淺談高等級公路路面混凝土的配制

摘要：通過對原材料、配合比設計參數的優選和大量室內試驗，用425號普通硅酸鹽水泥配制成功滿足重交通道路要求的路面用水泥混凝土。比使用525號硅酸鹽水泥，每m3成本節約十幾元。試驗中發現，用C3A含量低、C4AF含量高的水泥更有利于混凝土抗彎拉強度的發展。
關鍵詞：高等級公路路面水泥混凝土配合比

　　重交通道路水泥混凝土路面要承受車輛高密度荷載的沖擊、摩擦、彎曲和溫度、濕度的反復變化。因此，要求它必須具備較高的抗彎拉強度和耐磨性。1994年交通部頒發的JTJ012-94《公路水泥混凝土路面設計規范》(以下簡稱規范)，將高等級公路路面水泥混凝土28d齡期設計抗彎拉強度從老規范規定的4.5MPa提高到5.0MPa。這就充分說明抗彎拉強度是控制高等級水泥混凝土路面質量的關鍵。?
　　根據新規范規定，混凝土的配合比設計強度應高出設計彎拉強度的1.10～1.15倍。因此，要配制設計彎拉強度為5.0MPa的混凝土，配制強度則須達到5.50～5.75MPa。為滿足這一要求，施工單位常須采用525號普通硅酸鹽水泥，不言而喻，使用525號水泥不但會增加工程造價，還常因貨源偏緊、供應不及時，而影響到工程進度。?
在寧通一級公路建設中，我們使用了供貨充足、相對價廉的425號普通硅酸鹽水泥，通過認真優選各種原材料，合理確定配合比參數，經大量室內試驗，配制成功滿足重交通道路要求的高質量路面用水泥混凝土。

1　路面混凝土的配制
1.1　主要原材料的選擇
1.1.1　水泥
　　路面用水泥應首先選擇具有抗彎拉強度高、收縮性小、耐磨性和耐久性好的水泥。要求水泥各齡期強度值及其它指標不應低于國家標準。需注意的是，一般施工單位從混凝土拌制到抹面壓紋等全過程的時間往往很長，超過水泥凝結時間的現象屢見不鮮，而水泥的凝結時間是影響混凝土路面澆筑質量的重要因素，不容忽視。施工單位必須根據自己的施工技術水平，選擇凝結時間與之相適應的水泥。

1.1.2　粗集料
　　用表面粗糙且多棱角、與水泥石粘結性好的碎石配制的混凝土具有較高的強度。最大粒徑不大于40mm。其他技術指標均應符合規范要求。

1.1.3　細集料

　　路面混凝土用砂必須具有高的密度和小的比面，以保證拌合物有適宜的工作性，硬化后的混凝土有足夠的強度和耐久性，同時又達到節水的目的。因此，宜選用符合規范要求的細度模數大于2.5的Ⅱ區中粗砂。

1.1.4　外加劑
　　外加劑質量應符合GB8076-87《混凝土外加劑》的規定，使用時應注意配量準確，且在混合料中拌和均勻。

1.2　配合比設計
　　按GBJ97-94《水泥混凝土路面施工及驗收規范》的規定，路面用水泥混凝土配合比設計采用抗彎拉強度或抗壓強度指標的設計方法。在寧通公路建設中，采用了以抗彎拉強度為指標的配合比設計方法。

1.2.1 混凝土的配制強度
　　混凝土的配制強度(fcf，o)按公式(1)確定：

fcf，o=k·fcf，k　　　　　　　　(1)

式中：fcf，k——混凝土設計抗彎拉強度，MPa；?
???k——系數，施工水平一般者取k=1.15。?
　　若設計抗彎拉強度為5.0MPa時，則配制強度應為5.75MPa。

1.2.2?拌和物稠度
　　路面混凝土拌和物坍落度不應大于2.5cm，工作度不應小于10s。

1.2.3?水灰比
??以碎石為集料的混凝土拌和物的水灰比，可根據已知的混凝土配制抗彎拉強度(fcf，o)和水泥的實際抗彎拉強度(fcef)，代入公式(2)求得灰水比，灰水比的倒數即為水灰比。

C/W=(fcf,o+1.0079-0.3485fcef)/1.5684????(2)

??混凝土強度很大程度取決于水灰比，高等級公路路面混凝土水灰比一般不小于0.4，不大于0.5，摻減水劑的混凝土水灰比要比未摻的降低0.02～0.05。如采取真空吸水工藝，在設計混凝土配合比時，無須考慮真空吸水的脫水量，而將因吸去水分而提高的強度作為路面的強度儲備。

