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摘要:水泥混凝土路面要承受车辆高密度荷载的冲击、摩擦、弯曲和温度、湿度的反复变化。因此,要求它必须具备较高的抗弯拉强度和耐磨性。本文着重介绍了路面混凝土的配制方案,同时还论述了混凝土配制的强度问题。
关键词:公路路面 混凝土 配制 强度
0 引言
1994年交通部颁发的JTJ012-94《公路水泥混凝土路面设计规范》(以下简称规范),将高等级公路路面水泥混凝土28d龄期设计抗弯拉强度从老规范规定的4.5MPa提高到5.0MPa。这就充分说明抗弯拉强度是控制高等级水泥混凝土路面质量的关键。
根据新规范规定,混凝土的配合比设计强度应高出设计弯拉强度的1.10～1.15倍。因此,要配制设计弯拉强度为5.0MPa的混凝土,配制强度则须达到5.50～5.75MPa。为满足这一要求,施工单位常须采用525号普通硅酸盐水泥,不言而喻,使用525号水泥不但会增加工程造价,还常因货源偏紧、供应不及时,而影响到工程进度。
1 混凝土标号与强度等级
长期以来,我国混凝土按抗压强度分级,并采用“标号”表征。1987年GBJ107-87标准改以“强度等级”表达。DL/T5057-1996《水工混凝土结构设计规范》,DL/T5082-1998《水工建筑物抗冰冻设计规范》,DL5108-1999《混凝土重力坝设计规范》等,均以“强度等级”表达,因而新标准也以“强度等级”表达以便统一称谓。水工混凝土除要满足设计强度等级指标外,还要满足抗渗、抗冻和极限拉伸值指标。不少大型水电站工程中重要部位混凝土,常以表示混凝土耐久性的抗冻融指标或极限拉伸值指标为主要控制性指标。过去用“标号”描述强度分级时,是以立方体抗压强度标准值的数值冠以中文“号”字来表达,如200号、300号等。
根据有关标准规定,混凝土强度等级应以混凝土英文名称第一个字母加上其强度标准值来表达。如C20、C30等。
2 路面混凝土的配制
2.1 主要原材料的选择
2.1.1水泥 路面用水泥应首先选择具有抗弯拉强度高、收缩性小、耐磨性和耐久性好的水泥。要求水泥各龄期强度值及其它指标不应低于国家标准。需注意的是,一般施工单位从混凝土拌制到抹面压纹等全过程的时间往往很长,超过水泥凝结时间的现象屡见不鲜,而水泥的凝结时间是影响混凝土路面浇筑质量的重要因素,不容忽视。施工单位必须根据自己的施工技术水平,选择凝结时间与之相适应的水泥。
2.1.2 粗集料 用表面粗糙且多棱角、与水泥石粘结性好的碎石配制的混凝土具有较高的强度。最大粒径不大于40mm。其他技术指标均应符合规范要求。
2.1.3 细集料 路面混凝土用砂必须具有高的密度和小的比面,以保证拌合物有适宜的工作性,硬化后的混凝土有足够的强度和耐久性,同时又达到节水的目的。因此,宜选用符合规范要求的细度模数大于2.5的Ⅱ区中粗砂。
2.1.4 外加剂 外加剂质量应符合GB8076-87《混凝土外加剂》的规定,使用时应注意配量准确,且在混合料中拌和均匀。
2.2 配合比设计
按GBJ97-94《水泥混凝土路面施工及验收规范》的规定,路面用水泥混凝土配合比设计采用抗弯拉强度或抗压强度指标的设计方法。在宁通公路建设中,采用了以抗弯拉强度为指标的配合比设计方法。
2.2.1 混凝土的配制强度
混凝土的配制强度(fcf,o)按公式(1)确定:
fcf,o=k·fcf,k(1)
式中:fcf,k——混凝土设计抗弯拉强度,MPa;
k——系数,施工水平一般者取k=1.15。
若设计抗弯拉强度为5.0MPa时,则配制强度应为5.75MPa。
2.2.2 拌和物稠度 路面混凝土拌和物坍落度不应大于2.5cm,工作度不应小于10s。
2.2.3 水灰比 以碎石为集料的混凝土拌和物的水灰比,可根据已知的混凝土配制抗弯拉强度(fcf,o)和水泥的实际抗弯拉强度(fcef),代入公式(2)求得灰水比,灰水比的倒数即为水灰比。
C/W=(fcf,o+1.0079-0.3485fcef)/1.5684(2)
混凝土强度很大程度取决于水灰比,高等级公路路面混凝土水灰比一般不小于0.4,不大于0.5,掺减水剂的混凝土水灰比要比未掺的降低0.02～0.05。如采取真空吸水工艺,在设计混凝土配合比时,无须考虑真空吸水的脱水量,而将因吸去水分而提高的强度作为路面的强度储备。
