水泥混凝土路面混凝土配合比的设计初探

吉林交通科技

2007年第2期SCIENCEANDTECHNOLOGYOFJILINCOMMUNICATIONS总第108期

水泥混凝土路面混凝土配合比的设计初探

武丽李永红

长春市公路管理处(长春

130041)

近年来,随着经济的迅猛发展,我国公路、城市道路水泥混凝土路面发展与日俱增,水泥混凝土路面以其使用期限长,后期养护费用低、绿化环保程度高等优势而被广泛采用,其设计往往配少量钢筋或不配钢筋,面板厚度的计算是以混凝土的抗折(抗弯拉)

强度为依据的,所以相应的路面混凝土

的配合比也应以混凝土的抗折强度为指标进行设计。

1设计原则

1.1所设计的混凝土应满足工程所提出的抗

拉强度、施工和易性、耐磨性,耐久性及经济合理在骨料表面的沥青膜传导热能,粒料外热内冷,摊铺

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

长营高速公路具体实施段落如下:

超车道上面层加铺K53+000-K54+000行车道、

混合料类型:2cmSMA-10、2cmAC-13F

超车道上面层加铺K54+000-K55+000行车道、

混合料类型:2cmSMA-13、1.5cmSMA-10

超车道上面层加铺K55+000-K56+000行车道、混合料类型:1.5cmSMA-10

再生前原路面病害网裂已经贯穿到中下面层,再生后新路面不仅上面层网裂病害已经恢复,而且中下面层的网裂病害也得到恢复(如图6所示)。通过试验分析,达到了预期的效果。

后散热快,因此压路机必须紧跟再生机,及时趁热碾压以保证压实温度。

4.2.3再生施工时,特别注意耙松的深度一定

要均匀,耙松深度时深时浅,不但会影响路面的平整度,而且还会影响再生剂用量的准确性,降低了沥青混合料的再生质量。

4.2.4为了保证纵缝质量,加热宽度比耙松每

边宽10~20cm为宜,以保证纵向接缝的温度,从而使纵缝密实无松散。

沥青路面就地热再生技术,在发达国家和南方部分省份已经被大量使用。吉林省的高速公路、一级公路等高等级路面相继进入维修期,开展好沥青路面就地热再生技术,即解决了沥青路面的工程问题,又利用了旧的资源。节省了开采资源,减少了土地的占用,保护了环境,为实现可持续发展做出了贡献。

参考文献

再生前图6

4.24.2.1

注意事项

旧路面加热温度对再生路面的质量有很

1殷岳川.公路沥青路面施工.人民交通出版

社,2000.10

2吕伟民.沥青路面就地热再生的技术关键.中国高速公路,2006.11

34

沈国平,赖长福,吴昱翰.成渝高速公路沥青姜军.沥青路面热再生施工总结.吉林省嘉鹏

路面的就地热再生.中国高速公路,2006.11公路建设有限责任公司

(收稿日期:2007.4.4)

大影响,一般宜控制在130~140℃范围内。本次试验使用的再生机采用液化气红外加热,其加热深度约

4~5cm,再生机行走的速度控制在1.8~2.2m/min。

4.2.2

与厂拌沥青混合料相比,就地热再生混

合料的温度较低,沥青混合料就地加热主要依靠裹

总第108期性等要求。

武丽等:水泥混凝土路面混凝土配合比的设计初探2007年第2期

立方米混凝土的用水量WO,按下式初步确定单位用水量。

(T+KT)/3(kg/m3)…………(4)W0=

式中:T—坍落度(mm);KT—常数(按表3)选用

表3碎石

(mm)最大粒径

1.2水泥强度:包括抗折强度和抗压强度,

和水泥标号是两个概念。进行混凝土配合比设计时,应实测水泥的抗折强度。水泥抗折强度愈高,混凝土抗折强度愈高。

KT选用表

卵石

1.3混凝土抗折强度≥5.0MPa的重型以上交

通的水泥混凝土路面应选用抗折强度高、收缩性小、耐磨性强、安全性好和抗冻性好及含碱量低的

C25普通硅酸盐水泥,其水泥用量不应大于350kg/m3。

1.4

细集料采用细度模数2.5~3.0的中粗砂。

当细度模数小于2.6时,砂率取26%~28%;当细度模数为2.6~3.0时,砂率取28~30%。

10

KT

545

20500

40450

10575

20530

40485

粗集料最大粒径40mm,粗细集料均干燥时,混凝土单位用水量经验数值为:

