简介： 碾压式水泥混凝土路面的配合比设计，目前采用室内试验与实践经验相结合的办法，本文介绍采用正交试验方法确定混凝土的配合比。
关键字：碾压式混凝土 配合比 正交试验
1．前 言
碾压式水泥混凝土路面是以级配集料和较低的水泥用量与用水量以及掺和料和外加剂等组成的超干硬性混凝土拌合物，经振动压路机等机械碾压密实而形成的一种混凝土路面。碾压混凝土路面工程是国家“八五”重点科技攻关项目，它作为高等级公路路面，与普通水泥混凝土、沥青混凝土路面相比，具有明显的优势(见表1)，能够提高企业的施工技术水平和降低工程造价。
表1 与水泥、沥青混凝土路面的比较
|
与普通水泥混凝土路面比较
|
与沥青混凝土路面比较
|
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1)可用沥青路面摊铺机进行施工；
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1)车辙较少；
|
|
2)施工可不用模板，简单、快速，能缩短工期；
|
2)抗磨耗性好；
|
|
3)经济性优越，估计初期投资费用节约15%～40%；
|
3)耐油性好；
|
|
4)单位用水量和水泥用量少，干缩率小，可扩大接缝间距，利于行车舒适；
|
4)使用寿命长，维修费用少；
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|
5)初期强度高，养护期短。
|
5)重交通的厚层结构，初期投资费用有可能较省。
|
2．工程概况
202国道梅河口至海龙段始建于1986年，路基宽12m，路面宽7m，原路面面层采用沥青贯入式和人工铺筑沥青混合料的施工方式建成。建成后，路面相继有不同程度的破损，难以满足当地交通的需要，决定1997年进行路面结构的改建，采用碾压水泥混凝土路面。
3．混凝土配合比正交设计
3．1 试验原材料
(1)水泥：红梅425#普通水泥；
(2)碎石：粒径5～20mm，表干比重2.63g/cm3，压碎值8%；5～10mm含35%，振实容重1617kg/m3；
(3)砂：产地梅河，细度模数3.16，表干比重2.59g/cm3，容重1360kg/m3；
(4)粉煤灰：Ⅱ级干灰，产于吉林梅河口发电厂；
(5)外加剂：吉林省松脂皂引气剂(DH9S)，掺量0.0002%；木钙(MG)掺量0.25%。
3．2 试验目的
选定粉煤灰碾压混凝土的几个主要参数，即单位用水量(W)；基准胶凝材料用量(C+F1)；石 子填充体积率(Vg)及粉煤灰掺量(f，%)。
3．3 考核指标
混凝土稠度(改进Vc值)；混凝土抗折强度(试件尺寸10×10×40cm3，龄期7d和28d)。
3．4 试验方案及配合比
采用L9(34)正交表安排试验(如表2)，各配合比除因素、水平变化外，其他试验条件均相同。试验方案及混凝土配合比见表3。
表2 因 素 与 水 平
|
水平
|
因素
|
A.(W)(kg/m3)
|
B.(C+F1)(kg/m3)
|
C.(Vg)(%)
|
D.(f)(%)
|
|
1
|
101
|
300
|
80
|
10
|
|
|
2
|
106
|
270
|
76
|
20
|
|
|
3
|
96
|
330
|
72
|
15
|
|
表3 正交试验方案及混凝土配合比
|
试验号
|
试验条件
|
配合比(kg/m3)
|
|||||||||
|
W(kg/m3)
|
C+F1(kg/m3)
|
Vg %
|
f %
|
W
|
C
|
F
|
S
|
G
|
MG
|
DH9S
|
|
|
1
|
①101
|
①300
|
①80
|
①10
|
101
|
270
|
60
|
743
|
1302
|
0.75
|
0.09
|
|
2
|
①101
|
②270
|
②76
|
②20
|
101
|
216
|
108
|
805
|
1237
|
0.675
|
0.081
|
|
3
|
①101
|
③330
|
③72
|
③15
|
101
|
281
|
99
|
821
|
1171
|
0.825
|
0.099
|
|
4
|
②106
|
①300
|
②76
|
③15
|
106
|
255
|
90
|
776
|
1237
|
0.75
|
0.09
|
|
5
|
②106
|
②270
|
③72
|
①10
|
106
|
243
|
54
|
889
|
1171
|
0.675
|
0.081
|
|
6
|
②106
|
③330
|
①80
|
②20
|
106
|
264
|
132
|
660
|
1302
|
0.825
|
0.099
|
|
7
|
③96
|
①270
|
③72
|
②20
|
96
|
240
|
120
|
848
|
1171
|
0.75
|
0.09
|
|
8
|
③96
|
②330
|
①80
|
③15
|
96
|
230
|
81
|
770
|
1302
|
0.675
|
0.081
|
|
9
|
③96
|
③
|
②76
|
①10
|
96
|
297
|
66
|
790
|
1237
|
0.825
|
0.099
|
3．5 试验结果及分析
(1)试验结果汇总于表4。
(2)直观分析 各项考核指标的直观分析结果见表5和表6。
(3)回归分析
根据表3的试验结果进行回归分析，对影响显著的因素建立有关考核指标的多元相关经验式见表7。
多元回归检验结果的说明：
①t≤1，无显著影响；
②1＜t≤2，有一定影响；
③t＞2，有显著影响。
综合表5和表6的分析结果可见：
①用水量和粉煤灰掺量对改进Vc值均有显著影响。
