水泥砼路面配合比设计样本.doc

滑模混凝土是一种特殊机械施工的路面混凝土材料，其配合比设计相当重要，它是保障高等级公路滑模摊铺实现高质量水泥混凝土路面的混凝土材料，科学核心和关键施工技术之一，必须给予高度重视。
在展开对滑模混凝土配合比设计的阐述以前，先讨论滑模混凝土配合比设计所应遵循的指导思想，基本原理和设计基本参数；原材料及配合比参数对设计指标的影响，阐述滑模摊铺路面混凝土配合比设计计算方法和步骤。然后讨论滑模混凝土试配调整。
一、配合比设计指导思想、基本原理与技术要求
(一)、指导思想
今年，我队承担了绥满公路尚志——亚布力段C7标段混凝土路面施工任务，针对高速公路水泥混凝土路面遇到的是前所未有的强大破坏力，我们提出了“材料精良”的路面混凝土技术指导思想。其中，除了严格的原材料技术要求外，还要求混凝土配合比要科学、准确、稳定、均匀。各等级公路路面使用的混凝土在路面上均不得有可见的颜色差异，高速公路混凝土路面的配合比精度要求应更加严格和准确。高速公路水泥路面所使用的滑模混凝土材料，决不是普通“简单粗放”配制方式下生产的普通路面混凝土，而是在高性能道路混凝土技术要求的指导思想下，全部使用计算机自动控制的搅拌楼精确计算生产的“精细和精良”的路面混凝土材料。这是做到高质量水泥混凝土路面的物质基础，因此，配制的路面混凝土必须满足以下性能的要求：
1、优良工作性。
2、高抗折强度。
3、高耐疲劳极限。
4、小变形性能。
5、耐久性。
6、经济性。
以上路面混凝土配合比设计技术要求均来源于路面设计、施工规范和路面混凝土长寿命使用中的客观要求。
(二)、基本原理
1、水灰比定则：在路面混凝土中，水灰比不是完全越小越好，近年来水泥化学界对水泥的水化理论研究结果表明，水泥能够完全水化的最小水灰比是0.38，这个水灰比恰好在目前滑模摊铺混凝土路面经常使用的水灰比0.35——0.45之间，在我国的施工实际中，由于原材料性能的差异，在使用普通缓凝引气减水剂时，由于外加剂减水率不高，较难达到要求。但是要确保滑模混凝土路面施工抗折强度5.75Mpa，大量的实践表明，碎石混凝土最大单位用水量不应超过160公斤/立方米，只有在使用优质引气剂和缓凝减水剂或高效保塑减水剂的情况下，才能保证在滑模摊铺混凝土路面不断要求较大坍落度及较小振动粘度系数条件下，始终保持较小的水灰比，从而保证上述各项优良路用性能的实现。根据滑模摊铺经验我们确定水灰比在0.40――0.44。
2、确定最优的砂率的总表面积原理：路面混凝土最优砂率的选择应根据砂的粗细，细度模数和比表面积原理进行，砂越细，细度模数越小，比表面积越大，反之亦然，砂的总表面积是影响混凝土坍落度和振动粘度系数的决定性因素，既要减小单位水泥用量，用水量和水灰比，满足路面混凝土的力学性能和经济性，又要满足工作性要求，则所用砂的总表面积不得过大，其细度模数要适中。要求在2.3——3.5之间。同时满足这些技术要求的砂率就是混凝土达到骨架密实嵌锁结构的最优砂率。由总表面积原理得到，满足路面使用要求的最优砂率选择，应根据细度模数来进行。这样才能保证包裹砂石料的水泥浆厚度是基本一致的，从而保证实现上述所要求的路面混凝土各项优良路用性能。
3、强化路面混凝土结构的集料嵌锁力和界面
配制高抗折强度的混凝土除了低水灰比和适宜砂率外，强化路面混凝土材料结构的集料嵌锁力和界面也很重要，为达到此目的，应使用较低水灰比，较小的单位用水量，较大的粗集料体积份数，优良的粗集料级配和适宜的砂细度模数。我所选用2——3.15cm与0.5——2cm的石料比例为60：40，这样的最佳集料比例较适合滑模摊铺混凝土路面，达到骨架密实，增加集料嵌锁力要求。
4、配合比经济性原则，路面混凝土配合比的经济性原则，以前一直是定性要求，在满足所有施工，力学性能和耐久性后，水泥用量最省，其实，随着外加剂技术的进步，以及高效减水剂的广泛应用，提高了路面混凝土的技术性能。目前条件下，讲究水泥混凝土配合比的经济性原则，必须提出定量化的要求，即科学的配合比要实现单位质量水泥对强度的贡献率最大。
5、外加剂的技术要求，引气剂为一种大分子气液界面活性剂，它的作用原理是亲水集团在水泥溶液中，另一端在气泡内的空气中，它们排列成具有较大表面张力的韧性单分子层膜，自动构成了表面积最小的球形。引气剂所引进混凝土中的气泡直径为微米数量级。只有在光学显微镜下才能看到，引气剂具有普通减水剂的减水率，在新拌混凝土中增大了粘聚性。防止粗砂混凝土路面泌水离析；同时含气量为5%时，这些体积全部在水泥浆中，大大增加了水泥浆的体积量数。适当含气量的混凝土，提高抗折强度10%——15%；降低了抗折弹性模量，减小了干缩和温缩变形；提高了抗冻性，抗盐冻性及抗渗性；缓解了碱集料反应和化学侵蚀膨胀。
6、水泥的路用品质应提出更严格的技术要求。
今年，水泥混凝土路面采用牡丹江市温春镇生产的牡丹江牌P.042.5水泥，其各项技术指标见附表。

