配合比设计方法（共12篇）
配合比设计方法 篇1
沥青混合料配合比设计是指利用工程实际使用的材料,通过室内和室外大量的试验工作,确定出矿料组成级配和最佳沥青用量,使沥青混合料达到最佳效果的过程。下面就已经建成通车的重庆忠垫高速公路上面层SBS改性沥青AC-13C型沥青混合料配合比设计为例作简要介绍。其设计步骤可分为:目标配合比设计、生产配合比设计及生产配合比验证三个阶段。
1目标配合比设计
目标配合比设计是沥青混合料设计的第一步,即先在试验室内进行试验。忠垫高速公路沥青表面层设计为AC-13C型沥青混合料。首先要明白AC-13C的含义,它的全称解释为:粗型密级配沥青混合料,最大粒径16 mm,最大公称粒径为13 mm。
1)材料的选择和试验。沥青:根据气候分区忠垫高速公路选择的沥青标号为A级90号改性沥青。粗集料:选定以华莹山产玄武岩碎石作为上面层粗集料。细集料:忠垫高速公路采用重庆涪陵产石灰岩机砂作为细集料。填料:采用了由垫江当地产的石灰岩加工成的矿粉。
2)根据设计文件的级配范围确定各种矿料的合成比例,见表1。根据各种矿料的筛分级配曲线和级配范围,采用人机对话法,试配出按设计文件要求的接近上限、接近中值、靠近下限三种合成级配曲线。并分别得出不同级配曲线各种矿料的组成比例,见表2。
3)最佳沥青用量的确定。根据经验预估最佳沥青用量为4.9%,取3.9%,4.4%,4.9%,5.4%,5.9%的沥青用量分别与上限、中值、下限三个合成级配。成型马歇尔试件测定毛体积密度、计算空隙率、矿料间隙率、有效沥青饱和度等体积参数,测定马歇尔稳定度和流值,采用计算法计算混合料的理论最大密度。本文以合成级配为中值作为例子,对最佳油石比的确定方法作出说明。
根据试验结果,求出相应密度最大值a1的沥青用量5.06%,稳定度最大值a2的沥青用量为4.90%,目标空隙率为5%时a3对应沥青用量为4.58%,沥青饱和度中值a4的沥青用量4.83%。据公式:OAC1=(a1+a2+a3+a4)/4=4.82%。
以密度、稳定度、流值、目标空隙率、沥青饱和度均符合要求的沥青用量范围,OACmin为4.50%,OACmax为5.05%计算:
在此基础上以OAC1和OAC2的中值计算最佳沥青用量OAC为:OAC=(OAC1+OAC2)/2=4.8%。
用上述同样方法分别对接近上限和接近下限的另外两个掺配比例,成型不同沥青用量的马歇尔试件:获得上限合成级配的最佳沥青用量为5.1%,下限合成级配的最佳沥青用量4.6%。沥青用量为5.1%时,沥青用量偏大,且细集料所占比例较大,混合蠕动性能较差。当沥青用量为4.6%时,由于粗集料所占比例高,施工时易产生离析,平整度及压实质量无法保证。综上所述,最后选用4.8%沥青用量和合成级配曲线接近中值的掺配比例拌制沥青混合料及成型马歇尔试件。
结果表明:当沥青用量为4.8%时,各项技术指标满足现行施工技术规范和设计文件要求,从而确定目标配合比的最佳沥青用量为4.8%。
4)对沥青混合料性能的检验。高温稳定性检验:按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0719规定的方法与试验条件进行标准车辙试验测得的动稳定度为4 147次/min,满足施工技术规范和设计文件要求。水稳定性检验:按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0709,T0729规定的方法与试验条件进行残留稳定度及冻融劈裂试验测得的残留稳定度为97%,残留强度比为85.7%,满足现行施工技术规范和设计文件要求。渗水系数及低温抗裂性能均满足现行施工技术规范和设计文件要求。
5)目标配合比组成及合成级配。据以上各项试验结果得出了忠垫高速公路LM2合同段SBS改性沥青上面层AC-13C型目标配合比结果如表3,表4所示。
经过以上一系列过程,我们便完成了配合比设计的第一步工作,即目标配合比设计。
2生产配合比设计
在目标配合比确定之后,必须利用工地施工现场实际到位的沥青搅拌设备进行生产配合比设计。忠垫高速公路使用的是日本田中LMP-3000型间歇式沥青拌楼。生产配合比设计阶段主要解决的两个问题是:热料仓的配料比例和生产配合比的沥青用量。
2.1热料仓的配料比例确定
根据AC-13C的级配范围要求,选用19 mm,10 mm,5 mm,3 mm四层振动筛。按目标配合比的比例上料,反复调整各种冷料仓的流量,使热料仓的各种料比例大致接近目标配合比,使冷热料平衡不出现溢料和等料现象。并将除尘设备开到正常情况。在这两种状态下取热料进行试验。取料时宜按粒径从大到小放热料。每种热料放两次取第二次的,用装载机在下料口接后倒在平地上,从不同部位取有代表性样品经分料器缩分后送回试验室备用。根据各种热料的筛分级配曲线结果,按目标配合比的级配曲线,采用人机对话法,用EXCEL计算出各种热料仓的组成比例及合成级配(见表5)。
2.2生产配合比最佳沥青用量的确定
生产配合比最佳沥青用量确定和目标配合比最佳沥青用量确定的方法没有大的区别,只是用的是热料仓的材料。分别成型目标配合比的最佳沥青用量及±0.3%最佳沥青用量,得出各种参数后,取毛体积密度最大值a1、稳定度最大值a2及沥青饱和度中值所对应的油石比a3,取a1,a2,a3三个数值的平均值作为生产配合比的最佳沥青用量。通过上述方法得到了生产配合比最佳沥青用量。用已确定的最佳沥青用量和热料仓掺配比例试拌沥青混合料,进行各种相关试验,测参数是否满足设计,否则还应做相应的调整。生产配合比阶段得到的试验数据见表6。沥青用量与毛体积密度、稳定度及沥青饱和度关系如图1~图3所示。
这一阶段值得注意的几个问题是:1)在体积指标计算时应采用热料仓中的料重新测各种热料的密度。2)拌合楼在安装完成后必须经计量单位检定合格后才可使用。3)对检测沥青含量的各种设备应进行空白试验标定,提高检测的准确性。这一点对于沥青拌合楼油石比的控制很重要。
经过室内试拌最后得出了忠垫高速公路沥青上面层的生产配合比如表7所示。
到此完成生产配合比的设计过程。
3生产配合比验证
此阶段即为做试验段。通过铺筑试验段对生产配合比进行验证的同时,也是对全套施工设备的能力和施工组织工作进行全面的检验。首先选定了有代表性的施工路段作为试验段,试拌前通知了业主、监理单位和相关人员到场。拌合楼按选定的生产配合比进行了试拌,在场人员对混合料的级配和油石比发表了意见。大家都认为按生产配合比拌制出来的混合料均匀一致、色泽光鲜,具有很好的蠕动性能,可以用此混合料在试验路段上试铺。施工过程中进一步观察了混合料摊铺、碾压过程和成型后路面的状况,试验人员取有代表性混合料进行各种试验,并在施工次日进行了试验段验收。所有检测项目均满足设计要求,试验段所得到的各项数据可以指导大面积生产。忠垫高速公路通过试验段验证得出的标准配合比为:1号仓∶2号仓∶3号仓∶4号仓∶矿粉∶沥青=22%∶35%∶12%∶25%∶6%∶4.8%。
