最新202国道碾压混凝土路面配合比设计.docx

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最新202国道碾压混凝土路面配合比设计

202国道碾压混凝土路面配合比设计

202国道碾压混凝土路面配合比设计

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［摘要］碾压式水泥混凝土路面的配合比设计，目前采用室内试验与实践经验相结合的办法，本文介绍采用正交试验方法确定混凝土的配合比。

［关键词］碾压式混凝土；配合比；正交试验

［中图分类号］TU528.37；

［文献标识码］A

［文章编号］1002-3550（2000）10-0031-03

1．前言

碾压式水泥混凝土路面是以级配集料和较低的水泥用量与用水量以及掺和料和外加剂等组成的超干硬性混凝土拌合物，经振动压路机等机械碾压密实而形成的一种混凝土路面。

碾压混凝土路面工程是国家“八五”重点科技攻关项目，它作为高等级公路路面，与普通水泥混凝土、沥青混凝土路面相比，具有明显的优势（见表1），能够提高企业的施工技术水平和降低工程造价。

表1与水泥、沥青混凝土路面的比较

2．工程概况

202国道梅河口至海龙段始建于1986年，路基宽12m，路面宽7m，原路面面层采用沥青贯入式和人工铺筑沥青混合料的施工方式建成。

建成后，路面相继有不同程度的破损，难以满足当地交通的需要，决定1997年进行路面结构的改建，采用碾压水泥混凝土路面。

3．混凝土配合比正交

3．1试验原材料

（1）水泥：

红梅425#普通水泥；

（2）碎石：

粒径5～20mm，表干比重2.63g/cm3压碎值8%；5～10mm含35%，振实容重1617kg/m3

（3）砂：

产地梅河，细度模数3.16，表干比重2.59g/cm3容重1360kg/m3

（4）粉煤灰：

Ⅱ级干灰，产于吉林梅河口发电厂；

（5）外加剂：

吉林省松脂皂引气剂（DH9S），掺量0.0002%；木钙（MG）掺量0.25%。

3．2试验目的

选定粉煤灰碾压混凝土的几个主要参数，即单位用水量（W）；基准胶凝材料用量（C+F1）；石子填充体积率（Vg）及粉煤灰掺量（f，%）。

3．3考核指标

混凝土稠度（改进Vc值）；混凝土抗折强度（试件尺寸10×10×40cm期7d和28d）。

3．4试验方案及合比

采用L9（34）正交表安排（如表2），各配合比除因素、水平变化外，其他试验条件均相同。

试验方案及混凝土配合比见表3。

表2因素与水平

3

表3正交试验方案及混凝土配合比

3．5试验结果及分析

（1）试验结果汇总于表4。

（2）直观分析各项考核指标的直观分析结果见表5和表6。

（3）回归分析

根据表3的试验结果进行回归分析，对影响显著的因素建立有关考核指标的多元相关经验式见表7。

多元回归检验结果的说明：

①t≤1，无显著影响；

②1＜t≤2，有一定影响；

③t＞2，有显著影响。

综合表5和表6的分析结果可见：

①用水量和粉煤灰掺量对改进Vc值均有显著影响。

②基准胶凝材料用量和粉煤灰掺量对抗折强度有显著影响，而石子填充体积率对稠度和抗折强度的影响不显著。

③表7中2、3号经验式有很好的相关性和足够的推定精度，可作为用水量的抗折强度的推定经验式，被采用。

表4试验结果

表5直

观分析结查

表6直观分析结果汇总

注：

根据稠度指标选定最佳试验条件时，以平均改进Vc值为35±5（s）作为标准。

3．6确定配合比

（1）设计指标

①稠度：

改进Vc值35s;

②28d抗折强度：

5．0MPa；

③混凝土配合比强度

Fb=（Fk+Fy）×K

式中Fb——混凝土配合比强度（MPa）;

