高速公路高性能混凝土试验检测分析

文／肖飞 金华市正方工程检测有限公司 浙江金华 321000

引言：

现阶段，在建筑工程施工过程中，混凝土是一种比较常见的施工材料，不仅易于成型，还具有良好的质量，较低的成本，在工程建设中发挥着重要的作用。将其应用在高速公路建设中，应不断提高混凝土质量，通过对其进行试验检测，深入了解高性能混凝土的特点，为工程建设奠定良好的基础。

1、高性能混凝土的含义与特点

1.1 高性能混凝土的含义

高性能混凝土是一种新型高科技混凝土，在不改变原材料的情况下，使用普通的生产工艺，也能生产出满足力学性能的构件，并且耐久性良好，体积稳定性高、工作性也比较高。在设计高性能混凝土时，主要基于耐久性进行，根据周围的环境，结合各方面影响因素，合理设计耐久性指标，选择优质材料，有效控制水胶比，在采用矿物掺合料的基础上，融入外加剂，保障混凝土性能满足质量要求。高性能混凝土的原材料主要有水泥和外加剂等，其中最重要的材料就是水泥，直接关系着高性能混凝土的质量。而高性能混凝土的各项性能，主要取决于集料的形状和强度。矿物掺合料可以提高凝胶材料的性能，优化其结构，外加剂可以通过减少水灰比，增强混凝土强度。在制作高性能混凝土时，需要使用大量胶凝材料，对其质量有着较高的要求，所以在实际选用该材料的过程中，要有效掌控其质量。在选择骨料时，应注意其种类、有害物质含量和集配等，保障其质量符合施工要求，才能控制高性能混凝土的耐久性与和易性等。

1.2 高性能混凝土的特点

高性能混凝土主要具有以下特点：

（1）工作性能高。在对混凝土工作性能进行评价时，主要的参数依据是混凝土拌合物的和易性。高性能混凝土具有良好的和易性，主要由于其水胶比小，比较容易控制塌落度，具有良好的保水性能，难以出现骨料离析的情况。所以其具有良好的工作性能，可以确保混凝土在不发生泌水现象的基础上，具有良好的流动性能。

（2）力学性能高。一般情况下，混凝土的力学性能包括弹性模量和抗压强度等。混凝土这种材料具有不均匀性，很多因素都会对其力学性能产生影响，特别是水灰比，高性能混凝土在掺加高效减水剂的情况下，不仅能够增强力学性能，也能节约水泥用量。

（3）耐久性高。混凝土的耐久性主要是指在长期的工作状态下，混凝土能够不受外部环境的影响，一直保持结构性能。该指标包含耐腐蚀性和抗渗性等。其中耐腐蚀性是指混凝土抵抗盐和酸等腐蚀的能力，腐蚀会碳化混凝土的保护层，降低其周围的碱度，降低混凝土的耐久性。抗渗性是指混凝土在受到水压作用时，能够有效抵抗浸透。对于高性能混凝土而言，由于结合使用了矿物掺合料和高效减水剂，使其内部空隙减少，促进其耐久性的提升。

（4）体积稳定性高。若混凝土的体积稳定性比较差，很容易由于收缩产生裂纹，导致其耐久性降低。一般的混凝土会发生收缩或温度变形。高性能混凝土由于使用水泥量较少，所以后期硬化过程中收缩变形也比较轻微。

2、高性能混凝土性能影响因素

2.1 钢筋保护层

在高速公路工程建设的过程中，施工质量也会对混凝土的耐久性产生影响，特别是钢筋保护层中，混凝土材料越厚，使用寿命越长，具有良好的使用耐久度。在实际施工过程中，相关施工人员要想提升混凝土材料施工质量，可以合理增加钢筋保护层。这种方法不仅施工便捷，没有安全隐患，也具有良好的经济性。施工人员在设定混凝土施工厚度时，应根据公路实际情况，准确确定其厚度，以免由于过厚出现裂缝现象，影响钢筋材料。

2.2 水胶比

在普通的混凝土材料中，一旦其水胶比接近最低值，会增加材料密实度，影响其使用性能。因此，在制备高性能混凝土材料时，需根据工程实际情况，不断优化混凝土材料性能，合理控制水胶比，增强混凝土材料的抗腐蚀性，确保能够满足整体施工质量要求。

