多孔贫混凝土配合比设计及施工技术研究.pdf

第 4 1 卷第 6期 2 0 1 5年 1 2月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 7 7 多孔贫混凝土配合比设计及施工技术研究 姜 波 ， 张卫芳 ， 张 彤。 ( 1 兰州军区空军后勤部机场营房处， 陕西 西安7 1 0 0 7 7 ； 2 空军后勤部机场营房部， 北京1 0 0 7 2 0 ； 3 空军工程设计研究局 ， 北京1 0 0 0 6 8 ) 摘要： 对多孔贫混凝土的配合比设计方法及施工技术进行了研究， 提出了适合机场建设的贫混凝土配合 比设计 方案 ， 并进行了算例应用。结合工程实例， 给出了贫混凝土基层道面的施工流程。在现场试验的基础上， 对多孑 L 贫 混凝土基层的施工工艺 ， 包括拌和工艺、 成型工艺和养护工艺3个方面进行了深入的研究 ， 提出了适用于多孔贫混 凝土的拌和时间， 建议多孔贫混凝土采用振动成型和洒水养护。 关键词 ： 配合比； 施工技术 ； 贫混凝土 中图分类号： T U 5 2 8 5 7 2 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 7 7 0 5 I n v e s t i g a t i o n s wi t h c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y a n d m i x p r o p o r t i o n d e s i g n o f t h e l e a n c o n c r e t e J I ANG B o ， Z HANG We i f a n g 2 ，ZHANG To n g ( 1 A i r p o rt a n d B a r r a c k s D e p a r t m e n t ， A i r F o r c e L o g i s t i c s D e p a r t m e n t o f L a n z h o u Mi l i t a r y A r e a ， X i a n 7 1 0 0 7 7 ， C h i n a ； 2 Ai r p o rt a n d B a r r a c k s De p a r t me n t ， Ai r F o r c e L o g i s t i c s De p a r t me n t ， B e i j i n g 1 0 0 7 2 0， C h i n a ； 3 A i r F o r c e E n g i n e e ri n g D e s i g n a n d R e s e a r c h B u r e a u ， B e i j i n g 1 0 0 0 6 8 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e d e s i g n me t h o d o f mi x p r o p o r t i o n a n d c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y o f t h e l e a n c o n c r e t e w e r e i n v e s t i g a t e d T h e d e s i g n me t h o d o f mi x p r o p o r t i o n o f t h e l e an c o n c r e t e s u i t a b l e f o r a i r p o r t c o n c r e t e w a s p r o p o s e d a n d u s e d i n a c a l c u l a t i o n e x a mp l e Co mb i n e d wi t h a n e n gin e e r i n g e x a mp l e ， t h e c o n s t ruc t i o n