摘要：结合工程实例,从目标配合比设计、生产配合比设计及生产配合比验证三个阶段,阐述了沥青混合料的配合比设计方法,并总结了配合比设计过程中的注意事项,使沥青混合料达到最佳的配比效果。
关键词：沥青混合料,配合比,热料仓,油石比
配合比设计方法 篇2
为了进一步加强混凝土的耐久性，就需要从混凝土的配合比设计着手，通过一系列的检测方法以及计算手段，充分考虑混凝土耐久性的实际影响，从而得到最佳的设计效果。
关键词：
混凝土;设计：配合比;检测方法
原有的混凝土的基本配合比已经不能够满足工程的结构强化、混凝土抗风性、抗腐蚀性等性能提升的需要了，并且国家所颁布的相应条例中也强调了混凝土配合比设计中要提升耐久性的要求，所以在混凝土配合比设计中需要进一步综合相关设计因素，比如说环境以及材料质量、使用年限等，保证其耐久性，完善混凝土的相应结构。
1.目前混凝土配合比设计在耐久性方面的体现
混凝土作为丁程建筑之中最为重要的材料，优化混凝土配合比设计能够在较大程度上实现建筑结构的强化。目前很多建筑工程因为混凝土配合比设计不能够满足耐久性的要求，造成了混凝土迅速老化、钢筋出现腐蚀以及卅锈等现象，不能够保障工程建筑物的使用安全，一旦整个建筑结构因为耐久性程度较低而结构开裂，那么会对人们造成很大的安全隐患与威胁，所以需要加强对混凝土配合比的重视程度，才能够最大程度上提升其耐久性。
2.分析影响混凝土耐久性方面配合比设计的影响因素
混凝土在配合比设计过程之中主要需要考虑以下几种因素，首先就是不同的用途要求，需要实现不同的配合比设计，来满足不同的用途要求。其次影响混凝土耐久性的重要因素就是使用的材料，具有耐久性的混凝土材料通常都是一种人工符合材料，所以材料的质量也会直接影响配合比设计。还有配合比设计探究方式，检测方式都是目前混凝土耐久性方面配合比设计的影响因素，只有在明确影响因素的前提之下，才能够更加有针对性进行耐久性混凝土配合比设计的实际探究。
3.优化混凝土配合比设计提升耐久性的具体措施
3.1 提升材料的基本质量
混凝土在配合比设计之中的基础与关键是基本材料，只有从根本上提升材料的质量，才能够为优化混凝土的配合比奠定相应的基础。选用材料的基本原则除了需要适用于工程之外，最好能够最大程度上实现材料资源的合理化配置，实现就地取材的同时，也能够加强技术方面的配置，为增强整体混凝土配合比的优化，提升耐久性奠定基础。
3.2提升试验次数与试验质量
试验同时也是在优化混凝土配合比设计之中不可或缺的一环，所以在混凝土配合比设计过程之中需要遵照《普通混凝土拌合物性能试验方法》、《普通混凝土力学性能试验方法》以及相关标准等为依托进行实验，比如说在水灰比的实验过程之中，需要提升混凝土的和易性，所以需要测试W/C的自身数值，不同的数值变化可以现实处水灰比的基本性能，别说数值呈上升趋势时，水灰比比例往往较好，不仅仅能够在较大程度上提升吸水率与吸水程度，并且在一定程度上提升混凝土的基本抗压强度。所以提升试验次数与试验质量不仅仅能够为混凝土配合比设计的优化奠定相应的基础，同时也为其提供大量的设计数据，提供相应的指标，实现对于基本材料以及数值的相关计算。
以砂率的计算为例，砂浆在混凝土的配比中占有重要的位置，作为混凝土的拌合物中的重要成分，合适比例的砂浆不仅仅能够加强混凝土基本的润滑作用，同时也能够实现拌合物粘性，虽然从理论角度上进行研究发现，水量一定的同时，砂率越大而混凝土的流动程度以及润滑性能往往越高，但是在当砂率突破了一个范围或者一个值的时候，砂率增加其性能反而降低，并且出现了保水性降低等多种问题。所以实验的关键性也在于此，不仅仅需要通过试验找到砂率的最优值，同时也能够从科学理论的角度找出砂率的应用范围，从而能够明确砂率的应用特点，以此实现混凝土配比的优化设计。
另外从主体原料与试验方法角度上进行分析，也可以通过更换不同的主体材料，来测试混凝土的配合比上能否提升其相应的耐久性，比如说自由水灰比、这样能够通过实验水与水泥的比例，来加强其配合比的设计，测试不同骨料的吸收能力，还可以通过正交实验法等，实现优化设计，计算吸水率与吸水量，从而提升实验质量。所以在优化混凝土配合比的过程之中，其关键与核心还是试验进行的结果与所获取的数据，只有加强了实验与理论性的研究，才能够更好地进行混凝土配合比的良好设计。
3.3注重混凝土配合比设计参数的有效运用
事实上影响混凝土耐久性的因素不仅仅有环境因素、内部结构因素还有施工因素等综合作用，但是在配合比的设计过程之中仍然需要加强对于配比设计参数的分析与了解。所以整体能够加强混凝土耐久性的实际因素包括水胶比，掺合料的相应种类及数量，以及相关的用水量等，丰富实验设计方式，加强体积模型的相应建立，充分考虑混凝土配合比设计之中的多种因素，实现参数设计的联系性。
在研究混凝与的水胶比与强度还有氯离子的扩散系数关系时，也需要加强设计参数的有效运用，往往氯离子扩大系数大于一千的同时，饱盐混凝土电导率也会大于两千，基本渗透性评价较高，在这一混凝土中其水胶比的基本参数保持在零点六零及以上，其强度也能够保持在三十及以下。所以合理进行混凝土配合比设计参数的有效运用，能够实现对于相关材料扩散系数应用和试验结果应用的有效深化。
4.结语
在混凝土配合比设计上，耐久性一直是设计过程之中所追求的主要发展目标，除了要认识耐久性提升的重要意义之外也需要加强实验与理论方面的相应研究，比如说提升试验次数与试验数量、注重混凝土配合比设计参数的有效运用以及提升材料的基本质量等，才能够从根本上促进混凝土配合比的发
参考文献
改性沥青混合料配合比设计浅析 篇3
关键词：SBS沥青混合料配合比设计浅析
聚合物改性沥青属于技术含量及附加值颇高的新型优质筑路材料。它是在用于混凝土道路施工的沥青原料中掺加聚合物，以延长道路使用寿命，降低噪声，改善道路使用性能，使行车更加安全舒适。
1 SBS改性沥青概述
SBS改性沥青是根据2.5%、3.0%、4.0％的配比要求，将SBS改性剂掺入原有基质沥青（AH-70）原料中，与沥青原料相比，掺入SBS改性剂后，沥青材料的高温粘度、软化点以及路面的高温稳定行、耐久性都有显著的提升。在对SBS改性沥青进行室内试验，结束生产后在现场直接进行了关于其技术指标的试验，试验结果证明，按照3.0%的比例要求在沥青原料中掺入SBS的改性沥青，针入度、软化点等指标都符合施工规范，可在沥青混合料的配合比设计中采用这种沥青材料。
2 SBS沥青混合料的配合比设计
施工人员必须按照材料要求、工艺流程、质量控制标准和质量控制措施等要求设计混合料配比，以确保取得预期的施工效果。
