王梅选
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摘 要：路基施工成为道路建设中的重要环节，尤其是对特殊路段施工的要求提出更高的要求。对公路桥梁工程高强度混凝土原材料中的水泥、粗细集料、粉煤灰、外加剂、水的性能进行了总结，提出了混凝土配合比的设计要求，需要计算理论配合比、做好配合比优化、确定最终的施工配合比，可为同类工程提供借鉴。
关键词：桥梁工程；高强度混凝土；配合比设计
引 言：高强混凝土管桩多应用于房屋建筑中，随着公路事业的发展，车流量的大量增加，对公路质量的要求更高，如何提高公路质量成为公路施工研究的重要课题，通过项目的实际应用，预应力高强混凝土管桩在公路特殊路基的应用取得较大的成果，缩短寒区施工工期，优化工程施工方案，实现降本增效的目的。
1.工程概况
某公路采用四车道高速公路技术标准，设计速度为100km/h，路基宽度为26.0m，桥涵宽度与路基同宽，设计荷载为公路-Ⅰ级，桥梁及路基的设计洪水频率为1/100，地震动峰值加速度为0.05g，平曲线一般最小半径为1000m。该桥梁工程使用设计标号C60的高强度混凝土进行施工。由于C60标号的高强度混凝土水泥含量高、黏聚性强、水化热较大，容易造成干缩裂缝的出现，因此，加强混凝土配合比的设计至关重要。
2.原材料的选定
（1）水泥的选用是整个桥梁工程的重点，选用的水泥不仅需要强度稳定、标准稠度用水量小，而且要与外加剂性能进行匹配。本工程选择某水泥厂生产的P.052.5普通硅酸盐水泥，要求采用同一批熟料，助磨剂、石膏的品种及掺量稳定不变。（2）细骨料选用细度模数为2.5～2.8的Ⅱ区中砂。每批河砂必须留样封存，比对样品，确保性能符合要求。（3）粗骨料碎石选用连续级配为5～20mm的碎石，需要碎石强度高、材料干净、针片状颗粒少，不带杂质。（4）粉煤灰采用F类Ⅰ级灰，要求质量稳定、灰质固定、颜色一致；外加剂采用高减水率、坍损小、与胶凝材料匹配性良好的高性能外加剂，本工程采用PCA-I型减水剂。（5）工程用水为生活用水。
3.高强混凝土管桩在路基中的应用原理
3.1碳化深度检测
混凝土本身呈碱性，碳化后变成酸性，而酚酞试剂具有遇酸不变色遇碱变红的特点，故可采用酚酞试剂检测混凝土碳化深度。测定前，将待检测的混凝土表面清理干净，用记号笔绘出检测网格。测定时，用铁锤与錾子在检测网格中点处凿1个直径为15mm、深度为10mm左右的洞，用橡皮吹清理粉末及碎屑，使用酚酞试剂对洞口喷洒，用碳化深度尺测量不变色区域的深度，即为碳化深度值。
3.2计算理论配合比
首先通过试验选定水胶比为0.30进行适配；计算用水量为150kg/m3；计算胶凝材料用量为500kg/m3；外加剂的掺量依照厂家推荐掺量。据高强混凝土配合设计要求，矿物掺合料掺量范围约为30%～40%，具体掺量通过试验确定最优的方案；砂率的选定参考超高层泵送经验，具体根据试验适配确定。粗、细骨料用量采用质量法进行计算。
3.3混凝土强度的计算
将测得的16个回弹值中最大的3个回弹值和最小的3个回弹值舍弃，取中间的10个回弹值作为计算数据，按式(1)计算。Ｒm=∑10i=1Ｒi10(1)式(1)中，Ｒm为测区平均回弹值(MPa);Ｒi为第i个测点的回弹值(MPa)。以平均回弹值Ｒm与平均碳化深度值dm为基础，结合测区混凝土强度换算表(节选)［8］来换算得到混凝土强度换算值fecu，i。
3.4混凝土强度
A线、B线道路样本的混凝土强度分布如图3所示。