p r o c e s s o f l e an c o n c r e t e b a s e w a s gi v e n O n t h e b a s i s o f fi e l d e x p e ri m e n t ， t h e d e e p s t u d i e s o n c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e s u c h a s mi x t e c h n i q u e， mo l d i n g t e c h n i q u e an d c u rin g t e c h n i q u e w e r e c a r r i e d o u t F i n all y， t h e mi x t i me s u i t ab l e for l e a n c o n c r e t e w a s p r o p o s e d T h e v i b r a t i o n mo l d i n g an d s p ri n k l i n g c u rin g a r e s u i t a b l e for t h e l e a n c o n c r e t e Ke y wo r d s ： mi x p r o p o rti o n； c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y ； l e an c o n c r e t e 0 引 言 多孔贫混凝土是 由水 、 普通硅酸盐水泥 、 砂 、 碎 石以及外加剂构成的混合料 ， 凝结硬化后具有较 高 的强度和刚度 ， 并具有较好 的耐久性 。现有的研究 和资料表明， 贫混凝土 中多孔贫混凝土在机场及公 路建设领域具有 良好的应用前景。与水泥稳定类和 二灰碎石基层材料相 比， 多孔贫混凝土具有抗压 强 度高 、 抗折性能好 、 抗 冲刷能力和抗 溶蚀 能力强 、 干 缩性能好 、 抗冻胀能力好等优点 ， 可以在机场道面工 程 、 路面工程 等领域发挥重要作用。2 O世纪 7 0年 代 ， 尤其是近十几年来 ， 世界上许多国家将贫混凝土 收稿 日期 ： 2 0 1 4 - 0 8 1 4 作者简介 ： 姜波 ( 1 9 7 8一) ， 男 ， 甘肃兰 州人 ， 工 程师 ， 研 究方 向 ： 工 程管理 。 E ma i l ： j i a n g b o q iu l l 0 1 6 3 t o m 广泛用于道路基层 _ 1 J ， 并对贫混凝土基层混 凝土 路面结构展开 了大量研究 j ， 但针对基层材 料要 求、 配合比设计、 施工工艺等的研究还没有系统进 行。基于此 ， 本文对 多孔贫混凝土的配合 比设计及 施工技术展开研究。 1 多孔贫 混凝 土配合 比设计 1 1 多孔贫混凝土配合 比设计方法 多孔贫混凝土的配合比设计既要满足强度及和 易性 的要求 ， 又应力求经济， 严格 限制水泥用量 ， 掺 入适 当的粉煤灰可以防止和减少面层可能出现的反 射裂缝 ， 并降低工程造价 。 1 1 1 初步选定配合比 1 ) 确定试配强度 根据 刚性水泥混凝土道面的设计指标 ， 在进行 贫混凝土基层设计时 ， 应对其分别考虑。作为水泥 混凝土道面的贫混凝 土基层应采用抗弯拉强度作为 7 8 四川建筑科学研究 第 4 1 卷 强度设计指标 。贫混凝土的配合比设计 ， 抗压 折强 度宜取设计抗压 折强度的 1 1 5倍 ， 根据 当地材料 品质和施工水平做相应的改变 。 贫混凝土基准水泥用量介于稳定粒料和普通水 泥混凝土之问 ， 一般 为集料干重 的 6 一1 2 。根 据配制强度和水 泥的强度等级确定 ， 也可参照表 1 2 ) 拟定水泥用量 选用。 表 1 水泥用量参考值 Ta b l e 1 Ce me n t d o s a g e 3 ) 确定砂率 砂率的选择见表 2 。贫混凝土的水灰 比变化范 围小 ， 而影响和易性与密实程度 的因素主要取决于 砂的粗细程度 ， 因而应尽量选择中粗砂 。 