2.1 原材料要求
2.1.1 粗集料
应参照粒径规格及其质量规定选用碎砾石、碎石作为改性沥青混合料面层的粗集料，基本要求如下：①粗集料的强度、硬度必须符合设计要求，且要保持干燥、洁净、无有害杂质、无风化。②颗粒形状要饱满，破碎砾石用于高速公路、一级公路时，必须通过大砾石完成破碎，同时保证破碎面超过两个。③最好选用硬质岩作为抗滑表层粗集料。因为若是以粘接力为准进行比较，硬质岩石和沥青之间的差别很大，而沥青和粗集料的粘附力必须在4级以上。对于3－5mm 石屑部分因为其含量不高，有助于沥青混合料嵌接结构的形成，因此最好采用硬质岩石屑（玄武岩）。
2.1.2 细集料
施工中，可将天然砂或人工砂作为细集料使用。沥青路面面层的细集料最好是人工砂，并确保其干燥、洁净、未掺入有害杂质、不存在风化现象，有适当的颗粒组成，并与改性沥青有良好的粘附性，多半天然砂都是中粗砂，形状圆滑、质量变化较大，和沥青没有较强的粘附性能，这会在很大程度上对沥青混合料带来不利影响。在高速公路、一级公路沥青混合料中，所含天然砂最好在20％以下，也可以用规格为0-3mm的石屑粉来替代天然砂。
2.1.3 填充料
改性沥青混合料面层所用的填料必须干燥洁净，而且要保证填料的质量。
①强基性岩石等增水性石料经磨细后得到的干燥洁净的矿粉，可作为改性沥青混合料的填充料，切记采用混合料生产中干法除尘的回收粉作为填充料。②如果填料为石灰粉和水泥，则其用量最好在矿料总量的2%以下。③不要用混合料生产排放的回收粉作为沥青表面层施工的混合料，如果塑性指没有达到4，且亲水系数在0.8以下，则根据试验可使用一部分，回收粉用量每盘不能大于矿粉总量的四分之一。
2.1.4 SBS改性沥青技术要求
项目 指标
针入度25℃，100g，5s(0.1mm) 最小60
针入度指数PI 最小『1』 －0.2
延度5℃，5cm/min(cm) 最小30
软化点TR&B (℃) 最小55
含蜡量(蒸馏法)（％） 最大3
运动粘度135℃（Pa.s） 最大『2』 3
闪点(℃) 最小 230
溶解度(%) 最小 99
离析，软化点差(℃)最大『3』 2.5
弹性恢复25℃(%) 最小 65
旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）后残留物『4』
质量损失(%) 最大 1.0
针入度比25℃（％） 最小60
延度5℃（cm） 最小20
注：①针入度指标PI由15℃、25℃、30℃等超过3个的温度的针入度，根据公式1Gp=AT+K进行线行回归的计算，然后计算出A通过下式求得，而直线回归的系数R必须大于等于0.997。PI=(20-500A)/(1+50A)②根据公路施工中提到的“沥青粘度测定法（勃洛克菲尔德粘度计法）”来测定表中的135℃运动粘度。如果改性沥青物理力学性质不发生改变，且温度条件满足安全生产的要求，则易于泵送、拌和。试验表明，泵送、拌和的温度如果能适当提高，就可以确保改性沥青的质量，且施工起来比较方便，可省去测定这一步骤。如果条件允许，可通过毛细管法对60℃时的改性沥青的动力粘度进行测定。③现场制作改性沥青并马上投入使用，或在贮存时定期搅拌或泵送循环时，可不考虑离析试验指标。④利用旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）方法来开展老化试验，或者进行薄膜加热试验(TFOT)，如果采用后者，就要在报告中体现出来，但不能将其视为仲裁结果。
2.1.5 SBS改性沥青试验中应注意的问题
①试验样品的取样
开展公路施工时，必须逐车检查进场的改性沥青。检验人员要均匀取样，应该去其中代表性较强的样品进行检测。加热所有试样，所需的试模也要一次浇满，注意不要重复加热使用。浇模最低温度为160℃，浇模以及制备混合料前，试样一定要先搅拌均匀。
②进行软化点试验时，可根据试验要求对试样进行加热，使试样充分流动为止，然后进行试样环的浇筑，而且为获得准确的实验结果，必须采用这种方法浇筑试样环。
2.2 沥青混合料配合比设计
2.2.1 级配
应采用贝雷法来确定沥青混合料配合比，选择级配时，AC-13I型混合料不到2.36mm的筛孔通过量可取级配下限以使其密实、嵌挤。
2.2.2 粉料比
含量不足0.075mm的粉料，会在很大程度上破坏沥青混合料体积指标及道路使用性能，混合料级配中小于0.075mm的含量一定要将粗集料自身所含粉尘部分作为分析的对象。沥青含量应大于矿粉含量，小于0.075mm部分和沥青含量之间的比值，也就是将粉料比控制在1－1.2的范围，沥青面层混合料矿粉含量不应超过4.5－5％的范围。
2.2.3 混合料技术指标
为进一步改善沥青路面性能，表面层沥青混合料应该符合泌水条件，同时要避免超密现象的产生，所以，应该严格限制沥青混合料的体积指标，以下为详细的数据：
试验项目 技术要求
击实次数 (次) 双面各75
沥青混合料的理论最大相对密度 以实测法为准
稳定度（KN） ＞7.5
流值 (0.1mm) 20－40
空隙率AV （％） 3-6
饱和度VFA （％）70－85
矿料间隙VMA （％） 根据最大粒径参照规范
击实温度 （℃）160
残留稳定度（％） ＞80
车辙试验动稳定度（次/mm）＞2000
2.2.4 注意事项
改性沥青混和料的施工设计必须考虑下列问题。
①可参照沥青胶结料的粘温关系曲线及改性沥青路面施工要求来确定混和料拌合、击实的温度，拌合温度和击实温度都要和拌合厂拌合和现场碾压的温度相同。温度要求如下所示：
改性沥青的试验和施工温度：
温度密级配沥青混合料
拌合温度 大于等于160℃
初压温度 大于等于150℃
复压温度 大于等于140℃
终压温度 大于等于120℃
②进行试验取样以及现场拌合的过程中，必须确保沥青胶结料的均匀性施工设计规范，将胶结料制作好以后拌合均匀，然后开始取样及制备混合料。
③测定的混合料体积指标时，得到的结果必须是相同的，同时利用表干法测定密级配沥青混合料试件密度。
④以下是改性沥青混合料的水稳定性指标：a通过“沥青混合料马歇尔稳定度试验”对48h浸水马歇尔稳定度试验残留稳定度进行测定，其数值必须在80%以上。b通过“沥青混合料冻融劈裂试验”对劈裂强度进行测定，强度比至少为80%。
3 结束语
目前，很多施工项目已开始推广应用SBS改性沥青，其市场前景相当广阔。希望通过以上对SBS改性沥青在配合比设计中的分析能对大家有所帮助，望各位同仁提出宝贵意见。
参考文献：
[1]公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ052-2000.北京：人民交通出版社，2000.