2.3 路面防水性能

在高速公路施工过程中，相关施工单位应积极配合管理单位，做好公路路面防水工作，提高路面防水性能。有效处理路面施工中存在的问题，提高其排水性能，增强路面的压实程度，满足当前施工需求。

3、高速公路高性能混凝土试验检测

3.1 配合比试验

3.1.1 材料选择

（1）对胶凝材料的选择，这对高性能混凝土配置具有重要的作用，应结合实际施工特点，合理进行选择。在选择水泥材料时，应选择普通硅酸盐水泥，保障其强度符合要求。为了防止水泥结构物出现裂缝，应在选择强度时，尽量选择较低强度的水泥。在选择粉煤灰时，应优先选择Ⅰ级，最少其三大指标中有两项符合Ⅰ级标准。同时，应降低水灰比，以免加快混凝土碳化的速度。在实际使用粉煤灰的过程中，应确保其掺量少于30%。在选择粒化高炉矿煤渣时，确保其等级超过S95 以上。不管是粉煤灰的掺量，还是矿渣粉的掺量，都应根据试验结果确定，确保其符合规范要求。

（2）骨料的选择。在选择骨料前，应先确定混凝土的耐久性，了解其物理性能，有效控制骨料粒径以及碱活性组分含量[1]。另外，在选择骨料时，应注意机制砂的选择，并对其进行全面检测，确保其与施工标准要求相一致。为了降低混凝土泵送的阻力，可以对碎石的形状进行调整。

（3）高性能减水剂的选择。在高性能混凝土中，存在大量的矿物掺和料，导致混凝土水胶比下降，所以需要使用高性能减水剂，确保混凝土质量符合施工要求。在融入混凝土前，应合理进行配比，确保其能够有效提升混凝土性能。

3.1.2 配合比设计

在对高性能混凝土进行配合比设计时，应根据其强度等级，结合实际使用部位，设计不同的方案。在有效控制水灰比的基础上，提高骨料振实堆积密度，减少水泥浆使用量。在实际施工过程中，要合理控制单位用水量，一般在160kg-175kg 之间。在设计时，应尽量采用体积法或采用质量法。

3.2 和易性试验

3.2.1 影响和易性的因素

影响新拌混凝土和易性的因素主要包含组成材料的影响和环境因素的影响。其中组成材料主要包括以下几点：

（1）水灰比的影响。在混凝土拌合物中，一旦确定水泥浆总量，其稠度主要取决于水灰比。水灰比小，混凝土拌合物难以密实成型，流动性较差。反之混凝土比较稀，保水性较差，但流动性比较好，容易产生离析现象。只有水灰比合适的情况下，才能确保混凝土拌合物能够密实成型，并比较均匀，具有优良的耐久性。因此，在实际施工过程中，应合理控制水灰比，科学增减用水量[2]。

（2）水泥浆数量的影响。一旦水灰比确定，水泥浆过多，会降低混凝土的保水性，产生泌水现象，降低其耐久性。若水泥浆过少，不能完全填充集料间隙，就会导致混凝土黏聚性较差。因此，应根据流动性要求，合理控制水泥浆数量。

（3）砂率的影响。即混凝土砂石中砂所占的比例。砂率大，混凝土拌合物具有较强的稠度，影响其流动性，砂率小，则会降低混凝土拌合物的流动性，降低其保水性和流动性。因此，应合理确定砂率值，以保障混凝土拌合物具有良好的保水性和流动性。环境因素的影响主要表现在温度方面，随着温度的升高，会加快水分蒸发的速度，混凝土的塌落度损失增加。此外，在配合比设计相同的情况下，相较于人工拌和的方式，机械拌和的塌落度更大。

3.2.2 试验方法

准备好塌落度试验仪（如图1所示），按照试验流程规范开展试验。在实际试验的过程中，需要先检测黏聚性，使用捣棒对拌合物侧面进行敲击，观察拌合物塌落速度，若比较慢，则说明其具有良好的黏聚性，若塌落速度较快，则说明混凝土黏聚性较差。然后需对其保水性进行检测，在提起塌落度筒的过程中，观察混凝土底部是否流出大量水分，若有，说明其保水性较差，若没有，则说明混凝土具有良好的保水性[3]。

图1 塌落度试验仪

选取多组高性能混凝土样品，对其塌落度进行分析。所有样品的平均塌落度数值为207mm，标准差为7.66mm。通过上述分析可知，其保水性和黏聚性皆满足要求。这些混凝土样品由于生产初期对其原材料质量采取有效的控制措施，并科学优化其配比，所以均具有良好的和易性，质量比较高。

