高速公路混凝土抗弯强度特性的试验研究.pdf

江西建材质量控制与检测862023年6 月高速公路混凝土抗弯强度特性的试验研究孟凡娇贵州宏信创达工程检测咨询有限公司，贵州 贵阳 550000摘 要：文中对高速公路混凝土抗弯强度特性进行研究，以水泥、矿物掺合料、细集料、粗集料、外加剂及水为原材料制作混凝土试块，采用 WDW-50 型万能试验机，测量试件抗弯强度值，分析不同影响因素下高速公路混凝土抗弯强度特性。试验结果表明，当水灰比为0.28时，混凝土抗弯强度达到最大值8.65MPa；当骨料粒径为120目时，混凝土抗弯强度达到最大值7.58MPa；当龄期为50d时，混凝土抗弯强度达到最大值8.21MPa；当温度为20时，混凝土抗弯强度达到最大值7.91MPa。由此证明，水灰比、骨料粒径、龄期、温度对高速公路混凝土抗弯强度特性影响显著。关键词：高速公路；混凝土特性；抗弯强度中图分类号：TU528.37文献标识码：A文章编号：1006-2890（2023）06-0086-03Experimental Study on the Flexural Tensile Strength Characteristics of Highway ConcreteMeng FanjiaoGuizhou Hongxin Chuangda Engineering Testing Consulting Co.Ltd.,Guiyang,Guizhou 550000Abstract:This study conducted a study on the flexural tensile strength characteristics of highway concrete.Using cement,mineral admixtures,fine aggregates,coarse aggregates,admixtures,and water as raw materials,concrete specimens were first made,and then subjected to bending and tensile tests using a WDW-50 universal testing machine.The flexural and tensile strength values of the specimens were measured to analyze the flexural and tensile strength characteristics of highway concrete under different influencing factors.The test results show that when the water cement ratio is 0.28,the flexural tensile strength of concrete reaches the maximum value of 8.65 MPa;When the particle size of the aggregate is 120 mesh,the maximum flexural tensile strength of the concrete reaches 7.58 MPa;When the age is 50 days,the flexural tensile strength of concrete reaches the maximum value of 8.21MPa;When the temperature is 20,the flexural tensile strength of concrete reaches the maximum value of 7.91MPa.This can prove that the water cement ratio,aggregate particle size,age,and temperature have a significant impact on the flexural tensile strength characteristics of highway concrete.Key words:Expressway;Concrete characteristics;Bending tensile strength作者简介：孟凡娇（1988-），男，黑龙江望奎人，本科，工程师，主要研究方向为试验检测。1 试验准备1.1 试验材料此次研究选用水泥、矿物掺合料、细集料、粗集料、外加剂以及水配制而成的混凝土作为试验原材料1。按照我国高速公路高强混凝土要求，水泥胶砂强度需要在50MPa以上，本次试验选用普通硅酸盐水泥，性能稳定、质量合格。配制高速公路高强混凝土时，为改善混凝土的工作性能，通常需要添加一定的矿物掺合料，本次试验选取较为常用的粉煤灰与矿渣粉2，选用某电厂级粉煤灰，其需水量较小且活性指数较高，有利于改善高速公路混凝土的力学性能与耐久性能；矿渣粉属于凝胶性原材料，在混凝土中可以发挥火山灰效应，本次试验选用达到高强混凝土要求的 S95 级矿渣粉，可以提升混凝土的抗渗性与抗盐酸侵蚀性。