[2]吕伟民.沥青混合料设计原理与方法.上海：同济大学出版社，2000.
开普封层配合比设计方法分析 篇4
1 碎石封层配合比设计方法
碎石封层的设计方法有经验配比法和理论计算法两类。工程实践中多采用经验配比法和理论计算法相结合的方法进行设计,在设计时尽可能考虑多种因素,尤其要充分考虑沥青结合料的用量对施工质量的影响,另外要根据线路交通量、原有路面状况、施工技术、外界环境及时对设计方案进行调整。
1.1 经验配比法
经验配比法最早出现于美国,其道路工程学者们提出碎石封层是“不可设计”的理论,认为在施工过程中应根据工作经验以及工程实际,在一定范围内确定材料撤布率[3]。
(1)碎石用量的要求。碎石封层首先必须保证混合料中的碎石完全覆盖,当碎石用量较少的情况下,会造成沥青液面抬升高度不够,影响沥青对碎石的裹附高度,最终造成碎石的固定能力降低,碎石颗粒容易产生脱落,这将对封层的使用效果造成很大影响。根据相关规范要求,碎石用量如表1所示[4]。
乳化沥青用量要求。乳化沥青的合理用量应保证将碎石稳定地固定于摊铺层上,且不能产生泛油病害。要实现这一目标,必须保证碎石封层路面经反复碾压后,沥青将碎石裹附超过三分之二。
一般而言,乳化沥青的合理用量与碎石的粒径有较大关系,碎石粒径的变化,会导致乳化沥青液面被抬升的高度产生变化。经多次施工试验,得到用于上封层或磨耗层的碎石按不同粒径所对应的乳化沥青用量如表2所示。
沥青用量q可按经验取碎石最大粒径D的十分之一,单位为L/m2。且可以看出沥青的用量与沥青的种类和比重无关。
1.2 理论计算法
碎石封层常用的理论计算法有Mcleod方法、汉森和杰克逊理论法等。
1.2.1 Mcleod理论计算法
Mcleod理论计算法设计步骤:
(1)集料用量采用式(1)计算:
式中:C—集料用量,kg/m2;
V—松散碎石的空隙率,%;
H—碎石平均最小尺寸,mm;
G—碎石毛体积密度,kg/m3;
E—碎石损失系数,%;
K—碎石散布率,%。
(2)沥青用量采用如下的公式计算:
式中:B—沥青结合料沥青用量,(kg/m2);
H—集料层的平均高度;
T—交通量修正;
V—松装集料的空隙率(%);
S—表面情况修正系数,(kg/m2);
A—集料吸附系数,(kg/m2);
P—路面硬度修正系数,(kg/m2);
R—乳化沥青中沥青的含量,%(采用热沥青时,R=1)。
(3)碎石平均最小尺寸采用式(3)进行计算:
式中:H—碎石平均最小尺寸,mm;
M—集料的中间粒径,mm;
FI—碎石针片状指数。
工程实践中,碎石封层参照碎石下封层施工经验进行设计,主要对碎石尺寸中值M、碎石针片状指数(FI)、碎石平均最小尺寸、交通量修正因子、碎石损失系数等参数进行设计,设计时应充分考虑工程差异。
1.2.2 汉森和杰克逊理论法
新西兰学者汉森与杰克逊在研究了碎石撒布与反复碾压后孔隙的不同,并综合在行车荷载作用下碎石会产生定向排列的情况,共同提出了此方法。汉森通过研究碎石受车辆荷载作用影响情况,得出在竖直方向最易形成最短的断面,并首次提出了碎石平均最小尺寸(ALD)的概念[5]。通常情况下,碎石平均最小尺寸越大就会使碎石之间嵌挤作用越明显,并产生较深的纹理构造,同时也会增加粘结料的用量。
2 稀浆封层和微表处混合料设计方法
2.1 稀浆封层和微表处级配范围
目前,我国稀浆封层和微表处矿料级配范围值是以ISSA为标准制定的,其要求如表3所示。
2.2 材料的用量
稀浆封层和微表处设计的关键是选择合适的集料并确定合理的用量。由于稀浆封层和微表处是在路面的表层,直接承受车辆荷载的作用,其表面应粗糙且耐磨,故对所选集料的耐磨耗性能要求非常高。工程实践表明,集料质量指标中最重要的是洁净程度(砂当量),工程应用中必须保证砂当量,含泥量高的碎石和石屑会在雨水作用下迅速剥落破坏。我国单层微表处和稀浆封层通常的材料用量范围分别如表4、表5所示。
根据微表处的大量工程实践经验,MS-3型单层摊铺厚度通常采取8~10mm厚,MS-2型微表处单层摊铺厚度大多采用4~7mm厚。微表处摊铺量一般会因摊铺厚度、集料密度等参数以及摊铺机械的差异而有较大区别,但总体而言矿料用量一般在15~22 kg/m2范围内。目前,我国对MS-2型微表处的应用并不多,因此我国矿料用量范围一般是在国际稀浆罩面协会提出的5.4~10.8kg/m2范围内进行适当调整。国际稀浆罩面协会微表处技术指南规定,微表处混合料油石比取值在5.5%~9.5%范围内,后来协会对油石比范围进行了修订,将范围扩大为5.5%~10.5%。通过国内众多微表处混合料设计及其大量工程实践应用可知:MS-3型级配油石比取值通常在6.0%~7.5%范围内[6]。
2.3 稀浆封层和微表处混合料的配合比设计步骤
(1)原材料的准备。配合比设计的第一步应是对所用材料进行相应性能试验,确保质量达标。
(2)选择级配。按表3确定矿料的级配范围,计算粒径集料的配合比例。
(3)初选试验。试验前首先由理论和经验计算结果确定乳化沥青、填料等材料的用量,然后在规定试验温度条件下进行拌和试验及粘聚力试验。
(4)初步确定配合比。根据试验结果,选择合理的配比,按规范要求进行性能试验。若试验结果不达标,则对各种材料的配合比例进行调整,重新进行试验,直至结果满足要求为止。
(5)确定沥青用量范围。将初选混合料配方按照要求进行重复试验,然后将1h湿轮磨耗值与油石比及砂粘附量与油石比的关系用表格画出,如图1所示,最后以磨耗值满足要求时所对应的沥青用量作为最小沥青用量Pbmin,以砂粘附量满足要求时所对应的沥青用量作为最大沥青用量Pbmax,即得出沥青用量的可选择范围[7]。