表 2 砂率的选择 Ta b l e 2 S a n d r a t i o 4 ) 确定水灰比及最佳用水量 贫混凝土水灰 比的选择与贫混凝土的施工工艺 有关 ， 一般碾压贫混凝土的水灰 比应在 0 4 50 6 0 之 间( 一般需加外掺剂 ) 。对于碾压干贫混凝 土， 通 过击实方法确定最佳含水量后 ， 采用维勃稠度进行 调整和现场控制 ， 一般维勃稠度为 1 0 S 左右 ； 对于 振捣贫混凝土 ， 通过坍落度 维勃稠度( 1 0 3 0 S ) 来 确定和控制最佳含水量。 5 ) 粉煤灰的使用 一 般情况下， 贫混凝土宜掺人一定量的粉煤灰 来提高其和易性 ， 粉煤灰用量可参照 J G J 2 8 -8 6 粉 煤灰在水泥和砂浆中应用技术规程 和 G B J 1 4 6 -9 0 粉煤灰混凝土应用技术规范 确定， 由此计算出的 粉煤灰与水泥 的体 积 比 一般 取 1 52 5 。 应考虑粉煤灰取代一部分砂 ， 适当降低砂率。 6 ) 求水泥用量 、 砂石用量和用水量 采用假定表观密度与绝对体积法。配合比计算 公式如下 ： 卢 s= m s o 1 0 0 ； 7 n c = 1 00： ， n + m e o J = 一X 1 0 0： m c o + m s o + m G o 其中， m 、 mw 、 m 、 m。 分别为水泥、 水 、 砂 、 石子 的用 量( k g e m。 ) ，m c+mw+m s+mG=实测湿 表观 密度。 1 1 2确 定试验 室配合 比 在试验室通过稠度调整和强度校核确定试验室 配合比。 1 1 3施 工现 场修 正 根据施工现场的砂石含水率进行施工配合比修 正 ， 方法同普通混凝 土。贫混凝土的配合 比设计与 常态的水泥混凝土配合 比程序基本类似 ， 可以通过 理论计算和试配以求得最佳配合 比设计。 1 2 某机场贫混凝土配合 比设计实例 砂为当地河沙 ， 碎石为花岗岩 ， 水泥为普通硅酸 盐和火山灰质硅酸盐 3 2 5号水泥 。从技术经济方面 考虑 ， 可以使用细度模 量在 2 23 3范 围内的砂 子， 当地砂 的细 度模 量值 为 3 1 2 ， 基 本 符合 使用 要求。 贫混凝土施工配合 比计算 ： 水泥标号 为 3 2 5号 ( 比重为 3 1 0 0 k g m ) ， 水泥用量为 1 6 5 k g m ， 因水 泥存放时间较长 ， 加之集料质量差 ， 所 以用量偏大， 一 般控制在 1 4 0 k g m 左右为宜 ； 砂的 比重为 2 6 4 0 k g m。 ，其用量为 7 0 9 k g m ； 碎石 的比重为 2 7 0 0 k g m 。 ，其用量为 1 4 8 1 k g m ； 水 的用量为 1 1 8 k g m ； 碎石的绝对体积 = 0 5 4 3 ； 砂浆 的绝对体积 V m 。 = 1 0 5 4 3= 0 4 5 7 ； 水泥浆绝对体积 =水重 +水 泥重量 水泥 比重 = 0 1 1 8+1 6 5 3 1 0 0=0 1 7 1 ； 砂 的 绝对体积 v f o =V m I l =0 4 5 7 0 1 7 1= 0 2 8 6 ； 校 核值 P= l V m 1 =0 1 7 1 0 4 5 7：0 3 7 4 ； 常态混凝 土的P值在 0 4 8 0 5 0时 ， 其密实度最大。机场道 面基层的贫混凝土 P值 因受水泥用量制 约而偏低 尚属正常。实测 3 7 组试件， 其抗压强度多数在 8 0 MP a左右 ， 最低为 7 6 M P a ， 这说 明贫混凝土的实际 密实度是较大的。该机场道面贫混凝土与常态混凝 土的对比见表 3 。 表 3 贫混凝土与常态混凝土 配合 比比较 Ta b l e 3 P r o p o r t i o n s o f c o n c r e t e mi x 2 0 1 5 N o 6 姜波， 等： 多孔贫混凝土配合比设计及施工技术研究 7 9 从表 3可以看 出， 贫混凝土水泥用量与建筑常 用 7 5号混凝土相当， 而低于常态混凝土。从水灰 比 来看 ， 贫混凝土介于建筑常用 7 5号混凝土与常态混 凝土之间。