于慧龍

（中鐵二十二局集團(tuán)市政工程有限公司，廣東廣州 510815）

原材料的類型、質(zhì)量一致時，水泥混凝土質(zhì)量會受到配合比影響，配合比缺乏可行性，易影響混合料質(zhì)量，出現(xiàn)裂縫、結(jié)構(gòu)受損等問題。強(qiáng)度是衡量水泥混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，需要以科學(xué)的方法進(jìn)行檢測，準(zhǔn)確判斷水泥混凝土的強(qiáng)度，合理施工。水泥混凝土配合比的設(shè)計以及強(qiáng)度試驗檢測均是工程施工中的重點內(nèi)容，應(yīng)予以高度重視。

1 水泥混凝土配合比設(shè)計需要考慮的關(guān)鍵因素

1.1 砂率

砂率會影響混凝土中孔隙分布情況，砂率偏高或偏低均會影響水泥混凝土質(zhì)量。砂率偏高時，水泥漿對拌和物的包裹效果較差，可能導(dǎo)致局部包裹不到位，影響混凝土的和易性，硬化后孔隙數(shù)量增加，難以滿足實際施工要求。砂率偏低時，水泥漿數(shù)量較多，細(xì)骨料數(shù)量偏少，易出現(xiàn)水泥漿難以有效包裹粗集料的情況，加大混凝土的振搗難度，存在局部振搗不密實問題。

1.2 水灰比

水灰比作為水泥混凝土設(shè)計中的重點指標(biāo)，必須具有合理性。水灰比偏高時，水泥混凝土的粉料用量相對不足，多余的水分會大量聚積在空洞內(nèi)。隨著時間的延長，在外部溫度等因素的作用下，水分開始蒸發(fā)，水泥混凝土內(nèi)部存在較多空洞，影響整體的密實性和穩(wěn)定性。水灰比偏低時，水泥混凝土偏黏稠，不利于順利澆筑、振搗，粉料用量偏多導(dǎo)致開裂概率增加。

1.3 強(qiáng)度

強(qiáng)度會對水泥混凝土的應(yīng)用效果產(chǎn)生顯著影響，適度提高水泥混凝土強(qiáng)度，可以有效地規(guī)避突發(fā)荷載或其他因素引發(fā)的質(zhì)量問題。應(yīng)遵循適中原則提高強(qiáng)度，過度增加強(qiáng)度會加大材料投入量，影響工程的經(jīng)濟(jì)效益。

2 公路路面水泥混凝土配合比設(shè)計要點

2.1 水灰比的確定

水灰比是決定水泥混凝土強(qiáng)度的重要因素。公路工程建設(shè)中，各路段的強(qiáng)度等級不同，材料質(zhì)量、施工方法等方面存在差異，對水灰比的確定產(chǎn)生影響。需要遵循因地制宜的原則，結(jié)合路面質(zhì)量要求、現(xiàn)場施工條件，確定合適的水灰比，保證水泥混凝土具有足夠的強(qiáng)度[1]。

2.2 水灰比與混凝土的彎拉強(qiáng)度

以《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D40—2011）為依據(jù)，組織水泥混凝土的相關(guān)設(shè)計工作，對混凝土的彎拉強(qiáng)度加以劃分，形成三個等級，即4.0、4.5、5.0 MPa。公路等級多樣，各自有對應(yīng)的保證率系數(shù)。

保證率系數(shù)按樣本數(shù)與判別概率的參照如表1所示。

表1 保證率系數(shù)按樣本數(shù)與判別概率的參照

各級公路混凝土路面彎拉強(qiáng)度變異系數(shù)如表2所示。

表2 各級公路混凝土路面彎拉強(qiáng)度變異系數(shù)

以5.0 MPa的彎拉強(qiáng)度為例，其水灰比應(yīng)超過0.40，必須滿足最低值大于0.38的要求。水灰比偏低、粉料的用量偏多時，難以充分發(fā)生水化反應(yīng)，影響粉料、混凝土的質(zhì)量，易產(chǎn)生裂縫，存在較為明顯的材料浪費、成本增加問題。根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D40—2011），將水灰比穩(wěn)定為0.38～0.45、粗集料體積率為75%時較為合適?？紤]多種類型的水灰比，分別確定水、粉料的用量。

各混凝土水灰比時水泥與水的用量計算如表3所示。

表3 各混凝土水灰比時水泥與水的用量計算

2.3 水灰比的確定方法

式中：Fc——28 d彎拉強(qiáng)度的均值（MPa）；fr——設(shè)計彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa），取5.0 MPa；Cv——彎拉強(qiáng)度的變異系數(shù)；S——彎拉強(qiáng)度試驗樣本的標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）；T——保證率系數(shù)。

為了保證水泥混凝土的強(qiáng)度、耐久性，最終將水灰比確定為0.44。

2.4 砂率的設(shè)定

粗骨料的級配良好、粒徑較大、表面偏光滑時，孔隙率較小，相鄰骨料在接觸過程中產(chǎn)生的摩擦力微弱。在水泥混凝土的配合比設(shè)計中，可考慮較小的砂率。砂的內(nèi)部有豐富的細(xì)顆粒，考慮保水性和黏聚性雙重要求，選擇較小的砂率。水泥漿的稠度高、水灰比小時，適宜采用較小的砂率。材料具有一定的流動性，在運輸過程中，車輛的顛簸作用可能導(dǎo)致水泥混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象，影響正常施工，可以選擇較大的砂率，規(guī)避水泥混凝土離析問題。