3.3 泌水率试验

混凝土在运输和泵送的过程中，会产生拌合水和集料分层的问题，即泌水现象。水胶比越大，越容易出现这种现象，主要因为水胶比越大，其中的自由水越多，进而延长水泥水化的时间。同时，外加剂的量越多，也会加剧泌水现象，降低混凝土保水性能，使得集料产生离析现象，对混凝土硬化产生影响[4]。高性能混凝土由于水胶比小，具有良好的保水性，即使混凝土拌合物的塌落度较大，也不会出现泌水现象。

3.3.1 试验方法

首先对常压泌水率进行检测，将混凝土拌合物装入带盖容器当中，然后加水拌合，先间隔10min，吸一次试样表面泌出的水，1h 后，间隔30min 吸一次水，直到没有水泌出。除了吸水时，其余时间应盖好盖子，防止水分蒸发。计算总共吸水量，以算出泌水率。其次对压力泌水率进行检测，需要使用专门的压力泌水仪（如图2所示），在确定恒压力后，分别对加压10s 后和140s 后的拌合物泌水量进行检测，以计算压力泌水率。

图2 压力泌水仪

3.3.2 试验结果

通过对试验结果进行分析，发现高性能混凝土由于配合使用外加剂和掺和料，增强了可泵性，在正常情况下，不仅泵送比较顺利，也不会出现泌水现象。

上述几篇论文，主旨在于思考当时社会生活中存在的问题，试图从理论上作出分析和回答。我讲到这样的经历是想表明:在哲学社会科学领域，学者们从理论上做学术研究，但我们研究的背景和对象是当今的现实。我们不能忽视现实生活中的迫切问题。面对这样的问题，如何从理论上提出、分析和解决，是我们的责任。这几项研究，无论是关于实践运动的基本规律，人的活动效率的历史发展，以及用实践批判、对实践批判和实践自我批判等问题，都是面对现实生活中的基本理论困惑，试图作出自己的回答。而这样的研究和回答，如果仅仅依靠原有的理论和方法无法作出，就要求我们进一步寻找新的理论和方法。这样做的结果，在思想理论上就是一种创新。

3.4 力学性能试验

3.4.1 立方体抗压强度

（1）试验方法

取出经过养护的混凝土试件，在相应时间内进行试验。将试件表面擦拭干净，然后放置到压力机下承压板上，保障承压面处于对中状态。开动压力机，将试件调整至与上压板表面接触的位置，然后停止，对压力机球座进行调整，使其接触的更加均匀，然后开动压力机，破坏试件，对破坏荷载值进行记录，计算抗压力强度值。

（2）试验结果分析

选取多组具有代表性的混凝土，对其立方体抗压强度进行测试。试验结果显示标准差仅为1.471Mpa，表明混凝土强度质量变化较小，质量比较稳定，抗压强度值符合要求。

3.4.2 劈裂抗拉强度试验

（1）试验方法

采用圆柱体试件开展试验，对其进行养护，取出测量其高度，对其外观进行检查，标记劈裂面位置线。将试件放置在压力机下承压板上，开动机器，对其球座进行调整，让它和试件表面均匀接触，然后破坏试件，记录极限值，对劈裂抗拉强度进行计算。

（2）试验结果分析

根据测试结果，发现混凝土在施工期间，抗裂系数达到1.6，可以通过采取有效的温控措施，以免混凝土受到温度影响，发生开裂现象，保障混凝土使用的安全。

3.4.3 抗压弹性模量试验

（1）试验方法

对于混凝土来说，抗压弹性模量也是一项重要的力学指标。在试验过程中，先将试件取出，并将上下承压板整理干净。选择一组试件，然后进行轴心抗压强度试验，得出相应数值。再选择一组试件进行抗压弹性模量试验，放置变形测量设备。将试件放于压力机球座上，开动压力面，使球座接触试件表面。然后进行预压，加荷载值，记录不同测点的变形读数值，然后继续加荷，记录相应数值，直到各读数差值大于20%，才能完成试验[5]。将试件对中后，进行卸荷，再进行两次预压，记录各测点的变形读数值，重复加荷，记录相应变形读数值。

