高速公路隧道水泥砼路面混凝土配合比试验研究

摘 要：依托工程实例进行了高速公路隧道水泥砼路面混凝土配合比试验研究，根据初选的五组矿料级配，通过强度和孔隙率试验初步优选出一组最佳级配2#-2，并得出水灰比为0.27，灰集比为0.25。

关键词：孔隙率；配合比；成型方法

近年来，随着我国高等级公路建设的迅猛发展，随着开发西部战略的不断实施，山区修建公路已经越来越普遍，尤其是隧道建设的规模也越来越大。隧道路面相对于一般公路路段而言有其特殊的工作环境。水泥混凝土路面强度大，承载能力强，水稳定性好，具有有利于照明的浅亮色泽，不易燃且对空气污染小，故为隧道路面特别是长大隧道内等特殊路段的路面设计广泛采用。本文依托X高速公路隧道工程某路面标，针对多孔水泥混凝土配合比组成设计方法展开试验研究。

1 工程背景

X高速公路隧道施工项目共有两座隧道，分别为潼湖隧道（左幅K13+030～K13+910、右幅12+962～K13+920）、水涧山隧道（左幅K29+471～K32+400、右幅K29+495～K32+401），隧道单洞长7673m，隧道路面设计为15cmC25砼（抗弯拉强度不小于1.8Mpa+30cmC40砼（抗弯拉强度不小于5.0Mpa）。工程数量为：潼湖隧道C25砼：3328.65m3；C40砼：8487.3m3；水涧山隧道：C25砼：10292.325m3；C40砼：21508.801m3；共计：C25砼：13620.975m3，C40砼：29996.101m3。隧道路面宽度为：11.25米。

2 配合比设计试验

2.1矿料级配

（1）初选级配

试验中根据两档玄武岩所占比例的不同，初选五组矿料级配，分别配制成多孔水泥混凝土试件，以考察级配对多孔混凝土强度及其孔隙率的影响。

（2）强度

多孔水泥混凝土试件成型采用振动压实法，试模尺寸为300mm×300mm×100mm。混凝土拌合后分两层装入试模，每层插捣次数不少于60 次；然后，将其置于混凝土振动台上振动三次（每次振动时间分别为 10s、20s 和 5s），在后两次振动过程中，试件上搁置重为 50N 的平板（平板底面尺寸约为 300mm×300mm），以保证试模中的混凝土拌合料表面均匀平整。振动后，将试件置于轮碾机上碾压成型，试件碾压次数为双向各6次。成型后的试件养护7d 后，切割成小梁试件（100mm×100mm×300mm）和立方体试件（100mm×100mm×100mm），分别用于测定抗折强度、抗压强度及孔隙率。

依据强度指标，初步选出级配 1#-1、2#-1 和 2#-2 这三组强度较好的级配，在测定各组多孔混凝土的孔隙率指标后，经综合考虑选出最佳级配。

（3）孔隙率

各初选级配的多孔水泥混凝土实测孔隙率测试结果见表2。

表1 不同级配多孔水泥混凝土的实测孔隙率平均值

级配

1#-1

2#-1

2#-2

2#-3

3#-1

实测孔隙率平均值（%）

22.30

22.74

21.98

23.84

24.07

测定有效孔隙率时，试验中采用每组 3 块 100mm×100mm×100mm 的立方体小试件。有效孔隙率平均值的测试结果见表 3。

表2不同级配多孔水泥混凝土的有效孔隙率

级配

1#-1

2#-1

2#-2

2#-3

3#-1

实测孔隙率平均值（%）

15.94

17.74

17.83

19.54

25.84

在得出实测孔隙率和有效空隙率的测试结果后，以 10-15mm 集料所占比例为横坐标，以孔隙率为纵坐标，可以得到多孔水泥混凝土的孔隙率指标随级配改变而变化的关系曲线（图 1），从图中可以很直观的看出各孔隙率指标随级配变化的分布情况。

图1 多孔水泥混凝土级配与孔隙率关系曲线

2.2水灰比

为了解水泥浆裹覆试验的复现性，使用两种不同品牌的普通硅酸盐（P.O 42.5）水泥，进行两次平行试验，对所得结果加以分析比较。

水灰比的大小决定了水泥浆体的流动性，决定着水泥浆是否能均匀地包裹在集料表面，从而影响混凝土的强度和孔隙率。实验结果显示当水灰比为 0.27 时，多孔混凝土试件的强度最大，此时在多孔混凝土粗集料表面包裹了一层薄而均匀的胶结层，集料之间通过胶结层充分连接，形了比较理想的骨架结构形式。当水灰比超过 0.27 时，多孔混凝土抗压和抗折强度均降低，这主要是由于水泥浆体流动性增加，浆体逐渐积聚于试件下部，上部浆体变得稀薄，混凝土试件上下部密实程度不同、孔隙分布也不相同。水灰比在 0.25～0.29 之间变化时，多孔混凝土的孔隙率变化不大，在 22%左右。根据强度和孔隙率数据可确定试验的最佳水灰比为 0.27。

2.3灰集比

试验结果表明：随着灰集比的增大，多孔混凝土试件的抗压、抗折强度逐渐增大，灰集比为 0.25 时的抗折强度比 0.23 时提高 23%，抗压强度比灰集比为 0.23 时提高 37%；试件孔隙率随灰集比的增大而逐渐减小，灰集比在 0.25和 0.27 时，孔隙率的差别显著。这是因为灰集比的大小决定了水泥浆体的多少。当灰集比较小时，水泥浆不足以完全裹覆集料表面以形成足够厚度的胶结层，故试件强度偏低，且孔隙率大；随着灰集比的增加，水泥浆不仅能充分裹覆集料表面，还填充了颗粒间的部分空隙，使混凝土试件越来越密实，故其强度增大、孔隙率减小。综合考虑多孔水泥混凝土的强度、孔隙率指标和拌合物状态，确定最佳灰集比为 0.25。

3 结果分析

（1）试验中根据两档玄武岩所占比例的不同，初选了五组矿料级配，并根据以往经验初定水灰比为 0.27，灰集比为 0.25。依据强度指标，初步选出级配 1#-1、2#-1 和 2#-2作为比较理想的级配；

（2）其中级配 2#-2 的实测孔隙率最小；有效孔隙率较大，利于排水，且该级配多孔混凝土的抗压强度最高，可初步确定为一种最佳级配。

（3）采用与选择最佳水灰比相同的试验方式来确定最佳灰集比。通过水泥浆裹覆试验，进行多孔水泥混凝土强度与孔隙率测定，最终优选出最佳灰集比为 0.25。并提出了三种多孔混凝土室内成型方法，推荐采用振动―碾压成型方法，成型时的碾压次数可控制在双向各 6 次。

参考文献

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