2.5 水泥混凝土配合比的試配

取多種水泥混凝土的制備參數(shù)，組織試拌，對各組水泥混凝土的坍落度及其他性能指標(biāo)展開測試，確定合適的水泥混凝土制備參數(shù)，得到優(yōu)質(zhì)的水泥混凝土。進(jìn)行配合比試驗時，至少進(jìn)行3組試驗[2]。

3 水泥混凝土的強(qiáng)度檢測依據(jù)

公路等級不同時，對水泥混凝土的質(zhì)量要求有差異，需要進(jìn)行針對性考慮。根據(jù)工程對水泥混凝土性能的要求，將參數(shù)變化劃分為三個檔次，即低、中、高三檔。水泥混凝土路面設(shè)計中，除了考慮車輛的有效荷載外，還需要密切關(guān)注溫度條件，觀察溫度改變對水泥混凝土質(zhì)量的影響。

檢測混凝土軸載標(biāo)準(zhǔn)時，考慮100 kN雙輪柱作用對路面的壓力，考慮軸載作用次數(shù)，確保軸載標(biāo)準(zhǔn)具有合理性。公路施工現(xiàn)場的地基為軟土層時，組織沉降和穩(wěn)定性試驗，以采集的試驗數(shù)據(jù)為參考，對水泥混凝土的澆筑速率、模板的預(yù)壓時間等一系列關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行靈活調(diào)整，保證合理性。

現(xiàn)場的地基為石方層時，采用振動壓路機(jī)進(jìn)行分層壓實處理，確保頂層的石基具有足夠的穩(wěn)定性，組織混凝土澆筑施工。標(biāo)高差的檢測與控制也較為關(guān)鍵。不同等級公路對混凝土強(qiáng)度的要求不同，高速公路與一級公路的混凝土強(qiáng)度應(yīng)在0.8以上，其他公路（等級相對較低的公路）的混凝土強(qiáng)度應(yīng)在0.6以上[3]。

4 抗折法在混凝土抗壓強(qiáng)度試驗檢測中的應(yīng)用

4.1 儀器的配套

適配混凝土抗折儀，為了順利完成檢測，要求該裝置的檢測強(qiáng)度范圍為10～100 MPa，最大拔出率不低于10 kN，荷載表力值的分辨率為1 N。

4.2 試件的制備

圍繞多類試件展開試驗，制備的C10～C100的混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件，予以自然養(yǎng)護(hù)，全程加強(qiáng)防護(hù)，避免風(fēng)吹、雨淋或其他環(huán)境因素作用影響混凝土的自然成型?；炷恋膶嶋H齡期達(dá)到試驗齡期要求后，根據(jù)規(guī)范組織試驗。充分考慮高強(qiáng)度混凝土試件溫度變化規(guī)律，準(zhǔn)確測定低強(qiáng)度區(qū)間數(shù)據(jù)，對高強(qiáng)度混凝土的性能形成更準(zhǔn)確認(rèn)識。

4.3 試驗流程及方法

（1）同一批次中，隨機(jī)選取3個抗折試件。

（2）選擇合適數(shù)量的試件后，將其中一個放置在抗折裝置的試件導(dǎo)管內(nèi)，利用連接棒將試件的中央?yún)^(qū)域與壓力桿連接，將抗折試件插至孔內(nèi)（選用的連接板帶插孔），靈活操作油泵手柄，對試件中間區(qū)域施加一個向上的力。

（3）逐步加大力，讀取峰值壓力，測定端口位置相互垂直方向的直徑，根據(jù)實測結(jié)果確定直徑的平均值，作為代表直徑，將數(shù)據(jù)代入抗折強(qiáng)度計算公式，確定抗折強(qiáng)度。

（4）按照前述流程重復(fù)操作，確定各試件的抗折強(qiáng)度。（5）對一組同批次的標(biāo)準(zhǔn)試件，展開抗壓試驗，在此過程中采集并記錄試件的混凝土抗壓強(qiáng)度代表值。

4.4 試驗效果的評價

按照流程有序推進(jìn)試驗進(jìn)程，根據(jù)試驗采集的數(shù)據(jù)以及計算結(jié)果對混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行客觀判斷。抗折法具有流程簡化的特點，可以有效規(guī)避外部因素對檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的影響。

5 結(jié)語

在交通事業(yè)日益發(fā)展的環(huán)境下，配套的公路工程施工技術(shù)的應(yīng)用水平不斷提高，必須保證材料質(zhì)量。水泥混凝土具有不可替代的地位，為了充分發(fā)揮此類材料的性能優(yōu)勢，需要加強(qiáng)配合比設(shè)計，保證各類原材料的用量具有合理性。按照規(guī)范檢測水泥混凝土強(qiáng)度，如采用抗折法，保證水泥混凝土的質(zhì)量，充分發(fā)揮其在工程建設(shè)中的應(yīng)用優(yōu)勢。