如果粗 、 细集料质高级配好 ， 则粗集料适 当减少， 细集料适当增加， 其水泥用量可以降低到 1 4 0 k g m ， 仍能达到强度要求。 2 多子 L 贫混凝土基层道面施工技术 2 1 施 工 工 艺 流 程 某机场的道面设计中采用了贫混凝土基层道面 结构 ， 具体的施工步骤为 ： 1 ) 施工准备。道面土基面应达 到规范要求 的 高度、 平坦度和密实度， 经检验合格后再支立模板， 调试相关施工机械 。其 中贫混凝土的拌和 、 摊铺及 振捣是关键， 需做到各施工机械工作能力匹配合理， 拌和物供应及时 ， 摊铺平整 ， 振捣均匀 ， 以确保贫凝 土基层的平整、 密实 ， 满足设计要求 。 2 ) 支模。支模时， 模板高程应准确， 沿着与混 凝土道面分仓 同宽的纵缝位置相同处进行支模。 3 ) 搅拌与运输 。根据所 采用 的振捣施工工艺， 准确称量材料 ， 严格控制含水量 。质量控制 的重点 是改进拌和物的 V C稠度值 和强度 ， 以满足施工要 求， 并且达到预期的强度。V C值一般在 8 1 2 S 之 间， 振捣贫混凝土的 V C值应小于 1 0 S 。在拌前要 按拌合物的设计要求 ， 对搅拌设备标定水泥、 粗细集 料和水等材料的准确配合 比。 4 ) 摊铺 。应有专人指挥车辆均匀卸料 ， 可用人 工布料。人工布料宜用排式振捣机前方的螺旋布料 器辅助控制松铺高度。施工中， 摊铺机械是主导机 械， 应注意与其他施工机械的配合。摊铺时， 按松铺 系数 1 1 51 2 5试铺 ， 通过现场验证修正。摊铺工 序质量控制的重点是平整度和外形尺寸。 5 ) 碾压与振捣。采用碾压施工工艺 时， 应使用 振动压路机 ， 并逆摊铺方 向碾压 ， 错轮宽度大 约 2 0 c m， 碾压速度控制在 11 5 k m h 。先静碾两遍 ， 再 分别用低频和高频各振碾两遍 ， 最后静 碾两遍 以消 除轮迹 。本工序施工时要充分注意基层的外缘及工 作缝处的碾压 。振捣施工时 ， 应认真处 理好边角部 位 ， 不留强度薄弱区， 以求贫混凝土基层全宽范围内 均匀密实。振捣时功率选择要适 当， 既要振捣密实 又要保证不产生大的分层离析。使用三辊轴机施工 时 ， 需使用排振， 以保证振捣密实效果及三辊轴机工 作后混合料与模板齐平。对于多孔贫混凝土， 不宜 过多振捣， 以避免水泥浆下沉而导致强度降低 。振 捣施工时， 质量控制的重点是平整度、 密实度、 厚度 及强度。 6 ) 养护切缝 。应 重视贫混凝土基 层的早期养 护 ， 每一段基层振捣完成并检查合格后应 立即开始 养护。贫混凝土基层 的养护可使用养护剂 ， 也可直 接覆盖草袋 、 麻袋后洒水湿养 ， 其中草袋 、 麻袋覆盖 湿养可有效减少板 内的水分蒸发。待贫混凝土终凝 后 ， 洒水的次数可视天气情况而定 。为保持适度 的 湿度每天洒水应不少于两次 ( 上、 下午各 1次 ) ， 2 d 后也可改为铺砂围埂蓄水养护。基层的养护期根据 具体情况确定， 一般需要两周左右， 若急于浇筑混凝 土道面时， 也不得少于 7 d ， 以防止或减少裂缝。根 据路面设计基层需切缝 ， 当施工的昼夜平均气温为 1 5 2 0 c I = ， 应在铺筑 2 0 h左右切缝 ， 缝深为层厚的 1 31 4 ， 缝宽为 6 m m左右。施工缝应 与道面板 的接缝位置一致 ， 以防止错位引起道面板反射裂缝 。 7 ) 拆模 。拆模时应注意不要 碰伤贫混凝 土板 边角 ， 以免留下使混凝土面层产生反射裂缝的隐患。 贫混凝土基层施工工艺流程如图 1 所示。 图 1 贫混凝土基层道 面施工工艺流程 Fi g 1 T h e c o n s t r uc t i o n p r o c e s s 2 2施工工艺控制 多孔贫混凝土透水基层的施工工艺包括拌和工 艺 、 成型工艺和养护工艺 3个方面 。 2 2 1拌和 工 艺研 究 1 ) 投料搅拌工艺对强度的影响 拌和工艺分为裹浆法搅拌与普通搅拌两种。裹 浆法是用水泥浆将砂、 石表面包裹起来的造壳搅拌 方法。表 4为不同拌和工艺的试验结果 。 