(6)选择沥青用量。对微表处混合料,选择范围内的沥青用量检验混合料的浸水6d湿轮磨耗指标,以车辙填充的增加检验负荷车轮试验的宽度变化率指标来确定沥青用量。
(7)确定混合料配方。根据配合比设计试验结果以及工程实践经验,并结合当地气候及交通情况确定最终的混合料配方。
3 结语
针对农村路面等低等级公路的升级改造,采用开普封层是一个不错的选择。为了保证开普封层的效果,必须分别达到碎石封层和稀浆封层或微表处的性能要求。对碎石封层采用经验配比法和理论计算法确定最佳材料用量;对稀浆封层和微表处参考国际稀浆罩面协会等国内外设计规范,设计合理的混合料配合比,并提出了稀浆封层和微表处混合料的配合比设计步骤,以期为工程实际提供参考。
参考文献
[1]李纯,何兆益,闫东波.开普封层在农村公路中的应用探讨[J].公路,2007(12):129-131.
[2]谢贻飞.橡胶沥青开普封层技术的应用研究[J].黑龙江科技信息,2013(15).
[3]王新增.cape封层技术在国外的发展和应用[J].国外公路,2000(5).
[4]中华人民共和国交通部.JTG E42-2005公路工程集料试验规程[S].北京:人民交通出版社,2005.
[5]Mansour S.Evaluation of the CAPE seal processes as a pavement rehabilitation alternative[R].AUITIN,Cen-ter for Transportation Research Bureau of Engineering Research,1998.
[6]傅香如.稀浆封层和微表处施工技术研究[D].西安:长安大学,2006.
隧道湿喷砼配合比设计探讨 篇5
由于隧道湿喷砼配合比设计没有具体的规范可以参照,目前只能参考经验配合比,配合比设计过程不能规范统一.本文以石鼓隧道为工程背景,对隧道湿喷C20砼配合比设计的整个过程进行了探讨,并得到了较优的配合比,为同类隧道湿喷砼配合比设计提供参考.
作 者：闵娟 罗发胜 曾永军 作者单位：广东省长大公路工程有限公司,广东,广州,511431 刊 名：中国新技术新产品 英文刊名：CHINA NEW TECHNOLOGIES AND PRODUCTS 年，卷(期)：2010 “”(11) 分类号： 关键词：隧道 湿喷砼 配合比设计 参考
普通混凝土配合比设计及试配 篇6
摘要:针对预拌混凝土企业确定混凝土配比时“重设计、轻试配”的现状,结合配合比设计的条件要素,从混凝土配合比设计、试配、调整三个方面,系统阐述预拌混凝土配合比设计的全过程,突出强调了试配的重要性,进一步明确预拌混凝土配合比设计是在经验、理论指导下的实践性过程。
关键词:预拌混凝土配合比 设计 适配 调整
0 引言
配合比设计是实现预拌混凝土性能的一个重要过程,也是保证预拌混凝土质量的重要环节。目前,市场上有不少
预拌混凝土生产企业配合比的确定比较随意,表现在对试配工作的重视程度不够,不经试验确定配合比,纯凭经验确定配合比,想当然确定配合比,不能够根据原材料变化情况和用户 要求确定混凝土配合比。本文针对上述状况,结合本人实践经验,系统阐述预拌混凝土配合比设计并重点讲述混凝土试配过程。
1 配合比设计的条件要素
混凝土配合比设计的条件要素包括:工程信息资料、工程技术要求、原材料质量情况、环境条件、搅拌站的生产数据和经验积累等。
1.1 任何预拌混凝土都是为工程及工程施工服务的,配合比的设计必须满足工程要求。除满足强度要求外,还必须满足工作性的要求。此外,为保证混凝土工程的安全性、耐久性,还必须满足相应技术规程、规范、标准的要求。
1.2 目前预拌混凝土市场发展迅速,市场上原材料供应紧张,原材料来源复杂,混凝土配合比的设计必须针对原材料实际状况而确定,并能根据原材料波动情况及时作出配合比调整。
1.3 环境因素一般包括温度、湿度、交通状况等。不同的环境条件对配合比设计的要求不同,如夏季施工,由于气温较高,混凝土表面水蒸发速度较快,应考虑防止预拌混凝土干缩裂缝和混凝土坍损过大,这就要求在配合比设计时适当降低砂率,降低砂率可加快现浇混凝土表面水析出速度,以平衡混凝土表面水蒸发速度,防止干缩裂缝。同时,降低砂率还有利于减少坍损。
1.4 建立企业质量数据库 配合比设计计算是整个预拌混凝土配合比设计的第一步,配合比设计计算,就是在掌握资料的基础上,根据一些理论、规范经验等选取一些参数,计算各种成分的用量。所以从设计计算的概念上,我们就可以看出经验数据积累的重要性。任何参数的选都取都是以经验积累为参照的,同时,计算出来的配合比经过试配后,配合比的调整乃至最终确定,也必定依据经验积累的数据为参照。
2 试配应采用工程中实际使用的原材料
混凝土配合比的设计一般经历三个阶段,即设计计算、试配、调整。混凝土配合比的设计计算在《 普通混凝土配合比设计规程》(JGJ/T55-96)中有详细的表述,这里不加阐述。在《普通混混凝土配合比设计规程》中有关试配、调整的内容表述得较少,而试配又是混凝土配合比设计中最重要的环节。这就要求试配所用原材料一定要有代表性,为保证试配结果对实际生产的指导意义,试配所用原材料必须要有代表性,则试配所用原材料的取样必须要有代表性。
2.1 取样的代表性 在料堆上取样,因为影响取样代表性的因素太多,(例如:料堆的大小、堆料的方向、自然环境因素、人为因素),个人比较赞成试配所需材料最好在输送过程中连续均衡取样。
2.2 样品取好后,应根据需要进行制样 制样必须注意两点,一是样品能真正代表原材料,二是样品必须具有高度均匀性。常用的制样方法为四分法。
