路面普通水泥混凝土配合比设计

CementConcrete路面普通水泥砼配合比设计霍曼琳教授兰州交通大学土木工程学院CementConcrete22021年2月20日星期六路面工程知识培训第一部分概述砼的分类、特性与应用分类方法名称特性与应用水泥类水泥混凝土以硅酸盐水泥及各种混合水泥为胶凝材料。可用于各种混凝土结构石灰类石灰混凝土以石灰、天然水泥、火山灰等活性硅酸盐和铝酸盐与消石灰的混合物为胶凝材料石膏类石膏混凝土以天然石膏及工业废料石膏为胶凝材料。可做天花板及内隔墙等制品硫磺硫磺混凝土硫磺加热熔化，然后冷却硬化。可做粘结剂及低温防腐层水玻璃水玻璃混凝土以钠水玻璃或钾水玻璃为胶凝材料。可做耐酸结构无机碱矿渣类碱矿渣混凝土以磨细矿渣及碱溶液为胶凝材料，是一种新型混凝土。可做各种结构沥青类沥青混凝土用天然或人造沥青为胶凝材料。可做路面及耐酸、碱地面合成树脂加水泥聚合物水泥混凝土以水泥为主要胶凝材料，掺入少量乳胶或水溶性树脂，能提高混凝土的抗拉、抗弯强度及抗渗、抗冻、耐磨性能树脂树脂混凝土以聚酯树脂、环氧树脂、尿醛树脂等为胶凝材料。适宜用于侵蚀介质中按胶凝材料分类有机以聚合物单体浸渍聚合物浸渍混凝土以低粘度的聚合物单体浸渍水泥混凝土，然后以热催化法或辐射法处理，使单体在混凝土孔隙中聚合，能改善混凝土的各种性能补充知识重骨料重混凝土以钢球、铁矿石、重晶石等为骨料，混凝土干表观密度大于2600kg/m3。用于防射线混凝土工程普通骨料普通混凝土骨料为普通砂、石，混凝土干表观密度为2000～2800kg/m3。可做各种结构轻骨料轻骨料混凝土用天然或人造轻骨料，混凝土干表观密度小于1950kg/m3。依其表观密度大小又分为结构轻骨料混凝土及保温隔热轻骨料混凝土无细骨料大孔混凝土用轻粗骨料或普通粗骨料配制而成，混凝土干表观密度为800～1850kg/m3。适用于做墙板或墙体按骨料分类无粗骨料细颗粒混凝土用水泥与砂配制而成。可用于钢丝网水泥结构水工混凝土用于大坝等水工构筑物，多数为大体积混凝土工程。要求有抗冲刷、耐磨及抗大气腐蚀性。依其不同使用条件可选用普通水泥、矿渣水泥或火山灰水泥及大坝水泥等海工混凝土用于海洋工程（海岸及离岸工程）。要求具有抗海水腐蚀性、抗冻性及抗渗性抗渗混凝土能承受0.6MPa以上水压而不透水的混凝土。可分为普通防水混凝土、掺外加剂防水混凝土与膨胀水泥防水混凝土。要求有高的密实度及抗渗性。多用于地下工程及贮水构筑物道路混凝土用于路面，可用水泥及沥青做胶凝材料。要有足够的耐候性及耐磨性耐热混凝土以铬铁矿、镁砖或耐火砖碎块等为骨料，以硅酸盐水泥、高铝水泥及水玻璃等为胶凝材料的混凝土。可在350～1700℃高温下使用耐酸混凝土以水玻璃为胶凝材料，加入固化剂和耐酸骨料配制而成。具有优良的耐酸和耐热性能防辐射混凝土能屏蔽x、γ射线及中子射线的混凝土，又称屏蔽混凝土或重混凝土。是原子能反应堆、粒子加速器等常用的防护材料按用途分类结构混凝土用于各种建筑结构物无筋类素混凝土用于基础或垫层的低标号混凝土钢筋混凝土用普通钢筋加强的混凝土。其作用最广钢丝网混凝土用钢丝网加强的无粗骨料混凝土，又称钢丝网砂浆。可用于制作薄壳、船等薄壁构件纤维混凝土用各种纤维加强的混凝土，其中钢纤维混凝土最常用。其抗冲击、抗拉、抗弯性能好，可用于路面、桥面、机场跑道护面、隧道衬砌及桩头、桩帽等按配筋方式分类配筋类预应力混凝土用先张法、后张法或化学方法使混凝土预压，以提高其抗拉、抗弯强度的配筋混凝土。可用于各种工程的构筑物及建筑结构，特别是大跨度桥梁等普通现浇混凝土用一般现浇工艺施工的塑性混凝土喷射混凝土用压缩空气喷射施工的混凝土，又分干喷和湿喷两种工艺。多用于井巷及隧道衬砌工程泵送混凝土用混凝土泵浇灌的流动性混凝土灌浆混凝土先铺好粗骨料，以后强制注入水泥砂浆的混凝土。适用于大型基础等大体积混凝土现浇类真空吸水混凝土用真空泵将混凝土中多余的水分吸出，从而提高其密实度的一种工艺。