摘 要：依托工程實(shí)例進(jìn)行了高速公路隧道水泥砼路面混凝土配合比試驗(yàn)研究，根據(jù)初選的五組礦料級(jí)配，通過強(qiáng)度和孔隙率試驗(yàn)初步優(yōu)選出一組最佳級(jí)配2#-2，并得出水灰比為0.27，灰集比為0.25。

關(guān)鍵詞：孔隙率；配合比；成型方法

近年來，隨著我國高等級(jí)公路建設(shè)的迅猛發(fā)展，隨著開發(fā)西部戰(zhàn)略的不斷實(shí)施，山區(qū)修建公路已經(jīng)越來越普遍，尤其是隧道建設(shè)的規(guī)模也越來越大。隧道路面相對(duì)于一般公路路段而言有其特殊的工作環(huán)境。水泥混凝土路面強(qiáng)度大，承載能力強(qiáng)，水穩(wěn)定性好，具有有利于照明的淺亮色澤，不易燃且對(duì)空氣污染小，故為隧道路面特別是長(zhǎng)大隧道內(nèi)等特殊路段的路面設(shè)計(jì)廣泛采用。本文依托X高速公路隧道工程某路面標(biāo)，針對(duì)多孔水泥混凝土配合比組成設(shè)計(jì)方法展開試驗(yàn)研究。

1 工程背景

X高速公路隧道施工項(xiàng)目共有兩座隧道，分別為潼湖隧道（左幅K13+030～K13+910、右幅12+962～K13+920）、水澗山隧道（左幅K29+471～K32+400、右幅K29+495～K32+401），隧道單洞長(zhǎng)7673m，隧道路面設(shè)計(jì)為15cmC25砼（抗彎拉強(qiáng)度不小于1.8Mpa+30cmC40砼（抗彎拉強(qiáng)度不小于5.0Mpa）。工程數(shù)量為：潼湖隧道C25砼：3328.65m3；C40砼：8487.3m3；水澗山隧道：C25砼：10292.325m3；C40砼：21508.801m3；共計(jì)：C25砼：13620.975m3，C40砼：29996.101m3。隧道路面寬度為：11.25米。

2 配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)

2.1礦料級(jí)配

（1）初選級(jí)配

試驗(yàn)中根據(jù)兩檔玄武巖所占比例的不同，初選五組礦料級(jí)配，分別配制成多孔水泥混凝土試件，以考察級(jí)配對(duì)多孔混凝土強(qiáng)度及其孔隙率的影響。

（2）強(qiáng)度

多孔水泥混凝土試件成型采用振動(dòng)壓實(shí)法，試模尺寸為300mm×300mm×100mm?；炷涟韬虾蠓謨蓪友b入試模，每層插搗次數(shù)不少于60 次；然后，將其置于混凝土振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)三次（每次振動(dòng)時(shí)間分別為 10s、20s 和 5s），在后兩次振動(dòng)過程中，試件上擱置重為 50N 的平板（平板底面尺寸約為 300mm×300mm），以保證試模中的混凝土拌合料表面均勻平整。振動(dòng)后，將試件置于輪碾機(jī)上碾壓成型，試件碾壓次數(shù)為雙向各6次。成型后的試件養(yǎng)護(hù)7d 后，切割成小梁試件（100mm×100mm×300mm）和立方體試件（100mm×100mm×100mm），分別用于測(cè)定抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度及孔隙率。

依據(jù)強(qiáng)度指標(biāo)，初步選出級(jí)配 1#-1、2#-1 和 2#-2 這三組強(qiáng)度較好的級(jí)配，在測(cè)定各組多孔混凝土的孔隙率指標(biāo)后，經(jīng)綜合考慮選出最佳級(jí)配。

（3）孔隙率

各初選級(jí)配的多孔水泥混凝土實(shí)測(cè)孔隙率測(cè)試結(jié)果見表2。

表1 不同級(jí)配多孔水泥混凝土的實(shí)測(cè)孔隙率平均值

級(jí)配

1#-1

2#-1

2#-2

2#-3

3#-1

實(shí)測(cè)孔隙率平均值（%）

22.30

22.74

21.98

23.84

24.07

測(cè)定有效孔隙率時(shí)，試驗(yàn)中采用每組 3 塊 100mm×100mm×100mm 的立方體小試件。有效孔隙率平均值的測(cè)試結(jié)果見表 3。

