浏览：次 2019-01-19 16:00
摘要：通过对原材料、配合比设计参数的优选和大量室内试验，用425号普通硅酸盐水泥配制成功满足重交通道路要求的路面用水泥混凝土。比使用525号硅酸盐水泥，每m3成本节约十几元。试验中发现，用C3A含量低、C4AF含量高的水泥更有利于混凝土抗弯拉强度的发展。
关键词：高等级公路路面水泥混凝土配合比
重交通道路水泥混凝土路面要承受车辆高密度荷载的冲击、摩擦、弯曲和温度、湿度的反复变化。因此，要求它必须具备较高的抗弯拉强度和耐磨性。1994年交通部颁发的JTJ012-94《公路水泥混凝土路面设计规范》(以下简称规范)，将高等级公路路面水泥混凝土28d龄期设计抗弯拉强度从老规范规定的4.5MPa提高到5.0MPa。这就充分说明抗弯拉强度是控制高等级水泥混凝土路面质量的关键。?
根据新规范规定，混凝土的配合比设计强度应高出设计弯拉强度的1.10～1.15倍。因此，要配制设计弯拉强度为5.0MPa的混凝土，配制强度则须达到5.50～5.75MPa。为满足这一要求，施工单位常须采用525号普通硅酸盐水泥，不言而喻，使用525号水泥不但会增加工程造价，还常因货源偏紧、供应不及时，而影响到工程进度。?
在宁通一级公路建设中，我们使用了供货充足、相对价廉的425号普通硅酸盐水泥，通过认真优选各种原材料，合理确定配合比参数，经大量室内试验，配制成功满足重交通道路要求的高质量路面用水泥混凝土。
1 路面混凝土的配制
1.1 主要原材料的选择
1.1.1 水泥
路面用水泥应首先选择具有抗弯拉强度高、收缩性小、耐磨性和耐久性好的水泥。要求水泥各龄期强度值及其它指标不应低于国家标准。需注意的是，一般施工单位从混凝土拌制到抹面压纹等全过程的时间往往很长，超过水泥凝结时间的现象屡见不鲜，而水泥的凝结时间是影响混凝土路面浇筑质量的重要因素，不容忽视。施工单位必须根据自己的施工技术水平，选择凝结时间与之相适应的水泥。
1.1.2 粗集料
用表面粗糙且多棱角、与水泥石粘结性好的碎石配制的混凝土具有较高的强度。最大粒径不大于40mm。其他技术指标均应符合规范要求。
1.1.3 细集料
路面混凝土用砂必须具有高的密度和小的比面，以保证拌合物有适宜的工作性，硬化后的混凝土有足够的强度和耐久性，同时又达到节水的目的。因此，宜选用符合规范要求的细度模数大于2.5的Ⅱ区中粗砂。
1.1.4 外加剂
外加剂质量应符合GB8076-87《混凝土外加剂》的规定，使用时应注意配量准确，且在混合料中拌和均匀。
1.2 配合比设计
按GBJ97-94《水泥混凝土路面施工及验收规范》的规定，路面用水泥混凝土配合比设计采用抗弯拉强度或抗压强度指标的设计方法。在宁通公路建设中，采用了以抗弯拉强度为指标的配合比设计方法。
1.2.1 混凝土的配制强度
混凝土的配制强度(fcf，o)按公式(1)确定：
fcf，o=k·fcf，k (1)
式中：fcf，k——混凝土设计抗弯拉强度，MPa；?
???k——系数，施工水平一般者取k=1.15。?
