一种新的路面水泥混凝土配合比设计

文摘 2024-11-23 07:03 河南

0　引言

路面水泥混凝土配合比设计方法，目前《细则》规定了二级及二级以下公路可采用密度法或体积法的经验公式法，得到目标配合比。2000年，陈建奎和王栋民依据“普遍适用的混凝土体积模型”和基本观点：①混凝土各组成材料（包括固、气和液3相）具有体积加和性；②石子间的空隙由干砂浆填充；③干砂浆中的空隙由水填充；④干砂浆由水泥、矿物细掺料、砂和孔隙所组成；提出了现代混凝土配合比设计的全计算法。在全计算法中，首先假设水泥浆与骨料体积比为35:65；其次，通过粗集料的捣实密度和表观密度，估算干砂浆体积；根据水泥浆体积和干砂浆体积，计算砂率。

2007年，KoehlerE提出了了基于集料混合料捣实堆积空隙率和集料粗糙度，确定水泥浆体积，计算水泥用量和用水量。2002年，Shilstone提出了合成混合集料的粗细指数和考虑水泥用量的工作性指数，确定新拌水泥混凝土的工作性，计算各材料的质量组成。

在全计算法中，“普遍适用的混凝土体积模型”和“基本观点”，属于逐级填充理论。水泥浆体V_e不仅填充由粗集料和细集料混合捣实后的空隙，而且覆盖集料和间隔他们，减少集料间摩擦，满足新拌混凝土工作性——坍落度等。水泥浆填充由粗集料和细集料混合捣实后形成的空隙，这部分水泥浆体是必须的、基本的；覆盖和分离集料的水泥浆体是水泥浆富余系数，这部分水泥浆体不仅提供新拌混凝土流动性能，而且还要满足硬化混凝土强度和耐久性要求。根据此思路，可以把混凝土看成是由集料与水泥浆（含有一定量的空气）按照一定体积比例的相互组合，并满足新拌混凝土工作性和硬化混凝土的强度、耐久性，得到一种新的路面水泥混凝土配合比设计方法。

根据普通混凝土高性能化的原则，在本次实践中采用公称粒径10～25（S8）（以下简称粗集料1）和5～10（S12）（以下简称粗集料2）规格的集料。细集料采用公称粒径为0～5（S15）的机制砂。

根据0.45次幂曲线、8～18分计筛余率和Tarantula分计筛余曲线，同时结合Shilstone的粗细指数和工作性指数，优化集料级配曲线和水泥用量，为路面机制砂水泥混凝土配合比设计进行一次工程实践。

1　基于水泥浆体积与集料堆积空隙比值的混凝土配合比设计方法

在本方法中，其中关键点是如何确定水泥浆体的体积和混凝土工作性指数的计算。

1.1　水灰比计算

路面机制砂混凝土的水灰比仍根据28d弯拉强度和水泥28d实测抗折强度，按JTG/TF30-2014公路水泥混凝土路面施工技术细则．中的公式（4.2.11-1）计算，获得。在本次实践中，路面混凝土的28d弯拉强度为5.85MPa，P.O42.5水泥实测抗折强度为7.5MPa，因此，根据细则中公式（4.2.11-1）计算，得到水灰比为0.38。

1.2　确定水泥浆体体积

确定水泥浆体体积，首先将粗集料1、粗集料2和砂按一定比例混合并拌合均匀，测试其捣实堆积密度，计算空隙率，具体步骤如下：

将粗集料1、粗集料2和机制砂，按质量百分比，称取一定质量的粗集料1、粗集料2和机制砂，拌合均匀，测试合成混合集料的捣实堆积密度（方法与粗集料的捣实堆积密度试验步骤方法一致），见图1。

同时，按粗集料1、粗集料2和机制砂的质量百分比和毛体积密度和表观密度，计算合成混合集料的毛体积密度；最后计算捣实空隙率，见式（1）。

式（1）中，ρ_DRUW是合成混合集料的捣实堆积密度，ρ_Blend是合成混合集料的毛体积密度，按式（2）计。

式（2）中，P_i是粗集料1、粗集料2和机制砂的质量百分比，ρi采用粗集料1和粗集料2的毛体积密度，ρ_i采用机制砂的表观密度。

根据空隙率，同时考虑水泥浆富余系数，一般为20%～75%，即水泥浆体积与合成混合集料的空隙率之比在12.0～17.5之间，能满足设计要求的新拌工作性、硬化混凝土的物理力学性质。