2.2.4 砂率 砂率是指混凝土中砂的质量与砂石总质量的比率。砂率的变化可导致集料的总表面积和空隙率的变化。砂率过大,集料的总表面积和空隙率都会增大,在水泥浆含量不变的情况下,混凝土拌和物的流动性将减少。
从砂率过大或过小都对混凝土产生不良影响这点看来,砂率必然存在一个最佳值。通常认为,在水泥浆用量不变的条件下,能使混凝土拌和物获得最大流动性且不致出现离析泌水等不良现象时的砂率为最佳砂率。道路混凝土的砂率,一般在28%～32%之间,通过试验决定最佳值。
2.2.5 用水量及水泥用量 单位用水量应考虑粗集料的最大粒径、砂的粗细、坍落度要求、外加剂种类、施工温度等因素,然后通过试验确定。路面混凝土单位用水量,粗集料采用碎石时一般为150～170kg/m3。
水泥用量根据所需的水灰比和用水量确定,对于425号水泥单位用量应不小于350kg/m3,对于525号水泥应不小于300kg/m3。
3 强度标准差的选用
混凝土施工开工初始阶段,缺少混凝土施工的实测抗压强度统计资料,标准差σ值可按新标准表2中的数值参考选用。
混凝土等级均以90天龄期为代表,如果其它龄期(如28天,180天)可相应换算后选用。
混凝土进入正常施工阶段,应根据前一个月(如一个月内还达不到统计所需试件组数n值要求时,可延迟至3个月内)相同强度等级,相同混凝土配合比的混凝土强度资料,进行混凝土强度标准差σ值的计算,其公式为:
式中:fcu,i —第i组的试件强度,MPa;
mfcu—n组试件强度平均值,MPa;
n — 试件组数,应大于30。
混凝土标准差的下限取值:通过施工实测强度值,计算的σ值,对于小于或等于C9025级混凝土,σ小于2.5MPa时,σ值用2.5MPa;对于大于或等于C9030级混凝土,计算的σ小于3.0 MPa时,σ取用3.0 MPa。
σ值是28天龄期的实测强度值计算的。90天龄期的σ值一般要略大一些,但28天的σ值已基本反映了混凝土的质量波动,这亦是结合了混凝土质量控制的需要,90天的统计结果滞后了一些。28天的统计成果可有效的掌握施工质量的波动,并根据需要及时修正和调整配制混凝土抗压强度时所采用的σ值。实际上是要求以28天的混凝土强度标准差(σ)进行动态控制,以保证混凝土质量。
关键词:公路路面 混凝土 配制 强度
0 引言
1994年交通部颁发的JTJ012-94《公路水泥混凝土路面设计规范》(以下简称规范),将高等级公路路面水泥混凝土28d龄期设计抗弯拉强度从老规范规定的4.5MPa提高到5.0MPa。这就充分说明抗弯拉强度是控制高等级水泥混凝土路面质量的关键。
根据新规范规定,混凝土的配合比设计强度应高出设计弯拉强度的1.10～1.15倍。因此,要配制设计弯拉强度为5.0MPa的混凝土,配制强度则须达到5.50～5.75MPa。为满足这一要求,施工单位常须采用525号普通硅酸盐水泥,不言而喻,使用525号水泥不但会增加工程造价,还常因货源偏紧、供应不及时,而影响到工程进度。
1 混凝土标号与强度等级
长期以来,我国混凝土按抗压强度分级,并采用“标号”表征。1987年GBJ107-87标准改以“强度等级”表达。DL/T5057-1996《水工混凝土结构设计规范》,DL/T5082-1998《水工建筑物抗冰冻设计规范》,DL5108-1999《混凝土重力坝设计规范》等,均以“强度等级”表达,因而新标准也以“强度等级”表达以便统一称谓。水工混凝土除要满足设计强度等级指标外,还要满足抗渗、抗冻和极限拉伸值指标。不少大型水电站工程中重要部位混凝土,常以表示混凝土耐久性的抗冻融指标或极限拉伸值指标为主要控制性指标。过去用“标号”描述强度分级时,是以立方体抗压强度标准值的数值冠以中文“号”字来表达,如200号、300号等。
根据有关标准规定,混凝土强度等级应以混凝土英文名称第一个字母加上其强度标准值来表达。如C20、C30等。
2 路面混凝土的配制
2.1 主要原材料的选择
2.1.1水泥 路面用水泥应首先选择具有抗弯拉强度高、收缩性小、耐磨性和耐久性好的水泥。要求水泥各龄期强度值及其它指标不应低于国家标准。需注意的是,一般施工单位从混凝土拌制到抹面压纹等全过程的时间往往很长,超过水泥凝结时间的现象屡见不鲜,而水泥的凝结时间是影响混凝土路面浇筑质量的重要因素,不容忽视。施工单位必须根据自己的施工技术水平,选择凝结时间与之相适应的水泥。