若设计抗弯拉强度为5.0MPa时，则配制强度应为5.75MPa。
1.2.2?拌和物稠度
路面混凝土拌和物坍落度不应大于2.5cm，工作度不应小于10s。
1.2.3?水灰比
??以碎石为集料的混凝土拌和物的水灰比，可根据已知的混凝土配制抗弯拉强度(fcf，o)和水泥的实际抗弯拉强度(fcef)，代入公式(2)求得灰水比，灰水比的倒数即为水灰比。
C/W=(fcf,o+1.0079-0.3485fcef)/1.5684????(2)
??混凝土强度很大程度取决于水灰比，高等级公路路面混凝土水灰比一般不小于0.4，不大于0.5，掺减水剂的混凝土水灰比要比未掺的降低0.02～0.05。如采取真空吸水工艺，在设计混凝土配合比时，无须考虑真空吸水的脱水量，而将因吸去水分而提高的强度作为路面的强度储备。
1.2.4?砂率
??砂率是指混凝土中砂的质量与砂石总质量的比率。砂率的变化可导致集料的总表面积和空隙率的变化。砂率过大，集料的总表面积和空隙率都会增大，在水泥浆含量不变的情况下，混凝土拌和物的流动性将减少；同样，若砂率过小，因不能保证粗集料间有足够的砂浆层，也会降低混凝土拌和物的流动性。伴随着混凝土拌和物工作性能的恶化，势必殃及硬化混凝土的密度、强度、干缩性及耐久性。所以确定砂率是混凝土配合比设计的重要内容之一。?
??从砂率过大或过小都对混凝土产生不良影响这点看来，砂率必然存在一个最佳值。通常认为，在水泥浆用量不变的条件下，能使混凝土拌和物获得最大流动性且不致出现离析泌水等不良现象时的砂率为最佳砂率。道路混凝土的砂率，一般在28%～32%之间，通过试验决定最佳值。
1.2.5?用水量及水泥用量
单位用水量应考虑粗集料的最大粒径、砂的粗细、坍落度要求、外加剂种类、施工温度等因素，然后通过试验确定。路面混凝土单位用水量，粗集料采用碎石时一般为150～170kg/m3。?
??水泥用量根据所需的水灰比和用水量确定，对于425号水泥单位用量应不小于350kg/m3，对于525号水泥应不小于300kg/m3。
1.2.6?集料用量
??砂、石用量可根据已选定的砂率，采用绝对体积法或假定密度法计算。
1.2.7?配合比校准
??根据以上原则，合理选用混凝土配合比参数并计算出初步配合比后，即可进行试拌，以校核混凝土拌和物的工作性能。如拌和物的坍落度或维勃稠度不符合设计要求，或粘聚性和保水性不理想时，则应在保证水灰比不变的条件下，相应调整用水量或砂率，直到满足要求为止，并提出基准配合比。再根据基准配合比配制混合料，制作试件进行强度检验。根据强度检验结果和湿表观密度测定结果，进一步修正配合比，即可得到试验室配合比。最后再根据现场砂、石材料的实际含水率，将试验室配合比换算为施工配合比。?
混凝土拌和物工作性能调整的方法见表1。
表1?
试拌坍落度情况
观察含砂量情况
保持水灰比不变条件下的校正方法
备注
比要求坍落度
小时
含砂量适宜
适当增加水泥浆
1.水泥浆的增
减，每次以每
m3用水量增减
5kg试拌。
2.调整砂率一
般每次增减
2%。
含砂量不足
适当提高砂率和增加水泥浆
含砂量过多
适当减少砂率和增加水泥浆
比要求坍落度
大时
含砂量适宜
适当减少水泥浆
含砂量不足
适当提高砂率和减少水泥浆
含砂量过多
适当减少砂率和水泥浆
2?试验结果与分析
??我单位试验室进行试配试验采用基准水灰比为0.43，基准砂率为30%，为达到既有代表性又尽量减少试验次数的目的，选用具有代表性的普通型硅酸盐水泥，外加剂选用了苏州水泥制品研究院研制的AF型外加剂。混凝土试验结果参见表2～3。
表2?
试件
??
编号
水泥
??