Fk——路面设计强度，202国道为二级路，取Fk=5．0MPa；Fy——路面压实安全强度，取0．8MPa；

K——加成系数，K=1/（1-t+Cv），其中t=0．84，Cv=11%，则K=1．1。

根据以上各参数确定碾压混凝土配合比强度：

Fb=（50+0．8）×1．1=6．4（MPa）

（2）配合比计算

①根据各指标的直观分析结果，选定石子填充体积率为80%，掺粉煤灰10%，粉煤灰超量系数取1．7。

②根据2号式（7）计算用水量：

W=98（kg/m3）。

③根据3号式（7）计算基准胶凝材料用量：

（C+F1）=293。

④根据以上计算结果及有关设计参数，计算配合比材料用量（见表8）。

表7回归分析结果

表8混凝土理论配合比（kg/m3）

4结语

（1）202国路面工程是碾压水泥混凝土技术成果结合吉林省的地理、气候条件的推广应用，配合比设计采用本文所介绍的方法在实际工程当中取得了理想的效果，并取得了较高的经济效益与社会效益，该项技术必将会更加成熟并得到普及。

（2）应该指出碾压式水泥混凝土路面的质量，不仅取决于材料的配合组成，更主要的取决于路面施工工艺。

［参文献］

［1］高等级公路碾压混凝土路面施工成套技术.

［2］公路水泥混凝土路面设计规范.