（2）试验结果

在实验室进行试配试验，并优化高性能混凝土配合比，采取多组试件进行检测，得出抗压强度值，以及相应的静力抗压弹性模量。试验结果显示7d 抗压强度为60Mpa 左右，28d 抗压强度为70Mpa 左右，相应的抗压弹性模量符合预应力张拉要求。这说明对配合比进行优化，可以克服混凝土大体积施工后出现裂缝的问题，不仅满足施工要求，还能节约施工成本[6]。

3.5 耐久性试验检测

3.5.1 抗渗性试验

（1）试验方法

采用逐级加压法。试件为圆柱形，取出晾干，并在其侧面涂抹密封材料，将试件装入抗渗仪，开动机器，按照规定间隔时间，不断增加水压，观察试件渗水情况。如试件有一半出现渗水现象，则停止试验，计算抗渗等级。若在加压至相应抗渗等级后，8h 后仍然有一半试件没有出现渗水情况，说明试件满足要求，可以不再进行试验。

（2）试验结果

采用高效减水剂和硅粉融合的方式，配置了三组高性能混凝土。经过抗渗试验，发现混凝土内部的密实度得到了强化，所以高性能混凝土不仅具有良好的抗渗性能，强度也比较优异。

3.5.2 抗氯离子渗透性试验

（1）试验方法

现阶段，对混凝土抗氯子渗透进行检测的主要有两种方法。一种为电通量法，通过对混凝土试件电能量的评定，来检测其抗氯子渗透性能。在电场的作用下，正负离子会发生迁移，通过流过的电量，可以判断混凝土抗氯子渗透性。在试验开始之前，先将试件进行真空饱水，然后安入试验槽内，通电6h，间隔30min 记录一次电流，并计算通过的总电量。还有一种为快速氯子迁移系数法，通过对氯子在混凝土中非稳态迁移的系数测定，评估其抗氯子渗透性能。在试验开始前，先对试件进行切割，确保其为标准尺寸[7]。在橡胶桶中注入氢氧化钾溶液，在试验槽中注入氢氧化钾溶液，然后通电，根据初始电流，确定试验时间，完成通电后，取出试件，将其劈成两半，观察氯离子的扩散深度，然后对其扩散系数进行计算。

（2）试验结果

为了对混凝土抗氯子渗透性能进行对比，配置了一组普通混凝土，以及三组高性能混凝土，对其氯子扩散系数进行试验。试验结果表明，高性能混凝土由于掺入了优质掺合料。对其结构进行了优化，阻断了氯离子的渗透路径，测得的氯离子扩散系数还不到普通混凝土的一半。

4、保障高性能混凝土性能的措施

4.1 优化搅拌系统

在当前的混凝土搅拌施工中，应明确该工艺的重要性，根据实际施工情况，采取合理的混凝土搅拌工艺，保障搅拌质量符合施工要求。相关施工人员应根据实际情况，合理选择相应设备，在搅拌过程中，科学添加减水剂，并有效控制水量，以免影响整体质量。同时，相应工作人员应积极升级现有的搅拌系统，及时更新设备，以免出现人工操作失误的情况，影响混凝土质量[8]。在加入相应原材料的过程中，应使用自动化设备进行搅拌，充分混合各类原材料，并保障搅拌的均匀性。

图3 混凝土搅拌现场

4.2 优化浇筑工艺

在混凝土浇筑期间，不仅要保障其配比的合理性和科学性，也要按照规定要求设置搅拌环境。使用专门的搅拌车对混凝土进行运输，如需进行转运，则需要使用泵送机，以有效改善混凝土浇筑问题。在对梁体进行浇筑时，应按照分层法进行，依次浇筑底板和腹板，最后进行密封处理。条件允许的情况下，应尽量采用二次振捣工艺，提高混凝土的耐久性，增强其强度。在浇筑深桩时，应在使用人工振捣的同时，配合导管浇筑，能够更好地防止混凝土出现离析现象。

结语：

综上所述，在我国高速公路项目中，高性能混凝土具有重要作用，在实际施工过程中，要在有效把控整体施工过程的基础上，加强对其性能的重视，以保障工程建设质量。因此，相关人员应加强对高性能混凝土试验检测工作的重视程度，通过试验检测分析，合理确定其原材料配比参数，充分发挥高性能混凝土的优势作用，提升建设单位的经济效益，也能保障公路工程使用的安全性和稳定性。