綏滿高速公路路面改擴建工程水泥混凝土配合比設計

毛思驍

(黑龍江省公路勘察設計院，黑龍江 哈爾濱 150080)

0 前 言

國道綏滿“亞布力至尚志段”高速公路改擴建工程采用水泥混凝土路面，路面厚度26 cm，采用滑模攤鋪施工工藝。基于滑模攤鋪的施工特點，以及黑龍江省的氣候環境和實際施工條件，對C8標段路面水泥混凝土進行配合比組成設計。

1 配合比設計要求

1.1 配合比設計的主要目的

水泥混凝土路面滑模攤鋪施工有別于其它攤鋪工藝，對水泥混凝土的要求標準相對較高。在配合比設計時，需要兼顧水泥混凝土抗彎拉強度、工作性、經濟性和耐久性要求。其中保證滑模施工所要求的的工作性、穩定性是水泥混凝土配合比設計的針對性要求。

1.2 配合比設計的主要參數

(1)彎拉強度

根據設計要求，混凝土彎拉強度不低于5.0 MPa，試配彎拉強度不低于5.75 MPa。根據規范規定，試配彎拉強度系數可取1.13，相當于保證率85%及優秀施工管理水平。亦可根據概率統計原理選取試配彎拉強度。

(2)工作性

滑?；炷翑備伜蟛粦霈F蜂窩、麻面、拉裂、倒邊等，需要控制水泥混凝土拌和物的最大振動粘度系數和最小坍落度；滑模攤鋪后的混凝土面板邊緣不得出現溜角、塌邊、塌肩等現象，且橫向平整度和側面的垂直度須保持良好，需要控制水泥混凝土拌和物的最小振動粘度系數和最大坍落度。

不設超鋪角的滑模攤鋪機，水泥混凝土適宜的振動粘度系數范圍為300～500 N/m2·s，適合的坍落度范圍為2～4 cm。由于施工中的坍落度會有損失，故配合比設計時的試配坍落度控制在3～5 cm左右。

(3)耐久性

本次滑模攤鋪水泥混凝土采用了FNC型混凝土引氣抗折增強劑，以提高混凝土的抗凍耐久性。有抗凍、有抗鹽凍要求的水泥混凝土路面，規范要求各等級公路滑模攤鋪路面混凝土應使用引氣劑，根據實際條件，結合黑龍江省的氣候狀況，混凝土含氣量應控制在4.0～5.5%范圍內。

關于路面混凝土滿足耐久性要求的最大水灰比，規范規定，對于有抗冰凍需要的高速公路、一級公路，水灰比不宜大于0.42；對于有抗鹽凍需要的高速公路、一級公路，水灰比不宜大于0.40。

(4)經濟性

在滿足彎拉強度、工作性、耐久性要求的前提下，需要兼顧水泥混凝土配合比的經濟性。一般以單位質量水泥用量獲得最大彎拉強度為評價標準。為此，在配合比設計時，采用不同水泥用量、水灰比、砂率進行試配，以找出不同水泥用量、水灰比、砂率、外摻劑用量，所引起的強度變化及含氣量的變化規律。確認最佳水泥用量及外摻劑用量。

2 水泥混凝土配合比設計參數

2.1 水灰比

一般根據水泥混凝土的試配彎拉強度、水泥膠砂抗折強度及粗集料種類，采用統計經驗公式估算。估算水灰比時還需要考慮并納入外加劑的減水作用，且同時符合耐久性要求的最大水灰比規定，需要在兩者之中取低值。

2.2 砂率

應根據砂的細度模數和粗集料的種類選取，在非硬刻槽的表面抗滑構造下，砂率可提高1～2%，硬刻槽時則無需提高砂率。

2.3 混凝土拌和物單位體積用水量

可按規范規定公式估算，碎石混凝土的單位體積用水量不宜大于160 kg/m3。

3 配合比計算

根據建設部門要求，配合比設計采用正交法(表1)。即以水泥用量為水平，以水灰比、砂率為因素進行組合摻配。摻配組數為9組27個試件，28天后選出滿足4項基本要求的一組進行20組的數理統計分祈。滿足要求后，此配合比確定為試驗室配合比，并按絕對體積法計算各材料用量。其中，水泥密度ρc=3.1 g/cm3，砂表觀密度ρs=2.54 g/cm3，0.5～2 cm碎石表觀密度ρg=2.749 g/cm3，2～3.15 cm碎石表現密度ρG=2.762 g/cm3。

表1 水泥混凝土配合比組成設計相關數據

4 實拌配合比

滑模施工水泥混凝土的試拌配合比需要通過攪拌樓(拌和樓)的試拌來進行驗證及調整，應同時滿足滑模攤鋪施工的工作性、耐久性、彎拉強度等要求。需要根據料場粗、細集料的含水量、拌和物實測容重、含氣量、坍落度及其損失，來調整水泥混凝土粗集料用量、細集料用量、用水量和外加劑摻量，該過程中不得減少水泥用量。

5 施工配合比設計

經攪拌樓實拌調整后的水泥混凝土配合比，在實際施工中，尚需根據季節、天氣、運距等的變化，微調外摻劑的用量，以確保水泥混凝土在攤鋪施工過程中的振動粘度系數、坍落度等工作性適宜于滑模攤鋪，且波動最小。如逢降雨，應根據每天不同時段的氣溫及砂石料實際含水量變化，細調砂石重量和加水量，其它配合比參數不得改變。當雨天或砂石料狀態出現變化時，應強化細節控制，保證水泥混凝土工作性的穩定并滿足攤鋪要求。

6 主要材料

(1)水泥。采用牡丹江產普通硅酸鹽425水泥，其各項指標均滿足國家標準規定。

(2)碎石。采用尚志某石場加工的5～20 mm、20～31.5 mm兩種規格玄武巖石料。對石料的各項常規指標進行檢驗，結果滿足規范規定的要求。

(3)砂

采用尚志螞蟻河砂，細度模數Mx=2.81，為中砂，其堆積密度為1 530 kg/m3，表觀密度2 548 kg/m3，含泥量小于0.5%，各項指標滿足規范及設計要求。

(4)外摻劑

采用FNC高效減水劑，減水率為17%，各項指標滿足規范和設計要求。

7 水泥混凝土抗折強度試驗

利用正交設計找到最佳配合比，并制作9組共27個小梁試件，進行抗折強度試驗。根據強度、經濟性和耐久性的要求，推薦最佳配合比為：水泥360 kg、水144 kg、砂674.1 kg、碎石(5～20 mm)479.4 kg、碎石(20～31.5 mm)719.0 kg、減水劑摻量0.8%、水灰比0.40。

根據滑模攤鋪混凝土彎拉強度和綏滿高速公路等級，混凝土抗彎拉強度20組的保證率系數應大于0.39。按照最佳配合比制作20組共60個試件，進行數據分析。保證率系數t=1.13>0.39，滿足保證率要求。

8 結 論

通過以上對混凝土的彎拉強度、含氣量、坍落度等各項指標試驗結果，綜合考慮經濟性、耐久性要求，我們認為水泥用量360 kg/m3、引氣減水劑為0.8%、水灰比為0.40、砂率為36%的水泥混凝土配合比能夠滿足設計及使用要求，并確定該配合比為推薦最佳配合比。