劉從宇

摘要 文章針對公路工程超高強度密實混凝土的設計問題展開研究，以樂西高速公路工程為例，結合混凝土配合比設計準則與案例工程實際情況，對C50混凝土的原材料和級配比進行研究，并且對混凝土的應用性能進行檢驗。研究結果表明，混凝土試件在經過120次硫酸鹽干濕循環(huán)后的抗壓強度系數分別為98.7%、93.2%、93.4%、98.9%；而經過150次硫酸鹽干濕循環(huán)后的抗壓強度系數分別為98.4%、86.6%、92.5%、98.4%，均高于75%的抗壓水平，說明研究提出的C50混凝土配合比方案具有良好的抗壓性與抗腐蝕性。

關鍵詞 公路工程；超高強；混凝土；設計

中圖分類號 U418.8文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）10-0093-03

0 引言

隨著公路工程施工質量的提高，對于技術工藝、材料應用的要求也愈加嚴格，將超高強密實混凝土應用于路橋工程，能夠大幅度提高工程質量。超高強密實混凝土具有良好的抗壓強度與抗折強度，能夠承受更大的荷載壓力。同時，這類混凝土具有極高密實度，能夠防止水、氣體與有害物質等侵入，能夠提高混凝土的耐久性，對于公路工程建設具有重要意義。

1 工程概況

該文以樂西高速S2-5公路工程為例，該工程全長共21.88 km，起始樁號為K132+0.35，沿線經過慶恒鄉(xiāng)、竹核鄉(xiāng)、阿并洛古鄉(xiāng)、谷曲鄉(xiāng)、城北鄉(xiāng)等地區(qū)，終點樁號為K153+916.903。該公路工程共包括4座隧道：1座短隧道、1座中長隧道、2座長隧道。主線橋梁17座：大橋15座，中橋2座。公路設計時速為80 km/h。為保證路橋施工段質量，采用超高強密實混凝土技術。

2 超高強密實混凝土設計依據及材料要求

2.1 設計依據

案例工程在進行公路施工混凝土配比設計時，嚴格遵守《普通混凝土配合比設計規(guī)程》（JGJ 55—2011）、《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）、《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG 3420—2020）等設計依據。同時，根據樂山至西昌高速公路施工的設計圖紙，結合工藝參數要求，開展C35混凝土與C50混凝土配比的設計工作。

2.2 混凝土原材料

鑒于C50混凝土的應用性能，應明確原材料內容，具體如表1所示。此外在技術要求方面，C50混凝土的坍落度要求均為140～180 mm[1]。

3 公路工程超高強密實混凝土配合比設計策略

開展公路工程混凝土配合比設計時，首先明確混凝土配合比計算情況，逐個確定水泥、粉煤灰、細集料、粗集料、拌和水以及減水劑的用量；隨后確定配合比設計方案；最終，根據混凝土抗壓強度檢測結果，確定C50超高強密實混凝土的理論配合比，主要流程如圖1所示[2]。

3.1 混凝土配合比計算

由于C50混凝土較C35混凝土擁有更高的應用強度，屬于公路工程高強密實混凝土范疇，因此該文將針對C50混凝土的配合比設計策略展開詳細闡述。

首先確定C50混凝土的配置強度，具體如下：

fcu.0=fcu.k+1.654σ=50+1.645×6.0=59.9 MPa

式中，fcu.0——混凝土的配置強度；fcu.k——混凝土的設計強度等級值；σ——混凝土強度標準差。

隨后計算C35混凝土的水灰比，具體如下：

W/B=aa·fb/（ fcu.0+aa·ab·fb）

=（0.53×55.6）/（59.9+0.53×0.20×55.6）=0.45

式中，W/B——混凝土水灰比數值；aa、ab——回歸系數；其中碎石aa取0.53，ab取0.20。進而得到：

fb=γfγsfce=0.85×65.4=55.6 MPa

式中，fce——水泥28 d膠砂的抗壓強度，實測值為65.4 MPa；同時粉煤灰影響系數γf值為0.85。因此，根據案例工程施工現場要求，將C50混凝土的水灰比設定為0.32。

隨后確定單位用水量，根據施工坍落度140～180 mm的要求，按照坍落度每增大20 mm用水量增加5 kg的計算方式，得出：

（160?90）/20×5=17.5，215+17.5=232.5 kg/m3

因為C35混凝土減水劑的減水率為26%，因此推導出混凝土單位用水量為163 kg/m3。

對膠凝材料用料進行計算。根據粉煤灰產量為膠凝材料總量的16%，計算出膠凝材料為509 kg/m3，粉煤灰用量為76 kg/m3，推導出水泥用量為433 kg/m3。此外，經過多次試驗，在減水劑產量βj為1.2%的前提下，計算出減水劑用量為6.11 kg/m3。

計算粗集料與細集料的用量。假定混凝土拌和物的表現密度為2 500 kg/m3，可以計算出粗集料ms0為749 kg；

細骨料mg0為1 079 kg。初步確定C50混凝土的水泥∶粉煤灰∶細集料∶粗集料∶水∶減水劑的級配為：509∶76∶7 749∶1 079∶163∶6.11。

3.2 試拌與調整

在公路工程超高強密實混凝土配合比設計中，試拌與配合比調整的主要內容是確定攪拌機的投料順序和每階段的投料量，根據高強度混凝土的應用要求，明確攪拌時間與振搗方式[3]。具體在試拌階段，按水泥∶粉煤灰∶細集料∶粗集料∶水∶減水劑=509∶76∶749∶1 079∶163∶6.11的情況進行試拌，實際用水量為150 kg/m3；并對混凝土拌和物進行檢測，得到坍落度為165 mm，粘聚性良好、保水性無、棍度為上，實測容重為2 520 kg/m3，具體如表2所示。