2.3 所有原材料,都必须严格根据国家标准检验后,才能根据检验结果计算配合比,进行试配。当然,在实际工作中,可能来不及等所有原材料检验结果出来以后,就要进行试配,那么,作为试配方案确定的人员,就要注意收集原材料统计数据,着重做好下面的工作:
2.3.1 日常收集原材料供应商的检验、试验报告。
2.3.2 建立企业自身对原材料检验的数据库,对各供应商供应的原材料要建立独立的分析台帐,并根据统计、分析结果,定期评价供应商检验报告的可靠性和准确程度,供应商检验报告长期可靠、准确的在混凝土配合比设计计算时,报告结果可直接应用。
2.3.3 对定点供应的水泥,要掌握水泥的强度增长规律,并能用回归分析法依据水泥早期强度推定水泥的28天强度。
3 试配前的调整
在混凝土强度试验的配合比确定过程中,必须根据混凝土配合比设计条件要素,正确选取水灰比,砂率、用水量等,称之为试配前调整。
3.1 根据原材料状况选择合适的参数,进行配合比设计在《普通混凝土配合比设计规程》中,就参数的选取,有一些规定,这些规定,也是根据生产实践中的经验得来的,可直接使用,例如:
在用水量的确定上,采用细砂时,每立方米混凝土用水量可增加5-10kg,采用粗砂时,则可减少5-10kg,对流动性、大流动性混凝土的用水量,以坍落度90mm的用水量为基础,按坍落度每增大20mm,用水量增加5㎏.对砂率的选取有下列规定:①对细沙或粗砂,可相应地减小或增大砂率。②对单粒级粗骨料配制混凝土时,砂率应适当增大。③对薄璧构件,砂率取偏大值。
上述内容,均为规程中根据原材料状况,对配合比设计参数的选择进行确定,日常生产中碰到的情况,往往要复杂的多,这就要求我们根据原材料检验结果,综合考虑各方面因素,做好设计参数的选择,对能够根据原材料检验结果来确定的参数,一定要先检验后确定参数,以确保配合比计算结果的可靠性。
3.2 日常做好影响混凝土性能(包括强度)的敏感因素分析 当原材料质量特性发生变化时,要分析其对混凝土性能有无影响,影响大小。对影响较大的因素,可采用回归分析法,确定原材料特性值的变化对混凝土性能的影响,具体到混凝土配合比设计计算时,就是原材料质量特性值对设计参数选取时的影响。以设计参数为因变量,原材料某一质量特性值为自变量(假设其它因素相对稳定情况下),建立相应函数关系。无明显函数关系或找不出函数关系,但对混凝土性能影响较大的特性值,其与设计参数的关系也可用数据列表的形式表示。
通过上述手段,使我们能够合理估算某一因素的变化对混凝土性能的影响,并作出相应设计参数选择的调整。
3.3 正确认识试配前的调整
3.3.1 试配前调整是经验性调整 试配前调整是以经验、数据积累为基础的调整。
3.3.2 试配前调整是趋势性调整 当我们确定某一条件要素发生变化时,必须计算这种变化对混凝土性能的影响,设计计算时,就要合理选择参数,以消除这一因素变化,对混凝土性能的影响。
3.3.3 试配前调整,是定性调整 我们能够对某种因素(在其它因素不变的情况下)的影响做定量分析,做定量分析只是调整过程中的一个手段。但实际上,各种因素之间是相互影响的,混凝土性能是否符合设计要求,也是各种因素共同作用的结果,必须以试配的结果为验证,所以试配前的调整是定性的调整,最终参数的选择还必须以试配结果为确定。
3.3.4 试配前调整,不能代替试配后的调整,更不能代替试配。
3.4 用16-35mm单粒级石子配制泵送混凝土的试配前调整举例 在预拌混凝土生产企业,由于市场原材料供应紧张,或因其它方面的原因,造成只能用单粒级石子生产泵送混凝土的情况较多存在,与使用连续粒级石子生产混凝土相比,使用单粒级石子混凝土配料易造成:
3.4.1 混凝土强度偏低;
3.4.2 混凝土和易性、保水性较差,易造成混凝土离析;
3.4.3 混凝土流动性、可泵性较差。
针对上述情况,配料时应作如下调整:①依据各企业自身的生产试验、统计数据,来提高单方混凝土的水泥用量,降低水灰比。②提高砂率使用单粒级混凝土配料,由于粗集料间的空隙率较大,必须提高砂率,用较多的砂浆来填充粗集料间空隙,以保证混凝土的密实性和流动性。③提高砂浆稠度。由于16-35mm单粒级石子,自重较大,容易下沉,必须提高砂浆稠度,以增加对石子的下沉阻力,防止混凝土离析、泌水。④控制好混凝土坍落度。混凝土坍落度过大,更易离析泌水。⑤选择合适的外加剂用量,通常,预拌混凝土生产企业使用的外加剂是复合型外加剂——减水缓凝泵送剂,所以在外加剂的用量上,必须综合平衡减水、缓凝、增稠这三项功能,最大限度满足实际工程要求,用单粒级石子配料时的外加剂用量,要首先满足混凝土工作性的要求。在满足工作性要求的前提下,考虑最大限度满足减水要求(强度要求)。
4 试配时的拌和方法必须与生产实际相吻合
实践表明,混凝土搅拌方法,对混凝土的性能具有一定的影响,特别对混凝土坍落度和坍落度损失影响较大。
预拌混凝土的搅拌方法通常分为一般加水法和分开投料法。分开投料发又分为一次加水法和二次加水法。
目前,预拌混凝土搅拌站采用不同商家设计开发的生产控制软件,往往具有不同的搅拌方法,这就要求我们在试配时,必须熟悉自身搅拌站的搅拌方法,然后据此制定试配的搅拌方法,选择与实际生产方法相吻合的试配搅拌方法。
5 试拌及强度试验
按计算的混凝土配合比首先进行试拌,检查拌和物的坍落度和工作性。当坍落度和工作性不能满足要求时,应在保证水灰比不变的条件下,相应调整用水量和砂率,直到符合要求为止,可以确定此时配合比为强度试验基准配合比。
混凝土强度试验至少采用三个不同配合比,一为基准配合比,另外两个配合比的水灰比,宜较基准配合比分别增加或减少0.05,其用水量与基准配合比基本相同,砂率分别增加或减少1﹪.