公路砼配合比设计依据

严格按照技术规范的相关规定，进行砼配合比设计，是保证砼施工质量的重要环节。

砼有四项技术性质，即工艺性质，力学性质，砼的变形，和砼的耐久性。

砼配合比设计，要按照这四项技术性质，分别满足设计强度的要求，满足施工和易性的要求，满足耐久性的要求，以及满足经济性的要求。

在公路工程监理实践中，发现部分工地试验室，设计砼配合比当中，存在不满足四项要求的现象。

尤其突出的是低强度等级砼配合比设计，水灰比与单位水泥用量，低于相关规范的规定。

水下砼配合比设计，砂率与单位用水量，低于相关规范的规定等等。

水灰比、砂率、单位用水量，是砼配合比设计的三大参数。

正确运用这三大参数，决定砼配合比设计的成败。

有的工地试验室，在低强度等级砼配合比设计中，运用给定的计算公式，所求出的水灰比较大。

水灰比越大，单位水泥用量则越小，没有对照相关规定就直接指导施工，是严重的设计错误。

因为，砼结构所处环境不同，耐久性要求对其约束也有所不同。

如设计强度等级C15的砼配合比，坍落度30mm，水泥强度等级32.5，单位用水量189kg／m3。

按照公式计算，水灰比为0.66，水泥用量为286kg／m3，计算方法没有错误。

经过监理审核，对照JTJ041—2000《公路桥涵施工技术规范》表11.3.4的规定。

表11.3.4混凝土的最大水灰比和最小水泥用量

混凝土结构所处环境无筋混凝土钢筋混凝土

最大水灰比最小水泥用量（kg／m3）最大水灰比最小水泥用量

（kg／m3）

温暖地区或寒冷地区，无侵蚀物质影响，与土直接接触0.602500.55275严寒地区或使用除冰盐的桥涵0.552750.50300

受侵蚀性物质影响0.453000.40325

注：

①本表中的水灰比，系指水与水泥（包括外掺混合材料）用量的比值。

②本表中的最小水泥用量，包括外掺混合材料。

当采用人工捣实混凝土时，水泥用量应增加25kg/m3。

当掺用外加剂且能有效地改善混凝土的和易性时，水泥用量可减少25kg/m3。

③严寒地区系指最冷月份平均气温≤-10℃且日平均温度在≤5℃的天数≥145d的地区。

该结构物为无筋混凝土，所处环境，限制最大水灰比不能大于0.60，该配合比的水灰比为0.66，显然不能满足耐久性要求。

有的工地试验室，在水下砼配合比设计中，砂率仅仅给定38％。

相对于高强度砼，砂率很高，然而对于水下砼而言砂率则太低。

由于细集料少，粗集料多，砼流动性和粘聚性较差，泌水严重，砼在运输过程中易离析，不能满足施工和易性要求。

从而在水下砼浇灌中，往往堵塞管道，造成断桩事故。

砂率所以给定错误，在于设计者没有执行有关规范的规定。

依据JTJ041—2000《公路桥涵施工技术规范》6.5.3水下混凝土配制4混凝土配合比的含砂率宜采用，水灰比宜采用0.5—0.6。

有试验依据时含砂率和水灰比可酌情增大或减小。

经过监理审核，该水下砼配合比砂率在0.4～0.5范围之外，应重新试配。

要避免砼配合比设计错误，必须熟悉施工技术规范的相关规定。

因此，把分散于各技术规范中，有关砼配合比设计的条文，集中于本文中，与同行共勉。

一、水下砼

1、可采用火山灰水泥、粉煤灰水泥、普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，使用矿渣水泥时应采取防离析措施。

水泥的初凝时间不宜少于2.5h，水泥的强度等级不宜低于42.5。

2、粗集料宜优先选用卵石，如采用碎石宜适当增加砼配合比的含砂率。

集料的最大粒径不应大于导管内径的1/6~1/8和钢筋最小净距的1/4，同时不应大于40mm。

3、细集料宜采用级配良好的中砂。

4、砼配合比的含砂率宜采用0.4~0.5，水灰比宜采用0.5~0.6。

有试验依据时含砂率和水灰比可酌情增大或减小。

5、砼拌和物应有良好的和易性，在运输和灌注过程中应无显著离析、泌水现象。

灌注时应保持足够的流动性，其塌落度宜为190~220mm。

砼拌和物中宜掺用外加剂、粉煤灰等材料，其技术条件及掺用量可参照本规范第11章有关规定办理。

6、每立方米水下砼的水泥用量不宜少于350kg，当掺有适宜数量的减水缓凝剂或粉煤灰时，可不少于300kg。

7、水下砼技术指标：

强度等级（MPa）均方差（MPa）配制强度（MPa）砂细度模数砂含泥量泥块含量云母含量碎石压碎值碎石针片状碎石含泥量碎石泥块含量小于2.5mm的颗粒含量

20426.62.3

~

3.0≤5%≤2%＜2%≤16%≤25%≤2%≤0.5%≤5%

25533.2

30538．2≤3%≤1%≤15%≤1%≤0.7%

摘自《JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范》P44

二、C50~C80高强砼

1、砼抗压强度的试件以边长为150mm的标准尺寸立方体。

2、家选择高强度水泥，可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。

立窖生产的水泥须经仔细检验其化学成分后方可使用。

3、细集料宜采用级配良好的中砂，细度模数不小于2.6，含泥量应小于2%。

4、粗集料应采用质地坚硬、级配良好的碎石，骨料的抗压强度应比所配制的砼强度高50%以上，含泥量应小于1%，针片状颗粒含量应小于5%，骨料的最大粒径宜小于25mm。