品种
混凝土配合参数
混凝土7d强度
混凝土28d强度
工艺
单位水
泥用量
(kg/m3)
外加剂
种类及
使用
数量
水灰比
(W/C)
砂率
(%)
碎石
粒径
(mm)
砂细度模数(Mx)
抗弯拉(MPa)
抗压(MPa)
抗弯拉(MPa)
抗压(MPa)
A1
425P
420
0.43
29
20～40
2.7
4.04
31.8
5.61
50.3
A2
425P
390
0.43
30
20～40
2.7
4.46
35.3
5.14
46.3
A3
425P
396
0.43
30
20～40
2.7
4.42
38.4
5.65
48.1
真空
吸水
A4
425P
370
0.5%AF
减水剂
0.41
30
20～40
2.7
4.13
39.1
5.91
42.7
B1
425P
390
0.43
30
20～40
2.7
4.51
38.7
5.81
40.4
真空
吸水
B2
425P
390
0.41
29
20～40
2.7
4.23
40.1
5.69
43.0
B3
425P
372
0.43
30
10～30
2.7
4.78
29.8
5.46
39.2
真空
吸水
B4
425P
380
0.42
30
10～30
2.7
4.81
29.3
5.54
35.3
真空
吸水
B5
425P
370
0.5%AF
减水剂
0.41
30
20～40
2.7
3.74
33.5
6.33
40.2
C1
525P
375
0.42
29
20～40
2.7
4.02
29.2
6.28
46.4
表3
水泥
品种
生产单位
抗弯拉强度
(MPa)
抗压强度
(MPa)
凝结时间
(h:min)
C3A
含量
(%)
C4AF
含量
(%)
混凝土
7d抗弯
拉强度
(MPa)
混凝土
28d抗
弯拉
强度
(MPa)
3d
28d
3d
28d
初凝
终凝
425P
A水泥厂
5.0
7.5
27.2
57.4
1:50
2:50
5.55
14.32
4.78
5.94
425P
B水泥厂
4.5
7.0
29.4
50.9
4:17
6:32
7.54
13.04
4.53
5.78
425P
C水泥厂
4.2
6.9
27.2
52.0
3:20
6:15
7.95
12.68
4.37
5.61
425P
D水泥厂
3.9
5.7
22.1
40.2
1:50
5:15
3.92
4.82
备注
混凝土配合参数为：W/C=0.43，Sp=30%，C=400kg/m3
从表2～3可以看出：?
(1)用425号水泥、单位水泥用量390kg/m3、水灰比0.41～0.43、砂率29%～30%所配制的混凝土，其28d抗弯拉强度一般能达到5.5MPa；
(2)采用C3A含量低、C4AF含量高的水泥对提高混凝土抗弯拉强度有利；
(3)A水泥厂生产的水泥虽然抗弯拉强度高，但是终凝时间太短，不宜采用；
(4)采用525号水泥，比采用425号水泥可节省20kg/m3左右，但黄砂、碎石数量相应有所增加；?
(5)混凝土的7d抗弯拉强度大多数在4.0MPa以上，28d龄期抗弯拉强度一般都能达到设计要求；?
(6)真空吸水工艺可降低混凝土水灰比，是提高混凝土抗弯拉强度的有力措施；
(7)采用AF型减水剂，强度提高较明显，能节省水泥用量，改善混凝土工作性能，对抗冻也有利，其缺点是混凝土收缩率稍大。
宁通一级公路实际应用证明，使用425号普通硅酸盐水泥，砂、石材料合格，采用以表2中B1组为基准的配合参数和真空吸水工艺，按照规范要求施工，完全能生产出达到设计抗弯拉强度≥5.0MPa要求的混凝土。
3 结论
(1)通过对原材料和配合比设计参数的优选，采用425号普通硅酸盐水泥完全可以达到高等级公路路面混凝土设计抗弯拉强度≥5.0MPa的要求。从经济上比较，采用425号水泥比525号水泥每m3混凝土节约十几元，且货源充足。
(2)为了能使配制的混凝土达到抗弯拉强度5.5MPa的目标，必须选择质量较好的原材料，特别是要优选质量稳定、C4AF含量高的水泥。同时，还必须选择适宜的水灰比、砂率等参数。