2.1.2 粗集料 用表面粗糙且多棱角、与水泥石粘结性好的碎石配制的混凝土具有较高的强度。最大粒径不大于40mm。其他技术指标均应符合规范要求。
2.1.3 细集料 路面混凝土用砂必须具有高的密度和小的比面,以保证拌合物有适宜的工作性,硬化后的混凝土有足够的强度和耐久性,同时又达到节水的目的。因此,宜选用符合规范要求的细度模数大于2.5的Ⅱ区中粗砂。
2.1.4 外加剂 外加剂质量应符合GB8076-87《混凝土外加剂》的规定,使用时应注意配量准确,且在混合料中拌和均匀。
2.2 配合比设计
按GBJ97-94《水泥混凝土路面施工及验收规范》的规定,路面用水泥混凝土配合比设计采用抗弯拉强度或抗压强度指标的设计方法。在宁通公路建设中,采用了以抗弯拉强度为指标的配合比设计方法。
2.2.1 混凝土的配制强度
混凝土的配制强度(fcf,o)按公式(1)确定:
fcf,o=k·fcf,k(1)
式中:fcf,k——混凝土设计抗弯拉强度,MPa;
k——系数,施工水平一般者取k=1.15。
若设计抗弯拉强度为5.0MPa时,则配制强度应为5.75MPa。
2.2.2 拌和物稠度 路面混凝土拌和物坍落度不应大于2.5cm,工作度不应小于10s。
2.2.3 水灰比 以碎石为集料的混凝土拌和物的水灰比,可根据已知的混凝土配制抗弯拉强度(fcf,o)和水泥的实际抗弯拉强度(fcef),代入公式(2)求得灰水比,灰水比的倒数即为水灰比。
C/W=(fcf,o+1.0079-0.3485fcef)/1.5684(2)
混凝土强度很大程度取决于水灰比,高等级公路路面混凝土水灰比一般不小于0.4,不大于0.5,掺减水剂的混凝土水灰比要比未掺的降低0.02～0.05。如采取真空吸水工艺,在设计混凝土配合比时,无须考虑真空吸水的脱水量,而将因吸去水分而提高的强度作为路面的强度储备。
2.2.4 砂率 砂率是指混凝土中砂的质量与砂石总质量的比率。砂率的变化可导致集料的总表面积和空隙率的变化。砂率过大,集料的总表面积和空隙率都会增大,在水泥浆含量不变的情况下,混凝土拌和物的流动性将减少。
从砂率过大或过小都对混凝土产生不良影响这点看来,砂率必然存在一个最佳值。通常认为,在水泥浆用量不变的条件下,能使混凝土拌和物获得最大流动性且不致出现离析泌水等不良现象时的砂率为最佳砂率。道路混凝土的砂率,一般在28%～32%之间,通过试验决定最佳值。
2.2.5 用水量及水泥用量 单位用水量应考虑粗集料的最大粒径、砂的粗细、坍落度要求、外加剂种类、施工温度等因素,然后通过试验确定。路面混凝土单位用水量,粗集料采用碎石时一般为150～170kg/m3。
水泥用量根据所需的水灰比和用水量确定,对于425号水泥单位用量应不小于350kg/m3,对于525号水泥应不小于300kg/m3。
3 强度标准差的选用
混凝土施工开工初始阶段,缺少混凝土施工的实测抗压强度统计资料,标准差σ值可按新标准表2中的数值参考选用。
混凝土等级均以90天龄期为代表,如果其它龄期(如28天,180天)可相应换算后选用。
混凝土进入正常施工阶段,应根据前一个月(如一个月内还达不到统计所需试件组数n值要求时,可延迟至3个月内)相同强度等级,相同混凝土配合比的混凝土强度资料,进行混凝土强度标准差σ值的计算,其公式为:
式中:fcu,i —第i组的试件强度,MPa;
mfcu—n组试件强度平均值,MPa;
n — 试件组数,应大于30。
混凝土标准差的下限取值:通过施工实测强度值,计算的σ值,对于小于或等于C9025级混凝土,σ小于2.5MPa时,σ值用2.5MPa;对于大于或等于C9030级混凝土,计算的σ小于3.0 MPa时,σ取用3.0 MPa。
σ值是28天龄期的实测强度值计算的。90天龄期的σ值一般要略大一些,但28天的σ值已基本反映了混凝土的质量波动,这亦是结合了混凝土质量控制的需要,90天的统计结果滞后了一些。28天的统计成果可有效的掌握施工质量的波动,并根据需要及时修正和调整配制混凝土抗压强度时所采用的σ值。实际上是要求以28天的混凝土强度标准差(σ)进行动态控制,以保证混凝土质量。