对于水泥混凝土路面，一般要求水泥浆体体积在250～350L间。

1.3　确定水泥用量和计算CF、WF值

根据水灰比和式（3）计算单位用水：

式（3）中：W/C是水灰比；φ是矿物细掺料在胶结材料中的体积掺量；其他见引言所述。

根据水灰比和用水量，计算水泥用量，并代入式（4）计算合成混合料加上水泥后的工作性指数，并按式（5）计算合成混合料的粗细指数。

式中：Q是筛孔尺寸９.5mm筛累计筛余率，%；Ｒ是筛孔尺寸2。36mm筛累计筛余率，%；P是筛孔尺寸2.36mm筛质量通过率，%。通过式（4）发现，WF不仅受到水泥用量影响，而且还受到合成矿料级配的影响，因此良好的合成级配不仅能配制成良好的混凝土，而且还可以节约水泥用量。检查WF和CF是否符合要求。

2　路面机制砂水泥混凝土配合比设计

根据1中方法与步骤，对雄峰1、雄峰2和茶酒山3种机制砂与雄峰碎石（粗集料1和粗集料2），进行级配优化组合。水泥浆与合成混合集料捣实堆积空隙率的比值取12.5，即水泥浆体积为捣实堆积空隙率率的12.5倍。

2.1　级配优化

根据1中方法与步骤，经过多次循环调试，得到4种机制砂的级配组合，见表1。

通过图更能直观地观察这4种机制砂与粗集料1和粗集料2的关系，以及对新拌混凝土工作性的影响。

通过图2可以看出，雄峰1和茶酒山几乎落在上下限范围内，而雄峰2和雄峰2＋天然砂在4。75mm筛孔以后几乎超出了上下限范围，也就是说机制砂偏粗，细度模数大，属粗砂。通过图3和图4的分计筛余分布曲线，也发现雄峰2和雄峰2＋天然砂属粗砂。

针对4种级配组合，结合单位水泥用量，计算了粗细指数和工作性指数，见图5。

从图5可以看出，受水泥用量的影响，雄峰1和茶酒山的机制砂的粗细指数和工作性指数在技术范围内；雄峰2和雄峰2＋天然砂的粗细指数和工作性指数，落在技术范围外，表明该混凝土集料级配偏粗，其新拌混凝土出现离析，饱水性差。

2.2　路面机制砂水泥混凝土目标配合比

通过对雄峰2、雄峰2＋天然河砂的28天抗折强度，绘制抗折强度与灰水比的线性关系图，得到略大于配制强度5.85MPa对应的灰水比和各材料在1ｍ³体积下的质量，见表2。

从表2可以看出，单位用水量比较大，超出《细则》规定的单位用水量153kg。因此在单位水泥用量和工作性不变情况下，调整减水剂掺量和单位用水量，防止泌水，即减小水灰比值。但这种固定水泥用量，调整单位用水量和减水剂掺量的方法，会造成水泥浆体不足，不能完全填充合成矿料间的空隙，会造成减水剂没发挥它应有的减水和改善混凝土工作性能的作用。

2.3　路面机制砂水泥混凝土配合比调整与确定

鉴于固定水泥用量，调整单位用水量方法的不足，最大发挥高性能减水剂作用，根据聚羧酸高性能减水剂的推荐值——掺量为1。0%。在满足坍落度要求，即保持水泥净浆体积不变的情况下，采用盒子试验来调整单位水泥用量、单位用水量，见图6。

图6（a）为水灰比调整为0.41时混凝土的坍落度试验后的情况，坍落度150mm，略见离析；图6（b）是水比调整为0.38时混凝土的坍落度试验后的情况，坍落度为40mm，进一步用盒子试验，发现混凝土振动棒振实后，在试样侧面没出现大量空洞，水泥浆充实饱满。调整后的水灰比和各材料组成，见表3。