表2不同級(jí)配多孔水泥混凝土的有效孔隙率

級(jí)配

1#-1

2#-1

2#-2

2#-3

3#-1

實(shí)測(cè)孔隙率平均值（%）

15.94

17.74

17.83

19.54

25.84

在得出實(shí)測(cè)孔隙率和有效空隙率的測(cè)試結(jié)果后，以 10-15mm 集料所占比例為橫坐標(biāo)，以孔隙率為縱坐標(biāo)，可以得到多孔水泥混凝土的孔隙率指標(biāo)隨級(jí)配改變而變化的關(guān)系曲線（圖 1），從圖中可以很直觀的看出各孔隙率指標(biāo)隨級(jí)配變化的分布情況。

圖1 多孔水泥混凝土級(jí)配與孔隙率關(guān)系曲線

2.2水灰比

為了解水泥漿裹覆試驗(yàn)的復(fù)現(xiàn)性，使用兩種不同品牌的普通硅酸鹽（P.O 42.5）水泥，進(jìn)行兩次平行試驗(yàn)，對(duì)所得結(jié)果加以分析比較。

水灰比的大小決定了水泥漿體的流動(dòng)性，決定著水泥漿是否能均勻地包裹在集料表面，從而影響混凝土的強(qiáng)度和孔隙率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示當(dāng)水灰比為 0.27 時(shí)，多孔混凝土試件的強(qiáng)度最大，此時(shí)在多孔混凝土粗集料表面包裹了一層薄而均勻的膠結(jié)層，集料之間通過膠結(jié)層充分連接，形了比較理想的骨架結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)水灰比超過 0.27 時(shí)，多孔混凝土抗壓和抗折強(qiáng)度均降低，這主要是由于水泥漿體流動(dòng)性增加，漿體逐漸積聚于試件下部，上部漿體變得稀薄，混凝土試件上下部密實(shí)程度不同、孔隙分布也不相同。水灰比在 0.25～0.29 之間變化時(shí)，多孔混凝土的孔隙率變化不大，在 22%左右。根據(jù)強(qiáng)度和孔隙率數(shù)據(jù)可確定試驗(yàn)的最佳水灰比為 0.27。

2.3灰集比

試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著灰集比的增大，多孔混凝土試件的抗壓、抗折強(qiáng)度逐漸增大，灰集比為 0.25 時(shí)的抗折強(qiáng)度比 0.23 時(shí)提高 23%，抗壓強(qiáng)度比灰集比為 0.23 時(shí)提高 37%；試件孔隙率隨灰集比的增大而逐漸減小，灰集比在 0.25和 0.27 時(shí)，孔隙率的差別顯著。這是因?yàn)榛壹鹊拇笮Q定了水泥漿體的多少。當(dāng)灰集比較小時(shí)，水泥漿不足以完全裹覆集料表面以形成足夠厚度的膠結(jié)層，故試件強(qiáng)度偏低，且孔隙率大；隨著灰集比的增加，水泥漿不僅能充分裹覆集料表面，還填充了顆粒間的部分空隙，使混凝土試件越來越密實(shí)，故其強(qiáng)度增大、孔隙率減小。綜合考慮多孔水泥混凝土的強(qiáng)度、孔隙率指標(biāo)和拌合物狀態(tài)，確定最佳灰集比為 0.25。

3 結(jié)果分析

（1）試驗(yàn)中根據(jù)兩檔玄武巖所占比例的不同，初選了五組礦料級(jí)配，并根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)初定水灰比為 0.27，灰集比為 0.25。依據(jù)強(qiáng)度指標(biāo)，初步選出級(jí)配 1#-1、2#-1 和 2#-2作為比較理想的級(jí)配；

（2）其中級(jí)配 2#-2 的實(shí)測(cè)孔隙率最?。挥行Э紫堵瘦^大，利于排水，且該級(jí)配多孔混凝土的抗壓強(qiáng)度最高，可初步確定為一種最佳級(jí)配。

（3）采用與選擇最佳水灰比相同的試驗(yàn)方式來確定最佳灰集比。通過水泥漿裹覆試驗(yàn)，進(jìn)行多孔水泥混凝土強(qiáng)度與孔隙率測(cè)定，最終優(yōu)選出最佳灰集比為 0.25。并提出了三種多孔混凝土室內(nèi)成型方法，推薦采用振動(dòng)—碾壓成型方法，成型時(shí)的碾壓次數(shù)可控制在雙向各 6 次。

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