关于细集料与粗集料，二者的含泥量与泥块含量不一致，且砂的粒径存在较大差别，所以，对高速公路混凝土抗弯强度影响也不相同，本次试验选用不同粒径的骨料，深入研究不同骨料颗粒下的高速公路混凝土抗弯强度特性。最后，本次试验使用的外加剂为高性能减水剂，水为饮用水。1.2 试验方法在确定试验原材料的基础上，需制作高速公路混凝土试件3。本次试验主要考虑水灰比、骨料颗粒、龄期与温度这几个因素对混凝土抗弯强度特性的影响。因此，以水泥：矿物掺合料：细集料：粗集料：减水剂：水=10.151.22.50.0120.25的配比作为混凝土试块的初步配合比，并将水泥体积掺量、骨料粒径、龄期以及温度当作试验变量4，混凝土配制时的抗压强度需满足以下条件：（1）式中，P0表示高速公路混凝土配制时的抗压强度（MPa），P1表示高强混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）。混凝土试件定型后进行脱模养护，然后，在某试验室内采用 WDW-50 型万能试验机进行混凝土试件的抗弯强度特性试验5，在该试验机上设置一个专门订购的拉拔夹具，用于混凝土试件弯拉试验，整个试验过程采用万能试验机自带的传感器，测量混凝土试件的动态试验数据6，通过采集系统进行采集与存储，并根据下式计算出混凝土试件的抗弯强度值：江西建材质量控制与检测872023年6 月 （2）式中，P2表示高速公路混凝土试件的抗弯强度值（MPa），Fmax表示试件所受荷载最大值（kN m-2），S表示试件断裂面的面积（m2）。将式（2）所求抗弯强度值作为试验指标，本次试验过程中，及时记录并求出混凝土试件在不同变量下的抗弯强度值，直到混凝土试件发生断裂，停止试验。2 结果分析2.1 不同水灰比下混凝土抗弯强度特性首先探索水灰比对高速公路混凝土抗弯强度特性的影响，控制骨料粒径、龄期、温度相同，改变混凝土试件配制的水灰比，得到试验结果如表1 所示。表1 不同水灰比下混凝土抗弯强度特性试验条件抗弯强度值/MPa水灰比水泥用量/（kg m-3）用水量/（kg m-3）0.362801006.060.313201007.370.283601008.650.244201007.010.214801006.140.185501005.88由表1 可知，水灰比对高速公路混凝土抗弯强度特性影响显著，随着混凝土试件配制水灰比的降低，混凝土抗弯强度值呈上升状态，且在水灰比为0.28 时，混凝土试件的抗弯强度达到最大值8.65MPa。但并不是水灰比越小，混凝土抗弯强度值越大，当水灰比降低至0.24 时，混凝土抗弯强度值开始呈下降状态，主要是因为用水量与水泥用量一定时，混凝土试件有着最佳水灰比，使试件的抗弯强度值达到最佳数据。2.2 不同骨料粒径下混凝土抗弯强度特性为进一步探究不同骨料粒径对高速公路混凝土抗弯强度特性的影响，在其他变量保持不变的前提下，改变骨料粒径（40、80、120、160、200目）进行抗弯试验，骨料粒径对高速公路混凝土抗弯强度特性影响显著，随着骨料粒径的增加，混凝土试件的抗弯强度值呈先上升后下降的状态。对于160200目的骨料，其粒径较小，在配制混凝土浆液时不利于水泥水化，从而导致混凝土试件内部萌生微裂缝，影响其抗弯强度特性；对于4080目的骨料，其粒径较大，具有吸水倍率高的特点，所以在配制混凝土浆液时，粒径较大的骨料会导致混凝土试件内部出现残留孔洞，所以，在混凝土试件受到荷载时，易出现裂纹，影响抗弯强度；而120 目的骨料，其粒径大小与颗粒数量较为合理，在混凝土试件内部分布均匀且范围较广，不仅吸液倍率较低，而且可以促进水泥水化，从而阻碍混凝土试件内部出现孔洞与裂缝，改善混凝土抗弯强度特性。总之，当骨料粒径为120目时，试件抗弯强度值为7.58MPa，此时混凝土表现出最佳的抗弯强度特性。2.3 不同龄期下混凝土抗弯强度特性当高速公路混凝土试件养护到一定龄期后，经过标准抗弯试验，得到不同龄期下混凝土抗弯强度值，如图1 所示。图1 不同龄期下混凝土抗弯强度根据图1 可以得到高速公路混凝土抗弯强度和养护龄期之间的关系，公式如下。P=2.4817 ln（t）+3.9641 （3）式中，P表示高速公路混凝土抗弯强度（MPa），t表示混凝土养护龄期（d）。由此可知，养护龄期对高速公路混凝土抗弯强度特性影响显著，随着试件养护龄期的不断延长，高速公路混凝土试件抗弯强度值呈上升状态，且增长速率呈降低状态，也就是混凝土龄期增长前期抗弯强度值提高较快，龄期增长后期抗弯强度值提高较慢，当龄期为50d时，高速公路混凝土抗弯强度达到最大值8.21MPa。这主要因为在高速公路混凝土养护前期，由于水泥水化不完全，水泥和骨料等原材料与基体界面的黏结性较差，对混凝土抗弯强度特性的影响更为显著，同时，在养护龄期的前期，水泥和骨料等原材料与基体之间的机械咬合作用相对较差，所以，此时混凝土试件的抗弯强度相对较低。2.4 不同温度下混凝土抗弯强度特性由于高速公路混凝土制备原材料有着一定的温度敏感性，也就是在不同环境温度下，高速公路混凝土路面结构的抗弯强度特性各不相同。因此，需关注不同养护温度对高速公路混凝土试件抗弯强度特性的影响规律。本次试验按照15d、30d两个龄期进行混凝土试件的养护，养护过程中控制温度变化范围为-2020，统计这两个龄期下混凝土试件抗弯强度值随温度的变化情况。