至于每次试配的试块组数,应该说在条件(材料、时间、人力)许可的情况下,多多益善,因为强度试配试块组数越多,试配结果的可靠性越大,在强度试配试块组数的选择上,应尽量满足数据统计分析和强度检验评定的要求:
5.1 根据28d强度,统计3d、7d强度增长率;
5.2 分别计算3d、7d、28d强度的标准偏差及强度变异系数;
5.3 采用回归分析法,找出用3d强度推导28d强度的公式;
5.4 根据GBJ107《混凝土强度检验评定标准》,对试配的结果进行强度检验评定。
6 混凝土配合比试配后调整
一次性试配的结果,不一定能达到预期的效果,这就要求我们在试配结果的基础上进行调整。
6.1 通过检查试拌混凝土的坍落度和工作性,确定适宜的用水量。
6.2 通过检查试拌混凝土的工作性和凝结时间,确定适宜的外加剂(缓凝减水泵送剂)用量及砂率。如保水性不好,凝结时间过长的可适当减少外加剂使用量及适当提高砂率。如果拌和稠度过大,坍损较高,可适当增加外加剂用量或适当降低砂率。
当然,外加剂用量的调整,必然会影响到减水效果,必须调整水灰比及用水量。
6.3 以混凝土强度检验结果,确定混凝土水灰比,并以此为依据,计算各种胶凝材料用量。强度检验结果偏高,可适度提高水灰比,强度检验结果偏低,可适当降低水灰比。水灰比的调整幅度参照水灰比和强度关系曲线,并根据试配结果来确定。
当生产任务较紧,可检验混凝土1d或3d强度,再参照以往数据积累,根据1d或3d强度用回归分析法推导28d强度,再依据推导出的28d强度结果,调整混凝土水灰比。
6.4 以实测的混凝土容重和试拌时确定的砂率为依据,分别计算粗、细集料的用量。
参考文献:
[1]汪澜编著.水泥混凝土组成.性能.应用[M]中国建材工业出版社.2005年1月第1版:524—530.
[2]陈伟民.浅析砂子粗细对混凝土的影响[J].浙江水利科技.2001(4).35—37.
[3]张承志.商品混凝土[M].北京.化学工业出版社.2006年6月第1版.308—320.
[4]冉千平,游有鲲,丁蓓.低引气聚羟酸类高效减水剂的制备及其性能研究[J].新型建筑材料.2003.(6).33—35.
Title:The Design and Trial-Mixing of Ordinary Concrete Mixing Proportion in Ready-Mixed Concrete Mixing Station
Abstract:In the light of the situation in which the ready-mixed concrete plants “emphasise design and belittle trial-mixing” in determining the mixing proportion, the present essay systematically discusses the whole process of the design of the mixing proportion of ready-mixed concrete from the three aspects of design, trial-mixing and adjustment by incorporating the elements in the design of mixing proportion. The essay emphasizes the importance of trial-mixing and makes it clear that the design of the mixing proportion of ready-mixed concrete is a practical process under the guidance of experience and theory.
配合比设计方法 篇7
1 确定工程设计级配范围
沥青路面工程的混合料设计级配范围由工程设计文件或招标文件规定, 密级配沥青混合料的设计级配宜在规范规定的级配范围内, 根据公路等级、工程性质、气候条件、交通条件、材料品种等因素, 通过对条件大体相当的工程使用情况进行调查研究后调整确定, 必要时允许超出规范级配范围。密级配沥青稳定碎石混合料可直接以本规范规定的级配范围作上程设计级配范围使用。经确定的工程设计级配范围是配合比设计的依据, 不得随意变更。
调整工程设计级配范围宜遵循下列原则:
1) 首先按设计文件确定采用粗型 (c型) 或细型 (P型) 的混合料。对夏季温度高、高温持续时间长、重载交通多的路段, 宜选用粗型密级配沥青混合料 (Ac—c型) , 并取较高的没计空隙。对冬季温度低、且低温持续时间长的地区, 或者重载交通较少的路段, 宜选用细型密级配沥青混合料 (Ac—P型) , 并取较低的设计空隙。
2) 为确保高温抗车辙能力, 同时兼顾低温抗裂性能的需要, 配合比设计时宜适当减少公称最大粒径附近的粗集料用量, 减少0.6mm以下部分细粉的用量, 使中等粒径集料较多, 形成s型级配曲线, 并取中等或偏高水平的设计空隙率。
3) 确定各层的工程设计级配范围时应考虑不同层位的功能需要, 经组合设计的沥青路面应能满足耐久、稳定、防水、抗滑、抗车辙等要求。
4) 根据公路等级和施工设备的控制水平, 确定的工程设计级配范围应比施工技术规范级配范围窄。马歇尔试验技术标准的选定范围直接影响沥青最佳用量的选定。各试验单位进行沥青混合料设计时应根据本地实际情况选择适当的设计孔隙率, 以满足不同层位油面的功能要求。
2 各种材料的选择
2.1 矿料
1) 配合比设计的各种矿料必须按现行《公路工程集料试验规程》 (JTGE42-2005) 规定的方法进行检测试验, 从工程实际使用的材料取代表性样品进行室内检测试验, 原材料应符合规范要求。
2) 配合比设计所用的各种材料必须符合当地气候和交通条件的需要, 其质量应符合《公路沥青路面施工技术规范》 (JTGF40-2004) 第4章规定的技术要求。
原材料的质量的好坏对路面质量及使用寿命具有决定性作用, 主要技术指标包括矿料的级配、颗粒形状、坚固性、粘附性等级以及沥青和填料的质量等。其中对设计沥青混合料影响最大的是矿料加工的分档和级配, 材料分档和级配的好坏决定了矿质混合料合成级配好坏。目前, 所用的道路集料往往针片状含量高、风化石含量大, 级配差等现象, 这样生产的沥青混合料产品质量不够稳定, 导致离析严重、冻稳定度结果上不去等, 因此设计好的沥青混合料配合比, 必须严把原材料质量关。