二、原材料及配合比参数对设计指标的影响
(一)、影响抗折强度的因素：
水泥混凝土路面设计施工和质量评定的重要技术指标是抗折强度，抗折强度的大小取决于抗弯拉强度，而抗弯拉强度主要依赖混凝土材料的均匀性及其集料界面的粘结强度。
(二)、原材料对抗折强度的影响
1、水泥
水泥的抗折强度一般比同水灰比的混凝土的抗折强度高2MPa左右，现要求混凝土的施工配制抗折强度要求达到5.5——5.75MPa，那么水泥的抗折强度必须达到7.5——8.0MPa以上。
2、集料
① 强度和压碎值
实践表明，粗集料的强度和压碎值偏低，很难配制出高强度的混凝土，因此，碎石的压碎值不应大于12%，最大不应大于16%。
② 最大粒径
《公路水泥混凝土路面滑模施工技术规范》中碎石定为31.5mm，我们采用5——20 mm,和20——31.5 mm粒级的碎石，从而保障了设计要求的抗折强度。
③ 外形和级配
粗集料针片状含量不大于10%，球形率高，级配优良，实积率大时的单位水泥用量抗折强度增大。
④ 集料的含泥量和软弱颗粒的影响
试验表明，粗集料中的土对混凝土性能影响最大的是抗折强度和硬化混凝土的收缩，随着含土量的增加，抗折强度线性降低，干缩明显直线上升，因此，必须保证抗折强度和减小收缩的角度，严格控制含泥量和软弱颗粒，总量不大于1%，发现局部砂石料土、泥块、石粉超标，必须进行处理。
⑤ 砂细度模数的影响
试验表明，随着砂细度模数的增加，抗折强度略有增大，因为当砂越来越粗时，对于嵌琐力的贡献逐渐增强，而嵌锁力提高必须带来抗折强度的增大，这是我们提出滑模摊铺水泥混凝土路面应使用细度模数在2.3——3.5之间的中砂或偏中粗砂的强度依据。
⑥ 引气剂
碎石混凝土含气量对振动粘度系数的影响较大，含气量增加，粘度系数呈曲线降低，并且引气对于多棱角粗糙度大的碎石提高振捣密实度有利，不仅可以减少振捣能量消耗，加快施工进度，而且路面混凝土高抗折强度的前提是消除大空隙后的面板高密实度，由此可见，滑模摊铺水泥混凝土路面规定使用引气剂是正确的，引气剂掺量的增加，抗折弹性模量下降较快，一般情况下，材料越密实，强度越高，弹性模量越大，掺引气剂既提高了抗折强度，又降低了抗折弹性模量，解决了抗折强度与抗折弹性模量同步增长的矛盾，同时，引气混凝土提高了北方地区混凝土路面的耐久性。

