毛思驍

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)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(kuò)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?；诨備伒氖┕ぬ攸c(diǎn)，以及黑龍江省的氣候環(huán)境和實(shí)際施工條件，對C8標(biāo)段路面水泥混凝土進(jìn)行配合比組成設(shè)計(jì)。

1 配合比設(shè)計(jì)要求

1.1 配合比設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)相對較高。在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，需要兼顧水泥混凝土抗彎拉強(qiáng)度、工作性、經(jīng)濟(jì)性和耐久性要求。其中保證滑模施工所要求的的工作性、穩(wěn)定性是水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)的針對性要求。

1.2 配合比設(shè)計(jì)的主要參數(shù)

(1)彎拉強(qiáng)度

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，混凝土彎拉強(qiáng)度不低于5.0 MPa，試配彎拉強(qiáng)度不低于5.75 MPa。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，試配彎拉強(qiáng)度系數(shù)可取1.13，相當(dāng)于保證率85%及優(yōu)秀施工管理水平。亦可根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)原理選取試配彎拉強(qiáng)度。

(2)工作性

滑模混凝土攤鋪后不應(yīng)出現(xiàn)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(shù)和最小坍落度；滑模攤鋪后的混凝土面板邊緣不得出現(xiàn)溜角、塌邊、塌肩等現(xiàn)象，且橫向平整度和側(cè)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(shù)和最大坍落度。

不設(shè)超鋪角的滑模攤鋪機(jī)，水泥混凝土適宜的振動粘度系數(shù)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(shè)計(jì)時(shí)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(qiáng)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(guī)范要求各等級公路滑模攤鋪路面混凝土應(yīng)使用引氣劑，根據(jù)實(shí)際條件，結(jié)合黑龍江省的氣候狀況，混凝土含氣量應(yīng)控制在4.0～5.5%范圍內(nèi)。

關(guān)于路面混凝土滿足耐久性要求的最大水灰比，規(guī)范規(guī)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(jīng)濟(jì)性

在滿足彎拉強(qiáng)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(jīng)濟(jì)性。一般以單位質(zhì)量水泥用量獲得最大彎拉強(qiáng)度為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。為此，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，采用不同水泥用量、水灰比、砂率進(jìn)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(qiáng)度變化及含氣量的變化規(guī)律。確認(rèn)最佳水泥用量及外摻劑用量。

2 水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 水灰比

一般根據(jù)水泥混凝土的試配彎拉強(qiáng)度、水泥膠砂抗折強(qiáng)度及粗集料種類，采用統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式估算。估算水灰比時(shí)還需要考慮并納入外加劑的減水作用，且同時(shí)符合耐久性要求的最大水灰比規(guī)定，需要在兩者之中取低值。

2.2 砂率

應(yīng)根據(jù)砂的細(xì)度模數(shù)和粗集料的種類選取，在非硬刻槽的表面抗滑構(gòu)造下，砂率可提高1～2%，硬刻槽時(shí)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(guī)范規(guī)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(jì)算

根據(jù)建設(shè)部門要求，配合比設(shè)計(jì)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(jìn)行組合摻配。摻配組數(shù)為9組27個(gè)試件，28天后選出滿足4項(xiàng)基本要求的一組進(jìn)行20組的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分祈。滿足要求后，此配合比確定為試驗(yàn)室配合比，并按絕對體積法計(jì)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(xiàn)密度ρG=2.762 g/cm3。

表1 水泥混凝土配合比組成設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)

4 實(shí)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(jìn)行驗(yàn)證及調(diào)整，應(yīng)同時(shí)滿足滑模攤鋪施工的工作性、耐久性、彎拉強(qiáng)度等要求。需要根據(jù)料場粗、細(xì)集料的含水量、拌和物實(shí)測容重、含氣量、坍落度及其損失，來調(diào)整水泥混凝土粗集料用量、細(xì)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(shè)計(jì)

經(jīng)攪拌樓實(shí)拌調(diào)整后的水泥混凝土配合比，在實(shí)際施工中，尚需根據(jù)季節(jié)、天氣、運(yùn)距等的變化，微調(diào)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(shù)、坍落度等工作性適宜于滑模攤鋪，且波動最小。如逢降雨，應(yīng)根據(jù)每天不同時(shí)段的氣溫及砂石料實(shí)際含水量變化，細(xì)調(diào)砂石重量和加水量，其它配合比參數(shù)不得改變。當(dāng)雨天或砂石料狀態(tài)出現(xiàn)變化時(shí)，應(yīng)強(qiáng)化細(xì)節(jié)控制，保證水泥混凝土工作性的穩(wěn)定并滿足攤鋪要求。

6 主要材料

(1)水泥。采用牡丹江產(chǎn)普通硅酸鹽425水泥，其各項(xiàng)指標(biāo)均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

(2)碎石。采用尚志某石場加工的5～20 mm、20～31.5 mm兩種規(guī)格玄武巖石料。對石料的各項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果滿足規(guī)范規(guī)定的要求。

(3)砂

采用尚志螞蟻河砂，細(xì)度模數(shù)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(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

(4)外摻劑

采用FNC高效減水劑，減水率為17%，各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

7 水泥混凝土抗折強(qiáng)度試驗(yàn)

利用正交設(shè)計(jì)找到最佳配合比，并制作9組共27個(gè)小梁試件，進(jìn)行抗折強(qiáng)度試驗(yàn)。根據(jù)強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)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(jù)滑模攤鋪混凝土彎拉強(qiáng)度和綏滿高速公路等級，混凝土抗彎拉強(qiáng)度20組的保證率系數(shù)應(yīng)大于0.39。按照最佳配合比制作20組共60個(gè)試件，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。保證率系數(shù)t=1.13>0.39，滿足保證率要求。

8 結(jié) 論

通過以上對混凝土的彎拉強(qiáng)度、含氣量、坍落度等各項(xiàng)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、耐久性要求，我們認(rèn)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(shè)計(jì)及使用要求，并確定該配合比為推薦最佳配合比。