1.2.4?砂率
??砂率是指混凝土中砂的質量與砂石總質量的比率。砂率的變化可導致集料的總表面積和空隙率的變化。砂率過大，集料的總表面積和空隙率都會增大，在水泥漿含量不變的情況下，混凝土拌和物的流動性將減少；同樣，若砂率過小，因不能保證粗集料間有足夠的砂漿層，也會降低混凝土拌和物的流動性。伴隨著混凝土拌和物工作性能的惡化，勢必殃及硬化混凝土的密度、強度、干縮性及耐久性。所以確定砂率是混凝土配合比設計的重要內容之一。?
??從砂率過大或過小都對混凝土產生不良影響這點看來，砂率必然存在一個最佳值。通常認為，在水泥漿用量不變的條件下，能使混凝土拌和物獲得最大流動性且不致出現離析泌水等不良現象時的砂率為最佳砂率。道路混凝土的砂率，一般在28%～32%之間，通過試驗決定最佳值。

1.2.5?用水量及水泥用量
單位用水量應考慮粗集料的最大粒徑、砂的粗細、坍落度要求、外加劑種類、施工溫度等因素，然后通過試驗確定。路面混凝土單位用水量，粗集料采用碎石時一般為150～170kg/m3。?
??水泥用量根據所需的水灰比和用水量確定，對于425號水泥單位用量應不小于350kg/m3，對于525號水泥應不小于300kg/m3。

1.2.6?集料用量
??砂、石用量可根據已選定的砂率，采用絕對體積法或假定密度法計算。

1.2.7?配合比校準
??根據以上原則，合理選用混凝土配合比參數并計算出初步配合比后，即可進行試拌，以校核混凝土拌和物的工作性能。如拌和物的坍落度或維勃稠度不符合設計要求，或粘聚性和保水性不理想時，則應在保證水灰比不變的條件下，相應調整用水量或砂率，直到滿足要求為止，并提出基準配合比。再根據基準配合比配制混合料，制作試件進行強度檢驗。根據強度檢驗結果和濕表觀密度測定結果，進一步修正配合比，即可得到試驗室配合比。最后再根據現場砂、石材料的實際含水率，將試驗室配合比換算為施工配合比。?
混凝土拌和物工作性能調整的方法見表1。

表1?

2?試驗結果與分析
??我單位試驗室進行試配試驗采用基準水灰比為0.43，基準砂率為30%，為達到既有代表性又盡量減少試驗次數的目的，選用具有代表性的普通型硅酸鹽水泥，外加劑選用了蘇州水泥制品研究院研制的AF型外加劑。混凝土試驗結果參見表2～3。

表2?

表3　

　　從表2～3可以看出：?
　　(1)用425號水泥、單位水泥用量390kg/m3、水灰比0.41～0.43、砂率29%～30%所配制的混凝土，其28d抗彎拉強度一般能達到5.5MPa；
　　(2)采用C3A含量低、C4AF含量高的水泥對提高混凝土抗彎拉強度有利；
　　(3)A水泥廠生產的水泥雖然抗彎拉強度高，但是終凝時間太短，不宜采用；
　　(4)采用525號水泥，比采用425號水泥可節省20kg/m3左右，但黃砂、碎石數量相應有所增加；?
　　(5)混凝土的7d抗彎拉強度大多數在4.0MPa以上，28d齡期抗彎拉強度一般都能達到設計要求；?
　　(6)真空吸水工藝可降低混凝土水灰比，是提高混凝土抗彎拉強度的有力措施；
　　(7)采用AF型減水劑，強度提高較明顯，能節省水泥用量，改善混凝土工作性能，對抗凍也有利，其缺點是混凝土收縮率稍大。
　　寧通一級公路實際應用證明，使用425號普通硅酸鹽水泥，砂、石材料合格，采用以表2中B1組為基準的配合參數和真空吸水工藝，按照規范要求施工，完全能生產出達到設計抗彎拉強度≥5.0MPa要求的混凝土。

3　結論
　　(1)通過對原材料和配合比設計參數的優選，采用425號普通硅酸鹽水泥完全可以達到高等級公路路面混凝土設計抗彎拉強度≥5.0MPa的要求。從經濟上比較，采用425號水泥比525號水泥每m3混凝土節約十幾元，且貨源充足。
　　(2)為了能使配制的混凝土達到抗彎拉強度5.5MPa的目標，必須選擇質量較好的原材料，特別是要優選質量穩定、C4AF含量高的水泥。同時，還必須選擇適宜的水灰比、砂率等參數。