表 4 多孔贫混凝土不同拌和工艺的试验结果 Ta b l e 4 Th e c o n s t r u c t i o n p r o c e s s a n d r e s u l t s 搅 拌工艺 搅拌方法 孑 率 7 d 注： 集料为 2 3 6 2 6 5 m i l l 配制级配碎石， 强度为 3次试验的平 均值 。 从试验结果可知 ， 在孑 L 隙率相差不多的情况下 ， 裹浆法 比常规搅拌法所得 的强度要低 ， 因而裹浆搅 四川建筑科学研究 第4 l 卷 拌工艺对多孔贫混凝土 的强度有一定影响， 同时采 用二次搅拌的工艺在实际生产 中会增 加成本。所 以， 对多孔贫混凝土仍采用普通搅拌工艺进行拌和。 2 ) 搅拌时间对强度的影响 采用不同搅拌时间对多孔贫混凝土强度影响的 试验结果见表 5 。 表 5 不同搅拌时间对强度的影晌 Ta b l e 5 T h e i n flu e n c e o f mi x i n g t i me o f s t r e n g t h 试验结果表 明， 搅拌时间对多孔贫混凝土 的强 度有一定影响 ， 搅拌时间越长 ， 多孑 L 贫混凝土的强度 越高。但搅拌时间过长又会对出料速度造成一定影 响 ， 因而建议搅拌时间可根据搅拌机 的叶片行程来 定 ， 当以搅拌叶片的平均行程进行控制时 ， 搅拌叶片 的平均行程为 7 O一1 0 0 1T ! 即可拌和均匀。 常见单卧轴强制式搅拌机 ， 搅拌叶片线速度 为 1 01 4 7 m s ； 双卧轴强制式搅拌 机， 搅拌 叶片线 速度为 1 51 8 m s 。施工 中单卧轴强制式搅拌 机的搅拌时间宜为 5 0 9 0 S ， 双卧轴强制式搅拌机 的搅拌时间宜为3 0 3 5 S 。 2 2 2成型工艺的研究 下面就振碾和静碾两种不同碾压方式对多孔贫 混凝土材料强度和孔隙率的影响进行研究。 1 ) 振动成型工艺研究 首先进行多孔贫混凝土的频率影 响试验 ， 找到 多孔贫混凝土的响应频率 ； 然后按响应频率来进行 静面压力、 激振力的单因素影响试验 ， 找到这些振动 参数对压实效果的影 响规律 ； 最后进行振动 时间对 压实效果的影响试验来确定成型试件所需的振动时 间； 最终提出最合适的多孔贫混凝土振动压实条件。 振动频率影响 试验条件如下 ： 静面压力为 1 0 9 k P a ， 激振力为 3 0 0 0 N； 水泥： 集料： 水 =1 ： 8 ： 0 4 0； 多孔贫混凝 土孔 隙率为2 0 。表 6所列为振动频率对贫混凝土强 度的影响。 试验结果表 明， 同一激振力下 ， 低频高幅的振动 方式 ， 只需较少的时间就可使 昆 合料达到预计 的孔 隙率 ， 并获得较高 的抗压强度。多孔贫混凝 土的响 应频率应在 3 0 H z 左右。 激振力影响 试验条件如下 ： 静面压力为 1 0 9 k P a ， 多孔贫混 凝土孔隙率为2 0 ， 在同一频率下变化激振力进行 试验。从试验结果看， 同一频率下， 激振力越高， 多 孔贫混凝土的强度越高， 激振力在 5 0 0 0 8 0 0 0 N之 间可获得较高的强度指标值， 见表 6 。 表6 相同频率下不同激振力对强度的影响 T a b l e 6 T h e i n flu e n c e o f d i ff e r e n t e x c i t i n g f o r c e o n t he s t r e n g t h 频 H 率 z 力 2 5 3 0 0 0 8 3 3 0 2 2 4 9 8 9 4 5 3 0 0 0 7 l 静面压力的影响 试验条件如下 ： 当振动频率设为 3 0 H z 、 激振力 设为7 6 1 2 N时， 在相同振动时间( 5 S ) 条件下， 观测 静面压力对压实效果的影响。试验结果见表 7 。 表 7 静面压力对孔隙率及破碎率的影响 T a b l e 7 S t a t i c s u r f a c e p r e s s u r e o n the i n fl u e n ce o f po r o s i t y a nd br oke n r at e 从试验结果可知 ： 在同一振动时间内， 随着静面 压力的增大， 多孔贫混凝土的孔隙率变小 ， 即随着静 面压力的增大多孔贫混凝土的密度也增大 ； 但静面 压力不宜超过 1 2 0 k P a ， 否则会造成骨料的大比例破 碎 ， 影响多孔贫混凝土的强度。 