5、配制高强度砼必须使用高效减水剂，并根据不同的要求辅以助剂配制，其掺量应根据试验确定，外加剂的性能必须符合本规范第11.2.5条的规定。

6、配制时宜外掺的混合料为磨细的粉煤灰、沸石粉、硅粉。

混合料的技术条件应符合本规范第11.2.6条的规定，其掺量应根据试验确定。

7、高强度砼中的氯离子含量，对位于温暖或寒冷地区、无侵蚀物质影响、与土直接接触的桥梁，不应超过水泥重量的0.2%；

对于位于严寒和海水区域，受侵蚀环境，使用除冰盐的桥涵，不应超过水泥重量的

0。

1%；

砼的含碱总量的限制要求同本规范第11.3.6.条。

8、水灰比宜控制在0.24~0.38的范围内。

9、所用水泥重量不宜超过500kg/m3，水泥与混合材料的总量不超过550~600kg/m3。

粉煤灰掺量不宜超过胶结料重量的30%，沸石粉不超过10%，硅粉不宜超过8~10%。

掺用混合材料的种类和数量，必须经试验报监理工程师批准后确定。

10、高强砼的砂率宜控制在28%~34%的范围内。

11、高效减水剂的掺量宜为胶结料的0.5%~1.8%。

12、高强砼技术指标：

强度等级（MPa）配制系数配制强度（MPa）砂细度模数砂含

泥量碎石

针片状

含量碎石

含泥量碎石最大粒径

C501.15倍57.5不小于2.6应小于2%应小于5%

1%宜

小于25

mm

C6069.0

C701.12倍78.4

C8089.6

摘自《JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范》P109

三、小碎石砼

1小碎石砼的粗骨料可采用细卵石或碎石，最大粒径不宜大于20mm。

2、塌落度：

片石砌体为50~70mm，块石砌体为70~100mm。

3、为改善砼拌和物的和易性，可通过试验，在拌和物中掺入一定数量的减水剂或粉煤灰。

摘自《JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范》P142

四、喷射砼

1、○1喷射砼的设计强度等级不应低于C15；

○2竖井、重要隧道和斜井工程，喷射砼的设计强度等级不应低于C20；○3喷射砼1d龄期的抗压强度不应低于1Mpa；

○4钢纤维喷射砼的设计强度等级不应低于C20，其抗拉强度不应低于2Mpa抗弯强度不应低于6Mpa。

2、喷射砼的体积密度可取2200kg/m3。

3、应优先选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，也可采用矿渣硅酸盐水泥或火山灰水泥，必要时，可采用特种水泥。

水泥强度等级不应低于32.5Mpa。

4、应采用坚硬耐久的中砂或粗砂，细度模数宜大于2.5，干法喷射时，砂的含水率宜控制在5%~7%;当采用防粘料喷射机时，砂的含水率可为7%~10%中。

应采用坚硬耐久的卵石或碎石，粒径不宜大于15mm；当使用碱性速凝剂时，不得

使用含有活性二氧化硅的石材。

5、在使用速凝剂之前，应做水泥与速凝剂的相容性试验，做水泥净浆凝结效果试验，初凝不得大于5min，终凝不得大于min；在采用其它类型的的外加剂或几种外加剂复合使用时，也应做相应的性能试验和使用效果试验。

当工程需要采用外掺料时，掺量应通过试验确定，加外掺料后喷射砼必须满足设计要求。

6、混合水中，不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质，不得使用污水及P值小于4的酸性水，和含硫酸盐按SO4计算超过混合用水量重量的1%的水。

7、干法喷射水泥与砂、石之重量比，宜为1.0：

4.0~1.0：

4.5；

湿送喷射水泥与砂、石之重量比，宜为1.0：

3.5~1.0：

4.0；

水灰比宜为0.42~0.50；

砂率宜为50%~60%。

8、干混合料宜随拌随用，无速凝剂掺入的混合料，存放时间不应超过2h，干混合料掺速凝剂后，存放时间不应超过20min。

9、用于湿法喷射的混合料拌制后，应进行塌落度试验，其塌落度宜为8~12cm。

12、喷射砼技术指标：

强度等级（MPa）1d的抗压强度水泥强度等级砂细度模数水泥净浆凝结效果碎石最大粒径

初凝终凝

不应低于C15不应低于1MPa不应低于32.5MPa宜大于2.5不应大于5min不应大于10min15mm的通过率为100%

13、喷射砼抗压强度标准试块制作方法:

○1标准试块应采用从现场施工的喷射砼板件上切割成要求尺寸的方法制作。

模具尺寸为长450X宽350X高120（cm）,其尺寸最小的一个边为敞开状。

○2标准试块制作应符合下列步骤：

A在喷射作业面

摘自《GB50086-2001锚杆喷射砼支护技术规范》P44

五、泵送砼

1、泵送砼应选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰水泥，并不宜采用火山灰质硅酸盐水泥。

2、粗集料的最大粒径：

分类m碎石不宜大于管径卵石不宜大于管径

泵送高度小于51/31/2.5

50~1001/41/3

100以上1/51/4

粗骨料应采用连续级配。

针片状颗粒含量不宜大于10%。

3、泵送砼宜采用中砂，其通过0.315筛孔的颗粒含量不应小于15%，通过0.160筛孔的含量不应小于15%。

中华人民共和国交通部《公路工程国内招标文件范本》（2003年版）下册P208公路混凝土路面配合比设计

一、对原材料的要求：

3.1水泥：

特重、重交通路面宜采用旋窑道路硅酸盐水泥，也可采用旋窑硅酸盐水

泥或普通硅酸盐水泥；中、轻交通的道路可采用矿渣硅酸盐水泥；低温天气施工或有快通要求的路段可采用R型水泥，此外宜采用普通型水泥。

各交通等级路面水泥抗折强度、抗压强度应符合表3.1.1的规定：

表3.1.1各交通等级路面水泥各龄期抗折强度、抗压强度

交通等级特重交通重交通中、轻交通

龄期（d）328328328

抗压强度（Mpa），≥25.357.522.052.51642.5

抗折强度（Mpa），≥4.57.54.07.03.56.5

3.3粗集料：

粗集料应使用质地坚硬、耐久、洁净的碎石、碎卵石和卵石，并应符合表3.3.1的规定。

高速公路、一级公路、二级公路及有抗盐（冻）要求的三、四级公路混凝土路面使用的粗集料等级不低于Ⅱ级，无抗盐（冻）要求的三、四级公路混凝土路面、碾压混凝土路面及贫混凝土基层可使用使用Ⅲ级粗集料。

有抗盐（冻）要求时，Ⅰ级集料吸水率不应大于1.0％，Ⅱ级集料吸水率不应大于2.0％。

表3.3.1碎石、碎卵石和卵石技术要求

项目技术要求

Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级

碎石压碎指标（％）＜10＜15＜20①

卵石压碎指标（％）＜12＜14＜16

坚固性（按质量损失计％）＜5＜8＜12

针片状颗粒含量（按质量计％）＜5＜15＜20②

含泥量（按质量计％）＜0.5＜1.0＜1.5

泥块含量（按质量计％）＜0＜0.2＜0.5

有机物含量（比色法）合格合格合格

硫化物及硫酸盐（按SO3质量计％）＜0.5＜1.0＜1.0

岩石抗压强度火成岩不应小于100Mpa；变质岩不应小于80Mpa；水成岩不应小于60Mpa

表观密度＞2500kg／m3

松散堆积密度＞1350kg／m3

空隙率＜47％

碱集料反应经碱集料反应试验后，试验无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定试验龄期的膨胀率应小于0.10％

注：

①Ⅲ级碎石的压碎指标，用做路面时，应小于20％；用做下面层或基层时，可小于25％。

②Ⅲ级粗集料的针片状颗粒含量，用做路面时，应小于20％；用做下面层或基层时，可小于25％。

3.3.2用做路面和桥面混凝土的粗集料不得使用不分级的统料，应按最大公称粒径的不同采用2～4个粒级的集料进行掺配，并应符合表3.3.2合成级配的要求。

卵石最大公称粒径不宜大于19.0mm；碎卵石最大公称粒径不宜大于26.5mm；碎石最大公称粒径不宜大于31.5mm；贫混凝土基层粗集料最大公称粒径不宜大于31.5mm；钢纤维混凝土与碾压混凝土最大公称粒径不宜大于19.0mm。