1.5粗集料配以5~(圆孔15,15~25,25~38mm

筛)配成的连续级配,其中5~15mm的含量占

①碎石150~170kg/m3

②卵石140~160kg/m32.4

(W0),

根据已确定的水灰比(W/C)和单位用水量按下式计算单位用灰量:CO=WO・C/W

20%左右。

当水泥用量300~320kg/m3时,25~38mm占的比例大一些;当水泥用量330~350kg/m3时,15~

…………(5)

(Sρ)2.5确定砂率

・)…………(6)Sp=KρλλS・G/(ρS・G+ρG

式中:ρ(kg/m3)S—砂和石子松紧密度

(%);λG—混凝土中石子空隙率

25mm占的比例大一些。2

设计步骤

2.1确定配制强度RS

・(1)RS=RSD/(1-ts)……

式中:RS—混凝土的试配抗折强度(Mpa);RSD—混凝土的设计强度(Mpa);t—保证率系数(表1);(表2)s—变异系数

表1

保证率(%)保证率系数(t)

表2

施工管理水平(s)变异系数

K—拔开系数,在1.0~1.2范围内,一般取

1.05。

砂率应根据施工经验或参照表4确定。

表4

水灰比

(W/C)

混凝土砂粒选用表

卵石最大粒径(mm)

保证率与保证率系数的关系

碎石最大粒径(mm)

800.84

851.04

901.28

951.64

982.05

1520401526~3230~35

2025~3129~34

4024~3028~33

0.40.5

30~3529~3427~3233~3832~3730~35

施工管理水平与变异系数的关系

优秀

良好

一般

0.05~0.100.10~0.150.15~0.25

(体积法)2.6计算碎石砂粒用量

COGOSOWO

(7)++++10α=1000……………

ρρ'ρ'ρGGSW

2.2确定水灰比W/C

采用碎石时:W/C=1.5684/(RS-0.13485RSC+(2)1.0079)……

采用卵石时:W/C=1.2618/(RS-0.4565RSC+(3)1.5492)………

式中:RS—混凝土试配抗弯抗拉强度(MPa);

(MPa)。RSC—水泥实测抗弯拉强度

SO

……………………………(8)×100=Sρ

O0

式中:CO———每立方米混凝土中水泥用量(kg/m3);

——每立方米混凝土中碎石用量(kg/m3);GO—

——每立方米混凝土中砂用量(kg/m3);SO—

——每立方米混凝土中水用量(kg/m3);WO—

——水泥的真实密度(g/m3);ρG—

——碎石的表观密度(g/m3);ρ'G—

——砂的表观密度(g/m3);ρ'S—

2.3确定单位用水量Wa

按集料品种、规格及施工要求的坍落度值选择

2007年第2期武丽等:水泥混凝土路面混凝土配合比的设计初探总第108期

——水的密度(g/m3);ρW—

———混凝土含气量百分数(%)(在不使用α

含气型外加剂时α取1);

——砂率(%)。SP—

可见,降低砂率,能达到节约水泥的目的。

3.2用水量

试验表明,用水量对抗折强度的影响大于对抗压强度的影响。用水量低,抗折强度高,反之则低;在一定水灰比下,用水量越多,水泥用量也越多,反之则越少,可节约水泥。用水量的选择直接关系到混凝土的抗折强度与工程造价。因此,对单位用水量的选择,在满足施工工艺的条件下,力求最大限度地减少用水量。减少单位用水量的方法主要有机械脱水(真空吸水)和化学减少(减水剂)两种。真空吸水作业是将坍落度为3cm的混凝土经成型后,利用大气压力,抽出自由水成为坍落度为0的干硬性混凝土的工艺方法。因此,尽管原始用水量较大(如170kg/m3),当脱水率15%,混凝土内部的剩余用水量仅为145g/m3。采用真空吸水工艺,不仅可以提高混凝土路面的抗折强度,加快施工速度,而且能提高混凝土路面的耐磨强度,减小塑性收缩。这是最为简单和经济的方法。

2.7确定混凝土配合比(C:S:G=1:X:Y:W/C)