可用于屋面、楼板、飞机跑道等振压混凝土振动加压成型，用于制作混凝土楼板构件挤压混凝土以挤压机成型，用于长线台座法的空心楼板、T型小梁等构件生产按施工工艺分类预制类离心混凝土以离心机成型，用于混凝土管、电杆等管状构件的生产按强度等级和水泥用量划分的混凝土种类混凝土种类低强混凝土中强混凝土高强混凝土超高强混凝土混凝土种类贫混凝土富混凝土强度等级＜C30C30～C60≥C60＞C100水泥用量/kg·m-3≯170≮230CementConcrete92021年2月20日星期六路面工程知识培训路面普通水泥砼配合比基础知识配合比设计的适用范围1.滑模摊铺机2.轨道摊铺机3.三辊轴机组4.小型机具适用于四种施工方式：CementConcrete102021年2月20日星期六路面工程知识培训配合比设计的任务包括两个方面：①选料——按照道路工程的设计要求和施工条件，以及原材料的技术性能，选择适合制备所需砼的原材料；②配料——根据道路设计中指定的砼性能（包括弯拉强度、工作性、耐久性等）和经济的原则，确定砼各组成材料的最佳比例关系和用料量。CementConcrete112021年2月20日星期六路面工程知识培训砼配合比设计的基本要求满足砼结构设计——弯拉强度的要求；满足砼施工——工作性的要求；满足工程所处环境——耐久性的要求；符合经济原则——少用水泥（价高），尽可能采用当地材料和工业废料（如粉煤灰等）。CementConcrete2021年2月20日星期六（1）（1）（2）见表（1）。CementConcrete132021年2月20日星期六路面工程知识培训（1）——JTGD40-2011《公路水泥砼路面设计规范》CementConcrete142021年2月20日星期六路面工程知识培训（2）CementConcrete152021年2月20日星期六路面工程知识培训（3）（3）2021年2月20日星期六路面工程知识培训16砼强度的波动规律——正态分布在正常施工条件下，对同一种砼进行系统的随机抽样测试，结果表明，其试件强度的波动规律符合正态分布。试件砼强度——横坐标，某一强度出现的概率——纵坐标强度概率分布曲线（补图1）。曲线特点：补充知识2021年2月20日星期六路面工程知识培训17补图1砼强度的正态分布曲线2021年2月20日星期六路面工程知识培训18①曲线呈钟形，最高峰为砼平均强度的概率。以平均强度为对称轴，左右两边曲线对称。试件强度愈接近平均强度，出现的概率愈大；离对称轴愈远，出现的概率愈小，并逐渐趋于零。②曲线和横轴之间的面积为概率的总和，等于100%。③在对称轴两侧的曲线上各有一个拐点。两拐点之间的曲线向下弯曲，拐点以外的曲线向上弯曲。并以横坐标为渐近线。——强度概率分布曲线窄而高，表明强度测定值比较集中，波动小，砼的均匀性好，施工水平较高。曲线矮而宽，表明强度测定值离散程度大，砼的均匀性差，施工水平较低。见补图2。2021年2月20日星期六路面工程知识培训19补图2离散程度不同的两条强度概率分布曲线2021年2月20日星期六路面工程知识培训20砼强度的统计参数及质量均匀性用强度平均值cu和强度标准差σ两个统计参数描述呈正态分布的强度概率。强度平均值反映砼总体强度的平均水平，但不能反映砼强度的波动情况。强度标准差σ是强度概率分布曲线上拐点与强度平均值的距离。σ愈大，曲线又矮又宽，说明强度离散程度愈大，砼的均匀性愈差。f补充知识2021年2月20日星期六路面工程知识培训21对同一批砼，在某一统计期内连续取样制作n组试件（n≥25，每组3块），测得第i组试件的立方体抗压强度代表值为fcu,i。——强度平均值为n组试件抗压强度的算术平均值，计算式：fcu＝n1ni1if,cu（MPa）（补1）2021年2月20日星期六路面工程知识培训22n组试件抗压强度的标准差σ（又称均方差）。计算式：（补2）2021年2月20日星期六路面工程知识培训23由于在相同生产管理水平下，砼的强度标准差会随平均强度水平的提高而增大，故平均强度水平不同的砼之间质量稳定性的比较，可用统计参数变异系数Cv表示。