无论是养护龄期为15d还是30d的高速公路混凝土试件的抗弯强度，均随着环境温度的升高而有所提升，且环境温度为020 时，混凝土抗弯强度值明显高于环境温度为-200时的抗弯强度值。当温度为20 时，养护龄期为30d的混凝土试件抗弯强度值最大为7.91MPa，这主要是因为高速公路混凝土试件的原材料水泥具有一定黏结力，温度越高水泥在混凝土中起到的黏结作用就越强，抵抗变形的能力也就越大，促使混凝土抗弯强度特性得到充分表现，所以，养护环境温度的提升有利于改善高速公路混凝土抗弯强度特性。3 结语本文对不同水灰比、骨料粒径、龄期以及温度下的高速公路混凝土试件进行抗弯试验，详细分析了各因素对混凝土抗弯强度特性的影响规律，得到结论如下。（1）随着水灰比的降低，混凝土抗弯强度值呈现先稳步增长后逐渐降低的状态。（2）随着骨料粒径的增加，混凝土抗弯强度值先上升后下降。（下转第90 页）江西建材质量控制与检测902023年6 月表1 28 号桩超声法检测结果测点序号声时/s声速/（km s-1）波幅/dB测点序号声时/s声速/（km s-1）波幅/dBA1289.593.3259.63C1298.963.4160.90A2288.613.3356.94C2298.463.4258.68A3276.363.4825.54C3283.313.6021.47A4269.013.5728.03C4276.743.6924.37A5264.603.6328.83C5275.723.7136.92A6246.473.9029.60C6276.743.6931.46A7245.003.9234.79C7272.703.7432.52A8283.223.3935.73C8253.514.0235.68A9270.973.5435.49C9253.014.0338.52A10245.493.9133.81C10253.014.0338.62A11289.593.3226.91C11293.413.4834.85A12292.043.2923.96C12300.983.3925.58A13269.993.5628.52C13279.273.6527.47A14249.413.8534.64C14252.004.0538.25A15250.393.8430.63C15255.034.0029.71A16248.433.8737.85C16256.043.9837.49A17263.133.6532.35C17271.193.7634.55A18269.013.5731.57C18279.773.6531.67在A立面试验结果中，声时在A1A3、A11A12测点处不属正常范围，波速均在正常范围，波幅在A1A2测点处不属正常范围。因此，判断 A立面在桩顶和桩中部均具有一定缺陷。在 C立面试验结果中，声时在 C1C6、C11C13、C18 测点处不属正常范围，波速均在正常范围，波幅在 C1C2 测点处不属正常范围。因此，判断 C立面在桩顶、桩中部及桩底均具有一定缺陷。对比上述两立面测试结果，得出桩不同立面的缺陷具有一定差异，但总体较为一致，均能有效评价桩身缺陷，侧面验证了本文超声法测试结果的准确性。4 结语（1）无损检测在重大工程桩基检测中具有较强的适用性，低应变反射波法能有效评价桩身缺陷范围及其完整性，其适用性范围较广。（2）超声法试验，可通过声速、声时及波幅判断桩身缺陷位置，结果显示，即使同一根桩，在不同立面的检测结果也会存在一定差异，侧面验证了本文超声法测试结果的准确性。参考文献 1 李骅庚.基于声学参数特性的超声法检测钢管混凝土缺陷试验研究D.长沙：长沙理工大学，2017.2 陈逵，李骅庚，曹智雄，等.超声法检测建筑工程钢管混凝土缺陷试验研究J.施工技术，2017，46（3）：65-68.3 谢勇，曹少辉.超声法检测混凝土缺陷试验研究J.黑龙江交通科技，2013，36（11）：71-72.4 周建，郭真真，崔伟杰，等.基桩低应变检测方法及在工程检测中的应用J.中国建材科技，2023，32（1）：126-130.5 林飞燕.雷达检测技术在建设工程无损检测中的应用J.江西建材，2022（12）：38-39，42.6 郭凤龙.无损检测技术在桥梁桩基检测中的应用研究J.江西建材，2022（11）：67-68.（3）随着养护龄期的延长，混凝土抗弯强度值不断提高。（4）随着养护温度的升高，混凝土抗弯强度不断增大。因此，在高速公路混凝土路面结构施工过程中，可以适当调整水灰比、骨料粒径、养护龄期及养护温度，改善混凝土的抗弯强度特性，延长高速公路使用年限。参考文献 1 张鹏，代思源，王磊，等.纳米 SiO2和聚乙烯醇纤维对混凝土抗弯拉性能的影响J.科学技术与工程，2021，21（10）：4191-4195.2 谷孟君.回收轮胎钢纤维再生粗骨料混凝土弯拉性能试验研究J.武汉理工大学学报，2022，44（12）：75-82.3 过震文，刘小方，段昕智，等.超高性能混凝土在环境温度变化下的力学性能试验研究J.复合材料学报，2021，38（10）：3495-3503.4 杨健，蔡良才，王振辉，等.碾压混凝土抗弯强度特性的试验研究J.混凝土，2007（12）：7-9.5 王振辉，蔡良才，刘晓军，等.正交法碾压混凝土基层设计研究J.混凝土，2007（2）：82-83.6 朱育岷.缓凝高效减水剂对碾压混凝土性能影响分析J.混凝土，2003（4）：19-23.（上接第87 页）