振幅的影响 试验条件 如下 ： 频 率为 3 0 Hz ， 激振力 为 6 0 0 0 N， 控制孔 隙率 为 2 0 ， 变化 不同 的振 幅来 进行试 验。表 8中所列振动时间是指达到相同压实度时的 振动时间。 表 8 振幅对破碎率及强度的影响 T a b l e 8 Th e i n flu e n c e of t h e a q m p l i t u d e of b r o k e n r at e a nd s t r e ng t h 0 2 0 5 0 9 1 2 1 5 1 7 3 5 3 4 4 3 6 0 4 1 7 2 2 3 7 2 3 3 5 3 1 2 7 1 7 9 8 3 7 9 8 3 9 0 试验结果表明 ， 大振 幅会导致较高 的破 碎率。 要达到相同的孔隙率 ， 过低或过高的振 幅都需 要较 多的振动时间。振幅为 0 91 5 mm时， 各项指标 均较为合适 。 2 0 1 5 N o 6 姜波， 等 ： 多孔贫混凝土配合比设计及施工技术研究 8 1 根据上述试验结果， 多孔贫混凝土在振动频率 为3 0 H z 、 激振力为 7 6 1 2 N 、 静面压力为 1 0 9 k P a 、 振 幅为 1 5 m m时达到了较好的压实效果， 其强度最 高， 振动时间较为适宜， 破碎率也不大。 2 ) 静压成型工艺研究 由表9可知 应需控制压路机的吨位， 以防止过 重的压路机碾碎骨料， 造成新鲜的破裂面而使材料 的强度降低。 表 9 不同成型压力卞混台料的破碎率 Ta b l e 9 T h e mi x t u r e o f b r o k e n r a t e L m de r d i f f e r e n t mo l d i n g p r e s s u r e 3 ) 两种成型方式对强度的影响 由表 1 0可知， 在相 同的压实度下 ， 振动压实和 静力压实两种成型方式对多孔贫混凝土材料强度的 影响比材料的级配变化带来的影响要大。对于不同 的级配， 振动压实提高材料的抗压强度和回弹模量 的趋势是相 同的。由此 可见 ， 为提高多孔贫混凝土 基层材料的强度宜采用振动成型。 表 1 O 振动压实与静力压实对材料的影响 Ta b l e 1 0 Vi b r a t i o n c o mp a c t i o n a n d s t a t i c c o mp a c ti o n e ffe c t s 0 n ma t e r i a l s MP a 2 2 3养护工艺研究 试验主要模拟现场多孔贫混凝土养护条件 ， 分 析其水分损失的规律， 提出保证强度发展的养护措 施。试验表明， 多孔贫混凝土孔隙越多， 失水越快； 并且多孔贫混凝土在室外风干的条件下， 一般 2 h 左右 ， 混凝土表面开始发白， 所以养护必须及时。 般应在多孔贫混凝土成型 8 h后开始洒水养护， 洒 水时应在2 3 m高处用散射水养护。 3 小 结 本文对多孔贫混凝土的配合 比设计方法进行 了 探讨， 提出了 适畲机场建设的贫混凝土配合比设计 方案， 并进行了算例应用。结合工程实例， 给出了贫 混凝土基层水泥混凝土道面的施工流程。在现场试 验的基础上， 对多孔贫混凝土基层的施工工艺， 包括 拌利土芑 成型工艺和养护工艺3 个方面进行了深 入的研究， 提出了遭用于多孔贫混凝土的拌和时间， 建议多孑 L 贫混凝土采用振动成型和洒水养护。 参 考 羹 献： 1 孙家伟 贫混凝土基层滤凝土路词研究 D 西安： 长安大 学 ， 2 0 0 1 韩拥军 重载交通水泥混凝土路面使用性能研究【 D 天津： 耐 j t 工业大学。 2 o o 3 3 3 梁军林 我区水泥漉凝土路面技术研究进展 J 广西交通科 技 ， 1 9 9 9 ( 1 2 ) 5 - 9 4 广 西 交 通 科 学 研 究 所 高 等 级 公 路水 泥 混凝 土 路面 贫混 凝土 基层及排水系统的应用 研究 R 1 9 9 9