通过试拌调整,强度验核及试验室配合比计算调整各组成材料用量、确定理论配合比。

2.8施工配合比计算

由于施工现场的集料含水量经常变化,因而施工应根据集料的实际含水量对理论配合比进行调整。在集料中的水分应在用水量中扣除;由于水分所减少的集料数量则在集料用量中补足,由此得到施工配合比。

3混凝土抗折强度的主要影响因素

一般认为,混凝土的抗压强度主要是由于水泥

混凝土内聚力、集料的嵌固力和水及浆与集料的粘结力形成的。显然,这两种强度的形成机理有所不同。有人认为,混凝土抗折强度受路面本身微观裂缝的控制,当在荷载作用下,某一个微小单元裂缝继续扩展时,板面就会断裂破坏。这说明混凝土强度除遵守水灰比定则外,还受骨料品种的粗细影响,而砂率及用水量对抗折强度的影响大于对抗压强度的影响。

3.3集料粒径

由于水泥浆包裹着集料,故集料阻碍着水泥浆的收缩,随着水灰比的增加,便可减小收缩。相同稠度下,当细集料粒径增加时,可以减小用水量,也可降低收缩率。这就是为什么砂用的粗一些的原因。同样,增大粗集料的最大粒径,可降低单位用水量,提高混凝土强度,但当集料粒径过大,影响其对集配的连续性也会引起强度降低。

此项工程水泥混凝土路面的抗折强度50MPa,通过试验测定了各种集料的有关参数,同时考虑了施工工艺的要求,我们按照上面配合比设计步骤,确定了水泥混凝土设计配合比为:水泥:砂:碎石:水=335:550:1410:155=1:1.64:4.12:46。

3.1砂率

砂率直接影响混凝土混合料的粘聚性和保水性,砂率增加也会降低和易性,影响抗折强度,表5是我们在工程中所做的对比试验结果:

表5

砂率对抗折强度的影响

抗折强度

(Mpa)

水灰比(W/C)水泥用量(kg/m3)砂率(%)由此看来,水泥混凝土的配合比是混合料的灵魂,体现了水泥、水、和各种集料之间合理经济配置的比率关系。

(收稿日期:2007.4.9)

0.460.46

290290

2832

5.8/55.3/4

吉林交通科技

2007年第2期SCIENCEANDTECHNOLOGYOFJILINCOMMUNICATIONS总第108期

水泥混凝土路面混凝土配合比的设计初探

武丽李永红

长春市公路管理处(长春

130041)

近年来,随着经济的迅猛发展,我国公路、城市道路水泥混凝土路面发展与日俱增,水泥混凝土路面以其使用期限长,后期养护费用低、绿化环保程度高等优势而被广泛采用,其设计往往配少量钢筋或不配钢筋,面板厚度的计算是以混凝土的抗折(抗弯拉)

强度为依据的,所以相应的路面混凝土

的配合比也应以混凝土的抗折强度为指标进行设计。

1设计原则

1.1所设计的混凝土应满足工程所提出的抗

拉强度、施工和易性、耐磨性,耐久性及经济合理在骨料表面的沥青膜传导热能,粒料外热内冷,摊铺

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

长营高速公路具体实施段落如下:

超车道上面层加铺K53+000-K54+000行车道、

混合料类型:2cmSMA-10、2cmAC-13F

超车道上面层加铺K54+000-K55+000行车道、

混合料类型:2cmSMA-13、1.5cmSMA-10

超车道上面层加铺K55+000-K56+000行车道、混合料类型:1.5cmSMA-10

再生前原路面病害网裂已经贯穿到中下面层,再生后新路面不仅上面层网裂病害已经恢复,而且中下面层的网裂病害也得到恢复(如图6所示)。通过试验分析,达到了预期的效果。

后散热快,因此压路机必须紧跟再生机,及时趁热碾压以保证压实温度。

4.2.3再生施工时,特别注意耙松的深度一定

要均匀,耙松深度时深时浅,不但会影响路面的平整度,而且还会影响再生剂用量的准确性,降低了沥青混合料的再生质量。

4.2.4为了保证纵缝质量,加热宽度比耙松每

边宽10~20cm为宜,以保证纵向接缝的温度,从而使纵缝密实无松散。

沥青路面就地热再生技术,在发达国家和南方部分省份已经被大量使用。吉林省的高速公路、一级公路等高等级路面相继进入维修期,开展好沥青路面就地热再生技术,即解决了沥青路面的工程问题,又利用了旧的资源。节省了开采资源,减少了土地的占用,保护了环境,为实现可持续发展做出了贡献。