由图3可知，A线、B线道路样本的混凝土强度均大于20MPa，说明A线、B线道路路面混凝土的强度满足行业规范和日常使用要求。由图3(a)可知，A线道路路面的混凝土强度变化范围为24．4～33．9MPa，但由于车辆荷载作用造成的碳化影响程度不同，混凝土强度出现不均匀现象，即在A线道路的1～17号样本中，东门路面(1～5号样本)的混凝土强度最小，西门其次，中门最大。同时，受路面局部修补、路面磨耗造成的骨料外露等因素的影响，A线道路路面的混凝土强度曲线呈现上下波动现象。由图3(b)可知，B线道路路面的混凝土强度变化范围为32．1～35．9MPa。因受车辆荷载作用造成的碳化对路面混凝土强度影响程度较小，故在B线道路的18～40号样本中，西体育场路面(18～26号样本)的混凝土强度略大于中门广场南侧路段(35～40号样本)。同时，由于车流量小，路面完整性较好，B线道路路面的混凝土强度分布曲线较均匀。
3.4确定掺量比例
通过试验选定6组不同配比的胶凝材料，对需水量比、净浆流动度、强度之间的曲线变化，结合现场施工确定粉煤灰与矿粉的最优掺量。在实际的施工中可以看出不同组成比例的胶凝材料表现出的需水量比、净浆流动度、胶砂强度等方面均有所不同。C2胶凝材料水泥掺量为70%，矿粉掺量为30%，需水量相对于C1为97%，净浆流动度为1750mm，胶砂强度3d为27.1MPa，7d为62.7MPa，需水量比小，强度高，但流动性小，不易泵送，需要加入粉煤灰或用水量来调整混凝土的流动性。C3胶凝材料的水泥掺量为70%，粉煤灰掺量为30%，需水量相对于C1为104%，净浆流动度为240mm，胶砂强度3d为25.1MPa，7d为56.4MPa，需水量较大，为C1的104%，因此，粉煤灰掺量不宜过高；C4的矿粉掺量为20%，粉煤灰掺量为10%，需水量相对于C1为99%，净浆流动度为210mm，胶砂强度3d为25.9MPa，7d为57.6MPa，可见流动性合适、需水量不大；C5的矿粉掺量为10%，粉煤灰掺量为20%，需水量相对于C1为98%，净浆流动度为200mm，胶砂强度3d为25.4MPa，7d为58.5MPa，可见C4和C5的性能相差不大；C6的水泥掺量为60%，矿粉掺量为20%，粉煤灰掺量为20%，需水量相对于C1为99%，净浆流动度为200mm，胶砂强度3d为21.6MPa，7d为58.2MPa，胶砂强度出现了一定程度的下降；C7的水泥掺量为60%，矿粉掺量为10%，粉煤灰掺量为30%，需水量相对于C1为102%，净浆流动度为230mm，胶砂强度3d为20.7MPa，7d为55.8MPa，需水量增大，流动性提高，但强度下降明显。综上分析，最后确定水泥掺量为64%，粉煤灰掺量为12%，矿粉掺量为24%，混凝土的和易性最佳，强度较高，同时水化热较低，而且经济环保。
4结论
（1）不同比例的掺合料对胶砂强度和净浆流动度都有较大影响。合理的掺量不仅能增加流动性，优化孔结构，提高抗渗性能，抑制碱-集料反应，有效降低混凝土水化热峰值，预防温度裂缝的产生，更能降低混凝土成本。（2）合理的砂率级配可以降低混凝土的空隙率，使混凝土更加密实，增加混凝土的流动性，减少孔洞的产生，确保浇筑的成品无明显瑕疵。在确保强度的前提下，超高距离泵送也能游刃有余。（3）高性能外加剂的掺量不仅能大幅降低用水量，提高混凝土强度，还能减少坍落度损失，预防风险，保证质量。（4）选择合理的流动性指标，不仅能使施工简易化，而且使混凝土的黏聚性好，不容易离析分层，使混凝土比较均匀，从而使混凝土硬化后的色泽均匀，无明显色差。结合本工程的施工情况，采用该配比的C60高强度混凝土和易性比较好，在轻微的辅助振捣下能很好地填充结构物，满足施工要求，确保施工质量。
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