②基准胶凝材料用量和粉煤灰掺量对抗折强度有显著影响，而石子填充体积率对稠度和抗折强度的影响不显著。
③表7中2、3号经验式有很好的相关性和足够的推定精度，可作为用水量的抗折强度的推定经验式，被采用。
表4 试 验 结 果
|
编号
|
A.(W)
|
B.(C+F1)
|
C.(Vg) %
|
D.(f) %
|
试验结果
|
||
|
VC(S)
|
P7(kPa)
|
P28(kPa)
|
|||||
|
1
|
①101
|
①300
|
①80
|
①10
|
31
|
4.48
|
5.53
|
|
2
|
①101
|
②270
|
②76
|
②20
|
46
|
3.87
|
4.39
|
|
3
|
①101
|
③330
|
③72
|
③15
|
30
|
4.14
|
5.11
|
|
4
|
②106
|
①300
|
②76
|
③15
|
16.5
|
4.17
|
4.39
|
|
5
|
②106
|
②270
|
③72
|
①10
|
12.5
|
4.14
|
4.77
|
|
6
|
②106
|
③330
|
①80
|
②20
|
18.5
|
4.3
|
5.35
|
|
7
|
③96
|
①300
|
②72
|
②20
|
56
|
4.3
|
4.93
|
|
8
|
③96
|
②270
|
①80
|
③15
|
59
|
4.63
|
5
|
|
9
|
③96
|
③330
|
②76
|
①10
|
41.5
|
4.66
|
6.07
|
表5 直 观 分 析 结 查
|
考核指标
|
A.(W)
|
B.(C+F1)
|
C.(Vg)
|
D.(f) %
|
|
|
改进Vc值
|
K1
|
107
|
103.5
|
108.5
|
85.0
|
|
K2
|
47.5
|
117.5
|
104.5
|
120.5
|
|
|
K3
|
156.5
|
90
|
98.5
|
105.5
|
|
|
K4
|
109
|
27.5
|
10
|
35.5
|
|
|
F7
|
K1
|
12.49
|
12.95
|
13.41
|
13.28
|
|
K2
|
12.61
|
12.64
|
12.70
|
12.47
|
|
|
K3
|
13.59
|
13.1
|
12.58
|
12.94
|
|
|
K4
|
1.10
|
0.46
|
0.83
|
0.81
|
|
|
F28
|
K1
|
15.03
|
14.85
|
15.88
|
16.37
|
|
K2
|
14.51
|
14.16
|
14.85
|
14.67
|
|
|
K3
|
16.00
|
16.53
|
14.81
|
14.50
|
|
|
K4
|
1.49
|
2.37
|
1.07
|
1.87
|
|
表6 直观分析结果汇总
|
考核指标
|
各因素影响主次顺序
|
最佳试验条件(注)
|
|
改进Vc值
|
A>D>B>C
|
A1B1C1D1
|
|
F7
|
A>C>D>B
|
A3B2C1D1
|
|
F28
|
B>D>A>C
|
A3B3C1D1
|
注：根据稠度指标选定最佳试验条件时，以平均改进Vc值为35±5(s)作为标准。
3．6 确定配合比
(1)设计指标
①稠度：改进Vc值35s;
②28d抗折强度：5．0MPa；
③混凝土配合比强度
Fb=(Fk+Fy)×K
式中 Fb——混凝土配合比强度(MPa);
Fk——路面设计强度，202国道为二级路，取Fk=5．0MPa；
Fy——路面压实安全强度，取0．8MPa；
K——加成系数，K=1/（1-t+Cv），其中t=0．84，Cv=11%，则 K=1．1。
根据以上各参数确定碾压混凝土配合比强度：
Fb=(5．0+0．8)×1．1=6．4(MPa)
（2)配合比计算
①根据各指标的直观分析结果，选定石子填充体积率为80%，掺粉煤灰10%，粉煤灰超量系数取1．7。
②根据2号式(表7)计算用水量：W=98(kg/m3)。
③根据3号式(表7)计算基准胶凝材料用量：(C+F1)=293。
④根据以上计算结果及有关设计参数，计算配合比材料用量(见表8)。
表7 回 归 分 析 结 果
|
编号
|
相关关系
|
经验式
|
n
|
R
|
s
|
Cv
|
|
1
|
W∝｛1gVc,C+F1,f｝
|
W=128.8-18.161gVc-0.017(C+F)+0.29F (t1=9.0；t2=2.9；t3=2.5)
|
9
|
0.971
|
1.3
|
1.3
|
|
2
|
W∝｛1gVc,f｝
|
W=123.4-17.971gVc+ 0.283F
|
9
|
0.965
|
1.3
|
1.3
|
|
3
|
F28∝｛(C+F1)/W,f｝
|
F28=2.74+1.39(C+F1)/W-0.05F
|
9
|
0.870
|
0.31
|
6.1
|
|
4
|
F28∝｛F7，f｝
|
F28=-1.04+1.48F7-0.02F
|
9
|
0.771
|
0.40
|
7.9
|
表8 混凝土理论配合比(kg/m3)
|
水
|
水泥
|
粉煤灰
|
砂
|
碎石
|
木钙
|
引气剂
|
|
W
|
C
|
F
|
S
|
G
|
MG
|
DH9S
|
|
98
|
268
|
50
|
798
|
1312
|
0.9
|
0.072
|
4 结 语
(1)202国道路面工程是碾压水泥混凝土技术成果结合吉林省的地理、气候条件的推广应用，配合比设计采用本文所介绍的方法在实际工程当中取得了理想的效果，并取得了较高的经济效益与社会效益，该项技术必将会更加成熟并得到普及。
(2)应该指出，碾压式水泥混凝土路面的质量，不仅取决于材料的配合组成，更主要的取决于路面施工工艺。