参考文献

再生前图6

4.24.2.1

注意事项

旧路面加热温度对再生路面的质量有很

1殷岳川.公路沥青路面施工.人民交通出版

社,2000.10

2吕伟民.沥青路面就地热再生的技术关键.中国高速公路,2006.11

34

沈国平,赖长福,吴昱翰.成渝高速公路沥青姜军.沥青路面热再生施工总结.吉林省嘉鹏

路面的就地热再生.中国高速公路,2006.11公路建设有限责任公司

(收稿日期:2007.4.4)

大影响,一般宜控制在130~140℃范围内。本次试验使用的再生机采用液化气红外加热,其加热深度约

4~5cm,再生机行走的速度控制在1.8~2.2m/min。

4.2.2

与厂拌沥青混合料相比,就地热再生混

合料的温度较低,沥青混合料就地加热主要依靠裹

总第108期性等要求。

武丽等:水泥混凝土路面混凝土配合比的设计初探2007年第2期

立方米混凝土的用水量WO,按下式初步确定单位用水量。

(T+KT)/3(kg/m3)…………(4)W0=

式中:T—坍落度(mm);KT—常数(按表3)选用

表3碎石

(mm)最大粒径

1.2水泥强度:包括抗折强度和抗压强度,

和水泥标号是两个概念。进行混凝土配合比设计时,应实测水泥的抗折强度。水泥抗折强度愈高,混凝土抗折强度愈高。

KT选用表

卵石

1.3混凝土抗折强度≥5.0MPa的重型以上交

通的水泥混凝土路面应选用抗折强度高、收缩性小、耐磨性强、安全性好和抗冻性好及含碱量低的

C25普通硅酸盐水泥,其水泥用量不应大于350kg/m3。

1.4

细集料采用细度模数2.5~3.0的中粗砂。

当细度模数小于2.6时,砂率取26%~28%;当细度模数为2.6~3.0时,砂率取28~30%。

10

KT

545

20500

40450

10575

20530

40485

粗集料最大粒径40mm,粗细集料均干燥时,混凝土单位用水量经验数值为:

1.5粗集料配以5~(圆孔15,15~25,25~38mm

筛)配成的连续级配,其中5~15mm的含量占

①碎石150~170kg/m3

②卵石140~160kg/m32.4

(W0),

根据已确定的水灰比(W/C)和单位用水量按下式计算单位用灰量:CO=WO・C/W

20%左右。

当水泥用量300~320kg/m3时,25~38mm占的比例大一些;当水泥用量330~350kg/m3时,15~

…………(5)

(Sρ)2.5确定砂率

・)…………(6)Sp=KρλλS・G/(ρS・G+ρG

式中:ρ(kg/m3)S—砂和石子松紧密度

(%);λG—混凝土中石子空隙率

25mm占的比例大一些。2

设计步骤

2.1确定配制强度RS

・(1)RS=RSD/(1-ts)……

式中:RS—混凝土的试配抗折强度(Mpa);RSD—混凝土的设计强度(Mpa);t—保证率系数(表1);(表2)s—变异系数

表1

保证率(%)保证率系数(t)

表2

施工管理水平(s)变异系数

K—拔开系数,在1.0~1.2范围内,一般取

1.05。

砂率应根据施工经验或参照表4确定。

表4

水灰比

(W/C)

混凝土砂粒选用表

卵石最大粒径(mm)

保证率与保证率系数的关系

碎石最大粒径(mm)

800.84

851.04

901.28

951.64

982.05

1520401526~3230~35

2025~3129~34

4024~3028~33

0.40.5

30~3529~3427~3233~3832~3730~35

施工管理水平与变异系数的关系

优秀

良好

一般

0.05~0.100.10~0.150.15~0.25

(体积法)2.6计算碎石砂粒用量

COGOSOWO

(7)++++10α=1000……………

ρρ'ρ'ρGGSW

2.2确定水灰比W/C

采用碎石时:W/C=1.5684/(RS-0.13485RSC+(2)1.0079)……

采用卵石时:W/C=1.2618/(RS-0.4565RSC+(3)1.5492)………

式中:RS—混凝土试配抗弯抗拉强度(MPa);

