为了对混凝土整体浇筑时间进行合理控制，确保混凝土内实外美，在高性能混凝土的振捣方法和浇筑等方面具有较为严格的要求。于混凝土入模前，可以借助专用仪器设备对减水率、水胶比、含气量、坍落度、温度等性能进行准确测定，在达到具体要求后才能实施浇筑工作。同时把混凝土入模温度维持在5到30度之间。混凝土浇筑的坠落高度应该控制在2米以下，如果下落高度超出2米，可以选择漏斗、滑槽、串筒等器具实施辅助输送，避免产生分层离析问题。预应力混凝土应该通过可靠、连续、稳定、快速等方法一次浇筑成型。而于浇筑施工中，随机、随时取样制作弹性模量试件。通过一次成型、连续浇筑方法实施混凝土施工。

4.3 养护控制

在针对高性能混泥土实施一次浇筑成型后，需要相应的时间才能满足设计强度要求，而在具体操作阶段中，由于空气无法满足水泥硬化需求，应该实施有效养护。相关养护技术如下，洒水养护中，保证水温小于混凝土表层温度，最高温差控制在15度以下。可以选择覆盖保温措施实施养护[4]。

5 结语

综上所述，在公路工程的建设发展中，应该合理应用各种高性能混凝土，实现提高公路工程建设安全性和建设质量的目标，进一步延长公路的应用年限，促进国内经济建设实现蓬勃发展。高性能混凝土相关施工质量控制是针对高性能混凝土进行强度验收，分析所配置的混凝土强度是否满足施工要求和设计要求，在需要的条件下，可以针对影响耐久性的抗渗性和抗冻性等实施准确实验。