為提高混凝土的耐久性，根據經濟合理、保證施工質量、方便施工混凝土和易性的原則，結合設計文件要求，進一步優(yōu)化得出理論配合比，以實際用水量和水灰比不變的情況下重新計算膠凝材料用量。具體如下：

mb0=mw0/（W/B）=150/0.32=469 kg/m3

根據上述算式，求得粉煤灰產量為膠凝材料總量的15%，即為70 kg/m3；水泥用量為399 kg/m3，滿足《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTL/T 3650—2020）要求。

在確定C50混凝土用水量、膠凝材料用量以及砂率后，得出每平方米基礎混凝土材料用料方案，具體為水泥∶粉煤灰∶細集料∶粗集料∶水∶減水劑=399∶70∶771∶1 110∶150∶5.63。同時，當用水量不變時，水灰比要增加0.03，基準配合比要減少0.03，砂率要相應增加或減少1%。采用水灰比0.35、0.32、0.29三種方案，分別推導出三種配合比方案的材料用量。

按照表3中的C50混凝土設計方案，在試驗室內試拌25 L混凝土，具體情況如表3所示。根據表3中數據結果得知，C50混凝土和易性良好。如果試拌時發(fā)現坍落度太小，需要加大水和水泥的用量。反之，當發(fā)現坍落度過大時，則要適當減少用水量。此外，還應注意調整砂率與外加劑摻量，如果試拌時發(fā)現混凝土的和易性較差，還要合理使用外加劑。

3.3 配合比確定

根據C50混凝土的試拌與調整結果，確定其細節(jié)內容。例如對混凝土配合比拌和物的表觀密度進行計算：

pc，c=mc+mf+mg+ms+mw （1）

綜合計算混凝土拌和物實測表觀密度與理論觀密度的偏差情況，整理出3種設計方案，具體如下：

1#方案：（2 530?2 500）/2 500×100%=1.2%＜2%，該配合比不需要做調整。

2#方案：（2 510?2 500）/2 500×100%=0.4%＜2%，該配合比不需要做調整。

3#方案：（2 520?2 500）/2 500×100%=0.8%＜2%，該配合比不需要做調整。

三種混凝土配合比設計方案如表4所示。

根據調整后的混凝土配合比設計方案，擬定在試驗室進行三種方案的試拌，制作試件后進行強度檢測。具體是針對7 d與28 d后的混凝土抗壓強度進行計算，具體如表5所示：

3.4 確定理論比

最終根據上述設計結果，在滿足案例工程工藝要求的基礎上，還要考慮經濟性原則，選擇2#方案。然后，對C50混凝土配合比作出調整，將水泥∶粉煤灰∶細集料∶粗集料∶水∶減水劑的配合比方案設為：399∶70∶771∶1 110∶150∶5.63。質量比情況為：（0.85∶0.15）：1.64∶2.37∶0.32∶0.012。

4 公路工程超高強密實混凝土應用效果試驗

為檢驗該文提出的C50混凝土配合比方案應用效果，采用硫酸鹽侵蝕檢測方法，將混凝土試件放置到標準養(yǎng)護室內，28 d后放入80 ℃烘干箱內烘干處理48 h。隨后將混凝土試件放到干燥環(huán)境中冷卻到正常室溫，進行硫酸鹽侵蝕檢驗。具體是選擇4組混凝土試件加入5%的Na2SO4溶液中，試驗結果如表6所示：

根據混凝土試驗結果可知，混凝土試件在經過120次硫酸鹽干濕循環(huán)后，抗壓強度系數分別為98.7%、93.2%、93.4%、98.9%；在經過150次硫酸鹽干濕循環(huán)后的抗壓強度系數分別為98.4%、86.6%、92.5%、98.4%，均高于75%抗壓水平，說明研究提出的C50混凝土配合比方案具有良好的抗壓性與抗腐蝕性，能夠保證混凝土工程的長期應用質量。

5 結論

綜上所述，在公路工程施工階段，引入超高強度密實混凝土技術工藝，能夠大幅度提高混凝土應用質量與使用壽命，為路橋工程的正常運行提供長效保障。該文基于具體案例，針對C50混凝土配合比設計策略展開研究，首先闡述設計依據與混凝土原材料；隨后逐次展開混凝土配合比計算，試拌與調整，配合比確定，確定理論比；最后針對C50混凝土應用質量進行試驗，可知混凝土試件在經過120次硫酸鹽干濕循環(huán)后的抗壓強度系數分別為98.7%、93.2%、93.4%、98.9%；在經過150次硫酸鹽干濕循環(huán)后的抗壓強度系數分別為98.4%、86.6%、92.5%、98.4%，均高于75%抗壓水平，說明研究提出的C50混凝土配合比具有良好的抗壓性與抗腐蝕性能，能夠為案例工程提供質量保障。

參考文獻

[1]陳鵬， 張望鵬. 基于公路改擴建舊混凝土路面回收集料的再生水穩(wěn)基層應用研究[J]. 湖南交通科技， 2023（4）： 60-64.

[2]肖燕. 露石水泥混凝土路面在公路隧道施工中的應用[J]. 交通世界， 2023（36）： 154-156.

[3]余紅香. 公路路面施工中鋼纖維混凝土技術的應用[J]. 交通世界， 2023（36）： 52-54.