(MPa)。RSC—水泥实测抗弯拉强度

SO

……………………………(8)×100=Sρ

O0

式中:CO———每立方米混凝土中水泥用量(kg/m3);

——每立方米混凝土中碎石用量(kg/m3);GO—

——每立方米混凝土中砂用量(kg/m3);SO—

——每立方米混凝土中水用量(kg/m3);WO—

——水泥的真实密度(g/m3);ρG—

——碎石的表观密度(g/m3);ρ'G—

——砂的表观密度(g/m3);ρ'S—

2.3确定单位用水量Wa

按集料品种、规格及施工要求的坍落度值选择

2007年第2期武丽等:水泥混凝土路面混凝土配合比的设计初探总第108期

——水的密度(g/m3);ρW—

———混凝土含气量百分数(%)(在不使用α

含气型外加剂时α取1);

——砂率(%)。SP—

可见,降低砂率,能达到节约水泥的目的。

3.2用水量

试验表明,用水量对抗折强度的影响大于对抗压强度的影响。用水量低,抗折强度高,反之则低;在一定水灰比下,用水量越多,水泥用量也越多,反之则越少,可节约水泥。用水量的选择直接关系到混凝土的抗折强度与工程造价。因此,对单位用水量的选择,在满足施工工艺的条件下,力求最大限度地减少用水量。减少单位用水量的方法主要有机械脱水(真空吸水)和化学减少(减水剂)两种。真空吸水作业是将坍落度为3cm的混凝土经成型后,利用大气压力,抽出自由水成为坍落度为0的干硬性混凝土的工艺方法。因此,尽管原始用水量较大(如170kg/m3),当脱水率15%,混凝土内部的剩余用水量仅为145g/m3。采用真空吸水工艺,不仅可以提高混凝土路面的抗折强度,加快施工速度,而且能提高混凝土路面的耐磨强度,减小塑性收缩。这是最为简单和经济的方法。

2.7确定混凝土配合比(C:S:G=1:X:Y:W/C)

通过试拌调整,强度验核及试验室配合比计算调整各组成材料用量、确定理论配合比。

2.8施工配合比计算

由于施工现场的集料含水量经常变化,因而施工应根据集料的实际含水量对理论配合比进行调整。在集料中的水分应在用水量中扣除;由于水分所减少的集料数量则在集料用量中补足,由此得到施工配合比。

3混凝土抗折强度的主要影响因素

一般认为,混凝土的抗压强度主要是由于水泥

混凝土内聚力、集料的嵌固力和水及浆与集料的粘结力形成的。显然,这两种强度的形成机理有所不同。有人认为,混凝土抗折强度受路面本身微观裂缝的控制,当在荷载作用下,某一个微小单元裂缝继续扩展时,板面就会断裂破坏。这说明混凝土强度除遵守水灰比定则外,还受骨料品种的粗细影响,而砂率及用水量对抗折强度的影响大于对抗压强度的影响。

3.3集料粒径

由于水泥浆包裹着集料,故集料阻碍着水泥浆的收缩,随着水灰比的增加,便可减小收缩。相同稠度下,当细集料粒径增加时,可以减小用水量,也可降低收缩率。这就是为什么砂用的粗一些的原因。同样,增大粗集料的最大粒径,可降低单位用水量,提高混凝土强度,但当集料粒径过大,影响其对集配的连续性也会引起强度降低。

此项工程水泥混凝土路面的抗折强度50MPa,通过试验测定了各种集料的有关参数,同时考虑了施工工艺的要求,我们按照上面配合比设计步骤,确定了水泥混凝土设计配合比为:水泥:砂:碎石:水=335:550:1410:155=1:1.64:4.12:46。

3.1砂率

砂率直接影响混凝土混合料的粘聚性和保水性,砂率增加也会降低和易性,影响抗折强度,表5是我们在工程中所做的对比试验结果:

表5

砂率对抗折强度的影响

抗折强度

(Mpa)

水灰比(W/C)水泥用量(kg/m3)砂率(%)由此看来,水泥混凝土的配合比是混合料的灵魂,体现了水泥、水、和各种集料之间合理经济配置的比率关系。

(收稿日期:2007.4.9)

0.460.46

290290

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