路面用碾压混凝土配合比设计的研究

〔提　要〕本文阐述了碾压混凝土配合比设计的方法，通过大量的室内试验、施工现场检测，证实了本设计方法即采用经验公式确定水胶比，土工击实法确定单位用水量是较适宜的。指出碾压混凝土中掺入适量粉煤灰的可行性和必要性。

〔关键词〕碾压混凝土　配合比　粉煤灰掺量

　　我国国民经济正以稳健的增长速度发展，公路建设作为基础产业倍受各级部门及全国人民的关注，高等级公路建设方兴未艾。由于沥青资源短缺，及强力筑路机械的发展，导致水泥混凝土路面，特别是碾压混凝土路面的竞争能力增强。碾压混凝土路面(Roller Compacted Concrete,简称RCC)是利用沥青混凝土路面摊铺、碾压技术施工的一种水泥混凝土路面。由于碾压混凝土路面与普通混凝土路面及沥青路面相比具有技术经济上的诸多优势，将其应用于高等级公路已成为公路工程技术人员义不容辞的责任。我国先后有十多个省修筑了碾压混凝土试验路。本文重点探讨路面碾压混凝土配合比设计方法，及在102线北宁段一级公路施工中的应用情况。 

　　1　　组成材料

　  (1)水泥：本溪425普通水泥，经检测各项技术指标符合要求。 

　　 (2)粉煤灰：阜新热电厂干排灰，理化参数如表1。

　表1

SO3

(%)SiO2

(%)Al2O3

(%)Fe2O3

(%)CaO

(%)MgO

(%)K2O

(%)密度 

(g/cm3)含水量

(%)细度80μm

筛余量(%)0.6961.819.59.392.702.862.731.900.3725.2　　(3)粗集料：北宁市石厂产碎石。

　　(4)砂：北宁市产河砂(粗砂)。 

　　(5)外加剂：缓凝型木质素磺酸钙减水剂。 

　　2　配合比设计方法

　  (1)根据设计要求，采用经验公式法确定水胶比和初步用水量。

　 配制强度fcf,0=1.10fcf,k=1.15×5.0=5.75MPa 

　　　　　　fcf,k：设计抗弯拉强度(MPa)  (C+F)/W=(fcf,o+1 0079-0.3485fce,f/1.5684

　　　　  fce,f：水泥的实际抗弯拉强度7.7(MPa) 

　　　　　　计算得W/(C+F)=0.4  规范推荐用水量是120～140kg/m3 

　　　　　 (2)采用土工击实法确定最佳含水量。

　 按规定的工作性要求，维勃稠度20～42S，根据体积法计算配合组成，制备几组试件，测定它们的湿密度，干密度从而确定最佳含水量。 

　　　　　　 例：W/(C+F)=0.4，W=135(kg/m3) 得C+F=338(kg/m3)

　　　　　取Sp=35%  体积法： 

?

　　粉煤灰的掺入对提高抗折强度有利，规范建议掺量为10%～40%。在此我们取20%和25%等量代替水泥。计算得G=1329kg/m3　　　　S=725kg/m3 

　　外加剂：缓凝型木质素磺酸钙，用量为0.25×C kg/m3。 

　　按上述计算得到的几组配合比进行土工击实试验，试验结果如表2。

　  通过击实试验结果，初步确定W=130kg/m3或W=135kg/m3。

　  上述两种用水量的新拌混凝土进行维勃稠度试验分别为39s和34s均符合要求。

  (3)正交试验确定最佳配合比

  采用正交表，因素与水平如表3，试验方案及混凝土配合比如表4。

?

　　表2

配

合

比 

与 

材 

料 

用 

量序 号水胶比

W/(C+F)粉煤灰掺量

(%)砂率Sp

(%)水

W 

kg/m3水泥 C kg/m3粉煤灰 F kg/m3砂 kg/m3碎石 G kg/m3干表观密度 kg/cm3湿密度 kg/cm310.420351102205572513292.412.4520.420351202406072513292.442.5530.420351252506272513292.502.5740.420351302606572513292.512.6050.420351352706872513292.492.6260.420351402807072513292.412.5570.425331102066967813762.402.4380.425331202257567813762.432.5490.425331252347867813762.492.56100.425331302448167813762.522.60110.425331352538567813762.502.62120.425331402628867813762.422.56?

　　　　表3　　　因素与水平

水平12345因素W/(C+F)0.4　　　　用水量kg/m3130135　　　粉煤灰掺量(%)015202535　　成型方法：压振法，混凝土拌合物装模后于振动台上，在其上表面施加作用力 30g/cm2，与此同时开动振动台，振动2～3分钟。

  成型后在标准养护条件下养生，达到相应龄期测定强度等技术指标。

  试验结果如表4。

　表4

配合比 序号W/(C+F)粉煤灰掺量 (%)水泥+粉煤

(kg/cm3)用水量

(kg/cm3)改进VC值

(s)抗压强度7天

(MPa)抗压强度28天

(MPa)抗 折强度7

(MPa)抗折强度28天

(MPa)10.40340+01355028.238.94.96.220.415296+441354229.134..65.930.420283+571353527.332.84.55.740.425272+681353425.232.04.55.750.435252+881354823.230.14.25.560.40340+01305627.939.04.86.170.415296+441304528.834.04.65.980.420283+571303927.032..45.790.425272+681304025.132.24.45.6100.435252+881305023.029.54.15.2　

　　综上所述得如下理论配合组成：每m3 RCC材料用量(kg)：

  水泥272；粉煤灰68；水135；细集料725；粗集料1329；外加剂：0.90。 

　　3　实际应用情况　 按照所得理论材料组成，在102线北宁段一级公路施工现场采用，对RCC路面1100m3拌合物现场随机取样，测定稠度和强度等指标如表5。结果表明，符合设计要求。 

　　4　技术经济效果　 由于碾压混凝土的用水量较普通混凝土低得多，因此碾压混凝土的强度增长速度比普通混凝土快，不掺粉煤灰的情况下，碾压混凝土3d抗折强度可以达到28d的70%以上，在掺20%粉煤灰的情况下，碾压混凝土3d抗折强度可以达到28d的60%以上。由此可见，碾压混凝土特别适用于路面工程，可缩短养护期而提前开放交通。碾压混凝土路面施工技术可加快施工进度，就此与普通混凝土路面比可降低工程总造价10%以上。碾压混凝土中掺入适量的粉煤灰很有必要，可大幅度降低工程成本，一般每立方米RCC可节约水泥用量50kg/m3以上，而且对增大其密实度，减小收缩，提高耐久性起积极作用。值得注意的是，在施工时要及时养护，使路面在7d以内保持湿润，早期养护非常重要。 

　　　　　　　　参考文献

  1 中华人民共和国行业标准(JTJ012 94)，公路水泥混凝土路面设计规范. 

　 2 日本道路协会水泥混凝土路面推广小组，水泥混凝土路面设计、施工与养护，1991.

  3 碾压混凝土材料组成设计方法的研究.王秉刚等

  4 碾压混凝土路面施工技术.杨金泉

公路工程施工现场管理应注意的问题