朱剛

（張家口市公路工程試驗(yàn)檢測中心，河北 張家口 075000）

0 引言

高性能混凝土因其強(qiáng)度、和易性、耐久性和穩(wěn)定性方面的較好表現(xiàn)，逐漸取代普通混凝土成為我國基礎(chǔ)設(shè)施的主要建筑材料。而砂作為混凝土中占比約為四分之一的組成材料，每年使用量巨大[1]。目前混凝土工程中經(jīng)常使用的兩種砂為天然砂和機(jī)制砂。天然砂雖然可以直接開采使用，但是一種不可再生資源，且開采過度會(huì)造成水土流失，導(dǎo)致自然環(huán)境破壞。機(jī)制砂是將巖石多次破碎、逐次篩選得到的建筑材料。因此，混凝土工程建設(shè)宜用機(jī)制砂代替天然砂。但是由于機(jī)制砂與天然砂相比，顆粒棱角較多，雖然提高了其強(qiáng)度與穩(wěn)定性，但會(huì)導(dǎo)致其和易性降低。為提高機(jī)制砂在混凝土工程中的使用質(zhì)量，本文將探討在試驗(yàn)路段采用不同機(jī)制砂級(jí)配和巖石種類進(jìn)行混凝土工程施工的情況，研究機(jī)制砂級(jí)配和巖石種類對高性能混凝土施工的影響。

1 原材料

1.1 水泥

高性能混凝土的制備需要水泥的各項(xiàng)物理性能指標(biāo)達(dá)標(biāo)，若使用不滿足規(guī)范要求的水泥，將導(dǎo)致高性能混凝土出現(xiàn)路面開裂、車轍等病害[2]。故本文對試驗(yàn)路段所用水泥進(jìn)行性能檢測，優(yōu)選符合混凝土施工要求的水泥。水泥各項(xiàng)物理性能指標(biāo)檢測結(jié)果如表1所示。

表1 水泥各項(xiàng)物理性能指標(biāo)檢測結(jié)果

表1（續(xù)）

1.2 粉煤灰

高性能混凝土早期抗壓強(qiáng)度的形成，最重要的原因是礦物摻和料的粉煤灰與水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不僅可以提高高性能混凝土的穩(wěn)定性，還可以提高混凝土的后期強(qiáng)度與耐久性[3]。故本文對試驗(yàn)路段所用粉煤灰進(jìn)行性能檢測。粉煤灰的各項(xiàng)物理、化學(xué)性能指標(biāo)檢測結(jié)果如表2所示。

表2 粉煤灰的物理化學(xué)性能指標(biāo)檢測結(jié)果

1.3 石粉

石粉可以促進(jìn)機(jī)制砂與水泥的凝結(jié)反應(yīng)，不符合施工要求的石粉會(huì)對工程質(zhì)量造成嚴(yán)重的不利影響。本文對石粉性能進(jìn)行了檢測，結(jié)果如表3所示。

表3 石粉性能指標(biāo)檢測結(jié)果

表3（續(xù)）

1.4 巖石

不同巖石制成的機(jī)制砂性能有所不同[4]。本文對花崗巖進(jìn)行性能檢測，結(jié)果如表4所示。

表4 花崗巖性能指標(biāo)檢測結(jié)果

2 工程實(shí)踐

2.1 工程概況

某公路工程位于山嶺區(qū)，設(shè)計(jì)時(shí)速為60km/h，全長58km，起點(diǎn)樁號(hào)為K614+400，終點(diǎn)樁號(hào)為K672+400。本文選用K630+000—K630+700 道路的右側(cè)作為試驗(yàn)路段。試驗(yàn)路段寬8m，長0.7km，使用高性能混凝土施工。結(jié)合試驗(yàn)段的施工情況及檢測結(jié)果，研究機(jī)制砂級(jí)配和機(jī)制砂石粉含量對高性能混凝土施工的影響。

2.2 施工工藝

（1）準(zhǔn)備工作

通過試驗(yàn)檢測水泥、巖石、粉煤灰、石灰等原材料的性能指標(biāo)，保證所有原材料的質(zhì)量都滿足施工要求[5-6]。將300m 試驗(yàn)路段平均分成3 段，每段長100m，試驗(yàn)路段A 的高性能混凝土機(jī)制砂使用級(jí)配方案1，試驗(yàn)路段B 的高性能混凝土機(jī)制砂使用級(jí)配方案2，試驗(yàn)路段C 的高性能混凝土機(jī)制砂使用級(jí)配方案3。3 種級(jí)配方案中，0.6mm 砂和0.3mm 砂在機(jī)制砂中的占比逐次增大。機(jī)制砂級(jí)配方案如表5所示。