三、配合比设计计算方法
(一)、确定路面混凝土的试配抗折强度Rc
Rc=K·Rs=1.15×5.0Mpa=5.75Mpa
K—抗折强度提高系数，取1.15
Rs—设计抗折强度
(二)、计算水灰比（W/C）
C/W=（Rc+1.0079-0.3595Rj）/1.5684
=(5.75+1.0079-0.3595×8.43)/1.5684
=2.3765
则W/C=0.42
Rj——水泥胶砂标准抗折强度，Mpa见D-19表
(三)、计算单位用水量W。
W104.97+3.09h+11.27(C/W)+0.61Sp;
h——坍落度取5cm
Sp——砂率，取38%
则W。=104.97+3.09×5+11.27×2.3765+0.61×0.38
=104.97+15.45+26.783+0.2318
=147.4Kg
(四)、计算单位水泥用量C。
C。=W。（C/W）
=147.4×2.3765
=350.3Kg
(五)、选择和确定砂率
根据进场中砂细度模数范围，选砂率36%，38%，40%，这也是滑模施工的经验数据。
(六)、计算粗、细集料用量
现采用假定密度法计算
C。+W。+S。+G。=rh
S。/(S。G。)×100=Sp

解方程式 147.4+350.3+ S。+ G。=2386
[S。/ (S。+ G。)]×100= Sp

S。+ G。=1882.3
[S。/ (S。+ G。)]×100=Sp
rh——混凝土假定密度，取2386kg/m3
当Sp=38%时S。=717.6 kg，G。=1170.7kg
C。：W。：S。：G。=350.3：147.4：717.6：1170.7
通过试拌可以看出，SP=38%满足混凝土的和易性能。现取水泥用量360kg/m3、350 kg/m3、340 kg/m3，W/C取0.40、0.42、0.44，SP=36%、38%、40%调试各项指标见下表：
(七)、外加剂用量
根据外加剂品种使用效果应用技术经验，选用ENＣ型水泥混凝土引气抗折增强剂，取水泥用量的2%调试。
由于混凝土材料科学仍处于试验和经验科学阶段，强调无论采用何种方法计算，都必须通过试配试验，不能只根据计算配合比进行施工，我们采用了综合优化的正交试验设计法进行配合比验证。

试验结果分析：
当水泥剂量360Kg时：
R=（R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7+R8+R9+R10+R11+R12+R13
+R14+R15+R16+R17+R18+R19+R20）/20=6.201Mpa
σ=0.099
Cvσ/R=0.099/6.201=1.6%
由于R≧RSZ+Kσ=5.75+0.65*0.099=5.81Mpa
且R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、 R16、R17、R18、R19、R20任一组强度均大于0.85RSZ=4.89Mpa，所以此配合比满足设计要求。
通过上述试验结果可以看出，配合比为
W/C：S/C：G/C=0.42：1.98：3.23 的混凝土工作性，含气量、强度、经济性等均满足设计要求，根据此配合比进行水泥混凝土弯拉强度试验，制件20组，结果见附表D—37。

四、施工配合比调整和检验
试验室配合比在工地投入正式施工前，必须在试铺路面时使用施工搅拌楼进行大容量拌和试验，搅拌楼应由法定计量单位标定完成。
1、测量砂石料的含水率，并与搅拌楼上显示的含水率进行精度对比和校准。
2、检测水泥、砂、石料和水等原材料的新拌混凝土温度。
3、新拌混凝土密度、坍落度、工作性、和易性、粘聚性、含气量检测和调整方法与试验室相同。
4、混凝土的坍落度损失和凝结特性检测，在施工当时气温条件下，检测新拌混凝土坍落度损失和初凝，终凝时间，为出搅拌楼和摊铺时坍落度的控制值，最大运输距离和时间的确定提供依据，无论气温如何，均应满足大型滑模摊铺机施工的混凝土初凝时间不得小于3h。
5、作抗折强度试件并检测其强度。

碎 石 筛 分 曲 线
筛孔
尺寸
31.5
26.5
19
16
9.5
4.75
2.36
备注
通过率(%)
95.9
67.0
19.7
7.0
0
0
0
2-3.15cm
通过率(%)

96.0
78.9
46.9
13.9
0
0.5-2cm
通过率(%)
95.9
67.0
50.2
35.8
18.8
5.6
0
6:4合成级配
标 准
95-100
67-77
44-59
25-40
11-24
3-11
05

100.0

通过率(%)
90.0

80.0

70.0

60.0

50.0

40.0

30.0

20.0

10.0

0 2.36 4.75 9.5 16 19 26.5 31.5 筛孔尺寸(mm)

绥满国道主干线亚布力至尚志公路扩建工程建设项目

水泥砼路面滑模摊铺
配合比设计报告

试验: 日期: 年 月 日

审核: 日期: 年 月 日

审批: 日期: 年 月 日

龙建路桥股份有限公司第三工程处
绥满公路C7标段项目经理部
二OO五年三月