碎卵石或碎石中粒径小于75μm的石粉含量不宜大于1％。

表3.3.2粗集料级配范围

粒径

类型级配方孔筛尺寸（mm）

2.364.759.5016.019.026.531.537.5

累计筛余（以质量计）（％）

合成级配4.75～1695～10085～10040～600～10

4.75～1995～10085～10060～7530～450～5

4.75～26.595～10090～10070～9050～7025～400～50

4.75～31.595～10090～10075～9060～7540～6020～350～50粒径4.75～9.595～10080～1000～150

9.5～1695～10080～1000～150

9.5～1995～10085～10040～600～150

16～26.595～10055～7025～400～100

16～31.595～10085～10055～7025～400～100

3.4.1细集料：

细集料应采用质地坚硬、耐久、洁净的天然砂、机制砂或混合砂，并应符合表3.4.1的规定。

高速公路、一级公路、二级公路及有抗盐（冻）要求的

三、四级公路混凝土路面使用的砂应不低于Ⅱ级，无抗盐（冻）要求的三、四级公路混凝土路面、碾压混凝土路面及贫混凝土基层可使用使用Ⅲ级砂。

特重、重交通混凝土路面宜使用河砂，砂的硅质含量不应低于25％。

表3.4.1细集料技术指标

项目技术要求

Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级

机制砂单粒级最大压碎指标（％）＜20＜25＜30

氧化物（氯离子质量计％）＜0.01＜0.02＜0.0

坚固性（按质量损失计％）＜6＜8＜10

云母（按质量计％）＜1.0＜2.0＜2.0

天然砂、机制砂含泥量（按质量计％）＜1.0＜2.0＜3.0②

天然砂、机制砂泥块含量（按质量计％）0＜1.0＜2.0

机制砂MB值＜1.4或合格石粉含量②（按质量计％）＜3.0＜5.0＜7.0机制砂MB值＜1.4或不合格石粉含量（按质量计％）＜1.0＜3.0＜5.0有机物含量（比色法）合格合格合格

硫化物及硫酸盐（按SO3质量计％）＜0.5＜0.5＜0.5

轻物质（按质量计％）＜1.0＜1.0＜1.0

机制砂母岩抗压强度火成岩不应小于100Mpa；变质岩不应小于80Mpa；水成岩不应小于60Mpa

表观密度＞2500kg／m3

松散堆积密度＞1350kg／m3

空隙率＜47％

碱集料反应经碱集料反应试验后，试验无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定试验龄期的膨胀率应小于0.10％

表3.4.2细集料级配范围

砂分级方筛孔尺寸（mm）

0.150.300.601.182.364.75

累计筛余（以质量计）（％）

粗砂90～10080～9571～8535～655～350～10

中砂90～10070～9241～7010～500～250～10

细砂90～10055～8516～400～250～150～10

二、混凝土配合比：

4.1.1普通混凝土配合比设计适用于滑模摊铺机、轨道摊铺机、石辊轴机组及小型机具四种施工方式。

4.12

（2）应按式（4.1.2）计算配制28d弯拉强度的均值。

式中：

fc—配制28天弯拉强度的均值（MPA）；Fr—设计弯拉的强度标准值（MPA）S—弯拉强度试验样本的标准差（MPA）；t—保证率系数，按表4.1.2—1确定表4.1.2—1保证率系数

公路技术等级判别概率P样本数N（组）

3691520

高速公路0.051.360.790.610.450.39

一级公路0.100.950.590.460.350.30

二级公路0.150.720.460.370.280.24

三、四级公路0.200.560.370.290.220.19

CV—弯拉强度变异系数，应按统计数据在表4.1.2—2的规定值范围内取值；在无统计数值时，弯拉强度变异系数应按设计取值；如果施工配制弯拉强度超出设计给定的弯拉强度变异系数上限，则必须改进机械设备和提高施工控制水平。

表4.1.2—2各级公路混凝土路面弯拉强度变异系数

公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路

混凝土弯拉强度变异系数水平等级低低中中高

弯拉强度变异系数CV允许变化范围