绥满高速公路路面改扩建工程水泥混凝土配合比设计

毛思骁

(黑龙江省公路勘察设计院，黑龙江 哈尔滨 150080)

0 前 言

国道绥满“亚布力至尚志段”高速公路改扩建工程采用水泥混凝土路面，路面厚度26 cm，采用滑模摊铺施工工艺。基于滑模摊铺的施工特点，以及黑龙江省的气候环境和实际施工条件，对C8标段路面水泥混凝土进行配合比组成设计。

1 配合比设计要求

1.1 配合比设计的主要目的

水泥混凝土路面滑模摊铺施工有别于其它摊铺工艺，对水泥混凝土的要求标准相对较高。在配合比设计时，需要兼顾水泥混凝土抗弯拉强度、工作性、经济性和耐久性要求。其中保证滑模施工所要求的的工作性、稳定性是水泥混凝土配合比设计的针对性要求。

1.2 配合比设计的主要参数

(1)弯拉强度

根据设计要求，混凝土弯拉强度不低于5.0 MPa，试配弯拉强度不低于5.75 MPa。根据规范规定，试配弯拉强度系数可取1.13，相当于保证率85%及优秀施工管理水平。亦可根据概率统计原理选取试配弯拉强度。

(2)工作性

滑模混凝土摊铺后不应出现蜂窝、麻面、拉裂、倒边等，需要控制水泥混凝土拌和物的最大振动粘度系数和最小坍落度；滑模摊铺后的混凝土面板边缘不得出现溜角、塌边、塌肩等现象，且横向平整度和侧面的垂直度须保持良好，需要控制水泥混凝土拌和物的最小振动粘度系数和最大坍落度。

不设超铺角的滑模摊铺机，水泥混凝土适宜的振动粘度系数范围为300～500 N/m2·s，适合的坍落度范围为2～4 cm。由于施工中的坍落度会有损失，故配合比设计时的试配坍落度控制在3～5 cm左右。

(3)耐久性

本次滑模摊铺水泥混凝土采用了FNC型混凝土引气抗折增强剂，以提高混凝土的抗冻耐久性。有抗冻、有抗盐冻要求的水泥混凝土路面，规范要求各等级公路滑模摊铺路面混凝土应使用引气剂，根据实际条件，结合黑龙江省的气候状况，混凝土含气量应控制在4.0～5.5%范围内。

关于路面混凝土满足耐久性要求的最大水灰比，规范规定，对于有抗冰冻需要的高速公路、一级公路，水灰比不宜大于0.42；对于有抗盐冻需要的高速公路、一级公路，水灰比不宜大于0.40。

(4)经济性

在满足弯拉强度、工作性、耐久性要求的前提下，需要兼顾水泥混凝土配合比的经济性。一般以单位质量水泥用量获得最大弯拉强度为评价标准。为此，在配合比设计时，采用不同水泥用量、水灰比、砂率进行试配，以找出不同水泥用量、水灰比、砂率、外掺剂用量，所引起的强度变化及含气量的变化规律。确认最佳水泥用量及外掺剂用量。

2 水泥混凝土配合比设计参数

2.1 水灰比

一般根据水泥混凝土的试配弯拉强度、水泥胶砂抗折强度及粗集料种类，采用统计经验公式估算。估算水灰比时还需要考虑并纳入外加剂的减水作用，且同时符合耐久性要求的最大水灰比规定，需要在两者之中取低值。

2.2 砂率

应根据砂的细度模数和粗集料的种类选取，在非硬刻槽的表面抗滑构造下，砂率可提高1～2%，硬刻槽时则无需提高砂率。

2.3 混凝土拌和物单位体积用水量

可按规范规定公式估算，碎石混凝土的单位体积用水量不宜大于160 kg/m3。

3 配合比计算

根据建设部门要求，配合比设计采用正交法(表1)。即以水泥用量为水平，以水灰比、砂率为因素进行组合掺配。掺配组数为9组27个试件，28天后选出满足4项基本要求的一组进行20组的数理统计分祈。满足要求后，此配合比确定为试验室配合比，并按绝对体积法计算各材料用量。其中，水泥密度ρc=3.1 g/cm3，砂表观密度ρs=2.54 g/cm3，0.5～2 cm碎石表观密度ρg=2.749 g/cm3，2～3.15 cm碎石表现密度ρG=2.762 g/cm3。

表1 水泥混凝土配合比组成设计相关数据

4 实拌配合比

滑模施工水泥混凝土的试拌配合比需要通过搅拌楼(拌和楼)的试拌来进行验证及调整，应同时满足滑模摊铺施工的工作性、耐久性、弯拉强度等要求。需要根据料场粗、细集料的含水量、拌和物实测容重、含气量、坍落度及其损失，来调整水泥混凝土粗集料用量、细集料用量、用水量和外加剂掺量，该过程中不得减少水泥用量。

5 施工配合比设计

经搅拌楼实拌调整后的水泥混凝土配合比，在实际施工中，尚需根据季节、天气、运距等的变化，微调外掺剂的用量，以确保水泥混凝土在摊铺施工过程中的振动粘度系数、坍落度等工作性适宜于滑模摊铺，且波动最小。如逢降雨，应根据每天不同时段的气温及砂石料实际含水量变化，细调砂石重量和加水量，其它配合比参数不得改变。当雨天或砂石料状态出现变化时，应强化细节控制，保证水泥混凝土工作性的稳定并满足摊铺要求。

6 主要材料

(1)水泥。采用牡丹江产普通硅酸盐425水泥，其各项指标均满足国家标准规定。

(2)碎石。采用尚志某石场加工的5～20 mm、20～31.5 mm两种规格玄武岩石料。对石料的各项常规指标进行检验，结果满足规范规定的要求。

(3)砂

采用尚志蚂蚁河砂，细度模数Mx=2.81，为中砂，其堆积密度为1 530 kg/m3，表观密度2 548 kg/m3，含泥量小于0.5%，各项指标满足规范及设计要求。

(4)外掺剂

采用FNC高效减水剂，减水率为17%，各项指标满足规范和设计要求。

7 水泥混凝土抗折强度试验

利用正交设计找到最佳配合比，并制作9组共27个小梁试件，进行抗折强度试验。根据强度、经济性和耐久性的要求，推荐最佳配合比为：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、减水剂掺量0.8%、水灰比0.40。

根据滑模摊铺混凝土弯拉强度和绥满高速公路等级，混凝土抗弯拉强度20组的保证率系数应大于0.39。按照最佳配合比制作20组共60个试件，进行数据分析。保证率系数t=1.13>0.39，满足保证率要求。

8 结 论

通过以上对混凝土的弯拉强度、含气量、坍落度等各项指标试验结果，综合考虑经济性、耐久性要求，我们认为水泥用量360 kg/m3、引气减水剂为0.8%、水灰比为0.40、砂率为36%的水泥混凝土配合比能够满足设计及使用要求，并确定该配合比为推荐最佳配合比。