此时，粗集料填充体积率为75.5%，满足《细则》要求。粗细指数为55.6，工作性指数28.4，可见集料合成级配对水泥用量有较大的影响。

3　结论

按最大理论密度原则，依据0.45次幂曲线、8～18曲线和Tarantula曲线，优化粗、细集料合成级配，得到质量比；再按粗、细集料质量比，称取一定质量粗、细集料，测试粗细集料混合捣实后的干密度，计算合成混合集料的空隙率，按12.0～17.5倍空隙率，计算水泥浆体积。

根据单位水泥用量和合成级配，计算混凝土的粗细指数和工作性指数；依据Shilstone的粗细指数和工作性指数，评估粗细集料的比例和单位水泥用量。经过多次优化，得到单位体积下水泥、水、粗集料、细集料和减水剂的质量。

利用盒子试验，对新拌混凝土振动捣实后，观察试样侧面，评估试样侧面水泥浆充实饱满程度，确定水泥浆体积量。最后进行抗折强度验证，得到目标配合比。

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzNjU1MTYwNw==&mid=2247521437&idx=3&sn=7c59b7aef4269d61dbff75f843c06aab

砼话

“砼话”——分享混凝土知识，做混凝土技术人员的朋友，每天七点更新！您的关注，是最大的支持和鼓励！

最新文章

某混凝土试验室主任给老板的私信（句句心酸）

砂率对C60、C80、C100 混凝土新拌性能与抗压强度的影响

一种新的路面水泥混凝土配合比设计

C80机制砂高强混凝土的制备及工程应用技术交底

废浆体对C30、C40混凝土性能影响的研究

混凝土阴阳配合比产生的根源及对策

商品混凝土和易性不合格原因分析及改进措施

自密实混凝土配合比设计及其性能试验研究

2024年最新最全混凝土标准目录，欢迎订购

C35耐热混凝土配合比优化设计

泵送预拌混凝土过程中裂缝控制技术研究

减水剂检测中含气量对混凝土的影响及建议

混凝土生产过程中应如何调整配合比

混凝土施工过程中加水为什么屡禁不止

中法混凝土配合比设计对比和结果分析

清水混凝土概念、研究现状、存在问题及配合比设计方法综述

混凝土裂缝成因与防治措施研究

回弹法在实体混凝土质量检测中的应用

浅谈混凝土企业试验室的内部管理

特细砂混凝土配合比设计及应用实例

机制砂混凝土制备及性能分析

不同水胶比下粉煤灰掺量对水工混凝土抗渗性能影响

易流型大掺量石灰石粉复合掺合料性能研究

浅谈混凝土原材料——粗骨料

混凝土原材料试题——骨料（多选题）

阎培渝教授：养护制度对高强混凝土强度发展规律的影响

商品混凝土泵送合同

混凝土外加剂与水泥适应性改善措施研究

低水胶比下粉煤灰复合矿粉配制高强泵送混凝土的性能研究

C35 耐热混凝土的制备与性能测试

孙振平教授：聚羧酸高性能减水剂应用的若干问题探讨

混凝土外加剂的使用误区

混凝土立方体试件抗压强度检测要点

混凝土裂缝的成因、预防及处理心得

轻质高强混凝土制备与性能分析

陕西地区机制粗砂与河道细砂双掺技术配制C30—C40 预拌混凝土的研究与应用

混凝土生产用水量失控是这些原因造成

砂石行业的试验员试题——砂石骨料篇

混凝土不均匀性的表征及其对硬化性能的影响

聚羧酸减水剂对机制砂混凝土的性能影响

片麻岩石粉对机制砂泵送混凝土的拌合物性能影响研究

砂密度对混凝土耐久性能的影响

混凝土7天强度到28天几乎不增长了，怎么回事？

混凝土质量到底掌握在谁手里？

养护对混凝土的重要性

机制砂级配对大流态混凝土性能的影响

针片状颗粒对高强混凝土性能的影响研究

浅谈混凝土原材料——外加剂

混凝土原材料试题——外加剂

机制砂在泵送混凝土中的应用

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