表5 機(jī)制砂級(jí)配方案

（2）拌和與攤鋪

另取400m 路段作為鋼渣瀝青混凝土路面施工試驗(yàn)路段。將400m 試驗(yàn)路段平均分成4 段，每段長100m。試驗(yàn)路段D 的機(jī)制砂中石粉含量為2%，試驗(yàn)路段E 的機(jī)制砂中石粉含量為3%，試驗(yàn)路段F 的機(jī)制砂中石粉含量為4%，試驗(yàn)路段G 的機(jī)制砂中石粉含量為5%。將水泥、粉煤灰、石灰和砂按照配合比進(jìn)行配料，制備高性能混凝土，再進(jìn)行試驗(yàn)路段的攤鋪與碾壓。

（3）路面養(yǎng)護(hù)

路面施工完成后，按規(guī)范要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

2.3 性能檢測

（1）機(jī)制砂級(jí)配

為探究不同機(jī)制砂級(jí)配對高性能混凝土路面路用性能的影響，本文使用3種不同機(jī)制砂級(jí)配方案制備高性能混凝土攤鋪試驗(yàn)路段。碾壓施工完成28d后，在路面輪跡帶處隨機(jī)選取5 個(gè)取樣點(diǎn)鉆取芯樣，將試樣從1到5 編號(hào)。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)檢測，結(jié)果取平均值。檢測結(jié)果如表6所示。

表6 試驗(yàn)路段抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果

機(jī)制砂級(jí)配方案3的路用性能比級(jí)配1和級(jí)配2好。由表6 可知，試驗(yàn)路段A 的抗壓強(qiáng)度為99.6MPa，試驗(yàn)路段B的抗壓強(qiáng)度為103.4MPa，試驗(yàn)路段C的抗壓強(qiáng)度為105.1MPa。試驗(yàn)路段C的抗壓強(qiáng)度較試驗(yàn)路段A提高了5.52%，這是因?yàn)榧?jí)配3 的機(jī)制砂中0.6mm 和0.3mm砂占比最大，能夠有效填充混凝土骨架空隙，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有利于強(qiáng)度的形成。由表5可知，級(jí)配方案1 中機(jī)制砂0.6mm 和0.3mm 砂占比為28%，級(jí)配方案2中機(jī)制砂0.6mm 和0.3mm 砂占比為35%，級(jí)配方案3 中機(jī)制砂0.6mm 和0.3mm 砂占比為40%。由此可見，適當(dāng)增加機(jī)制砂中0.6mm 和0.3mm 砂的占比可以提高混凝土的施工質(zhì)量。

（2）機(jī)制砂石粉含量

本文使用3種不同石粉含量的機(jī)制砂制備高性能混凝土并攤鋪試驗(yàn)路段。碾壓施工完成28d后，在路面輪跡帶處隨機(jī)選取5 個(gè)取樣點(diǎn)鉆取芯樣，將試樣從1 到5編號(hào)。在實(shí)驗(yàn)室對試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果取平均值。檢測結(jié)果如表7所示。機(jī)制砂中石粉含量與試樣抗壓強(qiáng)度的關(guān)系如圖1所示。

表7 試驗(yàn)路段試樣抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖1 機(jī)制砂石粉含量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系圖

由圖1可知，試驗(yàn)路的抗壓強(qiáng)度隨機(jī)制砂中石粉含量的增加而逐漸增大。機(jī)制砂中石粉含量為5%時(shí)，試驗(yàn)路段G 的抗壓強(qiáng)度最高，路用性能最好；試驗(yàn)路段D的抗壓強(qiáng)度最低，為93.5MPa；試驗(yàn)路段E 的抗壓強(qiáng)度為98.4MPa，比試驗(yàn)路段D 高5.2%；試驗(yàn)路段F 的抗壓強(qiáng)度為100.2MPa，比試驗(yàn)路段E 高1.8%；試驗(yàn)路段G的抗壓強(qiáng)度為104.5MPa，比試驗(yàn)路段F 高4.3%，這是因?yàn)樵黾訖C(jī)制砂石粉含量，可以提高水泥拌合物的黏結(jié)能力。對機(jī)制砂石粉含量與試驗(yàn)路段抗壓強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行線性擬合，擬合公式為y=3.48x+90.45,R2=0.9733，試驗(yàn)路段抗壓強(qiáng)度隨機(jī)制砂石粉含量增加而逐漸增加。

3 結(jié)語

綜上所述，機(jī)制砂是一種優(yōu)良的建筑材料，為提高機(jī)制砂在混凝土工程中的應(yīng)用質(zhì)量，本文在試驗(yàn)路段采用不同機(jī)制砂級(jí)配和巖石種類進(jìn)行混凝土工程施工，分析這兩個(gè)因素對高性能混凝土施工的影響，結(jié)果表明：①機(jī)制砂級(jí)配方案3 的路用性能比級(jí)配1 和級(jí)配2 好；②宜適當(dāng)增加機(jī)制砂中0.6mm 和0.3mm 砂的占比；③機(jī)制砂中石粉含量為5%時(shí)，路用性能較好。