Cv值愈小，说明砼质量愈均匀。Cv计算式：——从生产和使用的角度考虑，希望砼强度的波动较小，质量较均匀，故要求σ或Cv较小。反之，则表明砼质量较差。在施工质量控制中，可用σ或Cv作为评定砼质量均匀性的指标。（补3）CementConcrete242021年2月20日星期六路面工程知识培训说明：——因为水泥砼路面要求的抗折强度高，所以水泥的强度等级要求不低于42.5级。CementConcrete252021年2月20日星期六路面工程知识培训（4）（4）CementConcrete262021年2月20日星期六路面工程知识培训（6）（6）CementConcrete272021年2月20日星期六路面工程知识培训（7）CementConcrete282021年2月20日星期六路面工程知识培训CementConcrete292021年2月20日星期六路面工程知识培训（7）CementConcrete302021年2月20日星期六路面工程知识培训水泥砼路面耐久性改善措施耐久性是水泥砼路面需重点考虑的性能。包括路面在长期使用过程中能否抵抗水压力、温度变化以及各种侵蚀性介质的作用，保持其强度和表面完好性等。路面破损有水的渗透、冻融循环造成的表面剥落、收缩开裂、碱骨料反应引起的裂缝以及钢筋砼中的钢筋生锈造成的表面剥落、开裂等破坏形式。补充知识CementConcrete312021年2月20日星期六路面工程知识培训砼本身的密实程度、孔结构是影响耐久性的重要因素。砼是多孔、多相、非均质复合材料，内部存在着许多连通孔隙、微裂缝等结构缺陷，这种缺陷数量越多，水分和各种侵蚀性介质越容易渗透到内部，将对水泥凝胶体造成溶蚀及其它化学侵蚀，同时，对抗冻性也不利。——提高水泥砼的密实程度是提高路面耐久性的重要措施。CementConcrete322021年2月20日星期六路面工程知识培训水泥砼路面变形性能和抗冻性的改善方法加入引气剂，使砼中微小、独立、封闭的孔隙含量大约达到4%～6%，可在某种程度上降低砼的脆性。各国大多加入粉煤灰，掺量为胶结材料的20%～40%。优质的粉煤灰是球形的微粒，可改善砼的和易性，使砼干燥收缩小，并可降低早期水化热，减小温度裂缝，有抑制碱骨料反应的效果，可改善路面砼的不透水性和化学稳定性。虽然掺粉煤灰后可能降低砼早强，但其火山灰反应可使长期强度增加。——粉煤灰是一种理想的路面砼矿物外加剂。补充知识CementConcrete332021年2月20日星期六路面工程知识培训配合比设计参数及其确定原则砼配合比设计表面上是通过计算来确定各项基本组成材料的用量，实质上是根据组成材料的情况，确定水泥、水、砂和石子用量之间的比例关系——配合比的三个参数。三个参数与砼各项性能密切相关。正确地确定，能使砼满足对其质量的基本要求。CementConcrete342021年2月20日星期六路面工程知识培训配合比参数的确定原则水灰比水与水泥间的比例关系。当组成材料一定时，对砼强度和耐久性起关键性作用。在满足强度与耐久性要求的前提下，尽量取较大值。单位用水量指1m3砼的用水量，反映水泥浆与骨料间的比例关系（浆集比）。当W/C一定时，是控制砼拌合物流动性的主要因素。在满足流动性的前提下尽量取较小值。砂率砂与石子间的比例关系。对砼拌合物的和易性，特别是黏聚性和保水性有很大影响。在满足黏聚性要求的前提下尽量取较小值。CementConcrete352021年2月20日星期六路面工程知识培训配合比设计的算料基准计算1m3砼中各材料的用量，以质量计。计算时，骨料以自然风干状态质量为基准。自然风干状态：细骨料含水率≤1.0%，粗骨料含水率≤0.5%。CementConcrete362021年2月20日星期六路面工程知识培训配合比的表示方法方法一按1m3砼中各项材料的质量表示，如：水泥336kg，砂654kg，石子1215kg，水195kg；FDN1.0%。