2.2 道路石油沥青
沥青路面采用的沥青标号, 宜按照公路等级、气候条件、路面类型及在结构层中的层位受力特点、施工方法等, 结合当地的使用经验, 经技术论证后确定。
沥青试样经加热处理后会引起沥青老化。试验人员在操作时, 对沥青试样不能直接放在电炉或明火上加热, 如利用冷却后的试样反复加热不能超过2次, 避免沥青老化使沥青混合料性能发生变化。
3 热拌沥青混合料配合比设计
1) 矿料的合成比例决定了矿质混合料的合成级配目前, 在实例设计过程中, 试验单位多采用传统的图解法初算、再进行电脑试算调整方法都很大程度上取决于试验人员的经验、熟练程度。实例中不乏矿质混合料设计时对当地道路交通环境、气候条件等因素重视不够, 未针对沥青路面不同层位功能需要相应调整矿料配合比设计, 有的试验室片面追求合成级配接近级配中值, 忽视了交通流量、气候因素影响, 使得建成公路通车后不久就出现了早期损坏。
2) 热拌沥青混合料的配合比设计应通过目标配合比设计、生产配合比设计及生产配合比验证三个阶段, 优选矿料级配、确定最佳沥青用量, 符合配合比设计阶段技术要求和配合比设计检验要求, 以此作为目标配合比, 供拌合机确定各冷料仓的供料比例、进料速度及试拌使用。
3) 生产配合比设汁可参照本方法规定的步骤进行。由拌和楼热料仓中取样筛分, 以确定各热料仓中材料比例, 同时反复调整冷料仓比例, 以达到供料均衡。并取目标配合比的最佳沥青用量OAC、OAC±0.3%进行马歇尔试验、车辙试验, 确定各热料仓材料、矿粉比例及最佳沥青用量, 供试拌、试铺使用。
4) 生产配合比验证阶段。即通过试拌、试铺最终确认生产用的标准配合比, 用以作为生产控制和质量检测的依据。对确定的标准配合比, 宜再次进行车辙试验和水稳定性检验。确定施工级配允许波动范围。依据标准配合比及施工质量管理要求, 施工允许波动范围要满足规范或工程项目要求, 以此检查沥青混合料的生产质量。在生产配合比验证与试铺阶段, 试验人员应跟踪检测:目测现场摊铺效果, 及时取样进行各项物理力学指标测试, 并对试验数据进行统计分析。同时应有足够的施工机械和配件, 拌和、运输、摊铺、碾压设备能力相配套, 施工前应做好保养、调试、试机工作, 以确保在施工期间一般不发生影响施工质量及进度的故障。
4 注意事项
4.1 试验条件及试验操作精确度
J TGE42-2005集料试验规程中提出对沥青混合料所用矿料级配采用水洗法确定, 这是因为采用干筛法, 往往会因为小于0.075mm的成分粘附在矿料上筛不下去, 而不能真实反映矿料的级配, 从而影响矿粉的添加数量, 这种影响当某些矿料含石粉较多时, 对矿料掺配比例的影响尤其明显。
4.2 加强试验人员的操作培训
提高试验人员操作水平, 严格按试验规程操作。对原材料要求进行平行试验, 试验结果应满足平行试验精度要求。
4.3 成型试件密度的测试方法
规范要求对吸水率不大于2%的沥青混合料采用表干法测定其毛体积相对密度, 对几乎不吸水的密实型沥青混合料采用水中重法测定表观相对密度, 对吸水率大2%或空隙率大10%的沥青砼或沥青碎石采用蜡封法测定其毛体积相对密度。当用计算法计算沥青混合料最大理论密度时, 粗集料的相对密度采用其毛体积相对密度, 细集料采用表观相对密度。
4.4 试验仪器设备的检定及精度
在沥青混合料配合比设计中, 使用的主要试验仪器有称量仪器、马歇尔稳定度测定仪、试件养护用的恒温水浴、烘箱等。确保试验仪器设备的精度合格, 示值误差应在规定允许范围内。加强试验仪器设备的检定、保养工作, 要严格按规程操作, 杜绝随意操作行为。
4.5 车辙
车辙不仅使路面变形, 而且似轨道状的车辙将严重危及行车安全, 经研究发现, 沥青混合料因抗剪强度不足, 产生侧向流动形变, 产生严重的车辙, 沥青路面的车辙变形, 是从上至下逐渐减小, 车辙主要产生在沥青层内。
5 总结
沥青混合料生产中, 综合考虑各种因素的影响, 对优化沥青混合料配合比设计, 保证沥青路面的质量具有十分重要的意义。热拌沥青混合料路面作为一种路面结构形式, 以其行车舒适、噪声低、易于维护、有较高的强度、稳定性、平整度、坚实性、无接缝, 行车平稳、舒适、噪声小;晴天无尘土, 雨天不泥泞;便于行车, 开放交通快等优点。被广泛应用于公路建设中, 尤其是高等级公路建设。
摘要：随着我国公路交通的事业快速发展, 沥青路面以其优良的技术性能得到了广泛的应用。沥青路面要有良好的高温稳定性与低温抗裂性, 夏季高温时不易发生车辙、泛油、鼓包;冬季低温不易脆化;雨季要有抗渗性、耐久性和抗水浸蚀破坏能力, 尽量减少或推迟裂纹的出现和发展;要有良好的整体性, 不松散、不离析, 延长路面使用寿命。
关键词：沥青路面,级配范围,注意事项
参考文献
[1]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].人民交通出版社, 2001.
[2]公路工程施工技术规范[M].人民交通出版社出版, 2004.
配合比设计方法 篇8
关键词：高强混凝土,配合比设计,单掺,双掺
目前, 有关桥用高强水泥混凝土的配合比设计方法较为混乱, 也存在着不少缺陷, 而经验设计配合比多有“专利”性质, 缺乏普遍意义。室内设计条件与现场实际普遍差距较大, 设计保证率不足, 以致现场调整和质量事故频发。
为此, 提出一种桥用高强混凝土配合比设计的方法以进行探讨, 使其较为规范和安全。
1 现有多种设计方法涉及的主要问题
1) 当要求混凝土具有较高的强度时, 就要有较低的水灰比。而水灰比在0.40以下时, 强度与水灰比呈非线性关系, 且在水泥水化不完全的情况下, 施工性能与强度形成的关系不稳定。
2) 特别是要求混凝土具有较大坍落度时, 从而要求用水量大, 水泥用量多。此时经验性设计的变异性强, 强度的综合保证率低, 且收缩开裂风险大, 寿命趋短。
3) 高效减水剂的使用是一大技术革命, 可以低用水量, 高坍落度, 增加强度, 降低水灰比, 推动大规模机械化施工。但也带来一系列的不适应 (特别是与水泥匹配和产品质量不稳定造成的不适应) 以及增大收缩等问题。而且“减水、减水泥”的导向, 有可能从总体上影响高强混凝土的使用寿命。
4) 由于肯定振捣方式和强度影响结构密度进而影响混凝土强度的突出作用, 从而改变了对水灰比定则“一票定乾坤”的认识, 要求进一步强调混凝土工作性和施工工艺对强度形成的重要影响。因为波罗米曲线实质上是不同密实度混凝土强度——水灰比关系曲线的外包络线。
2 高强混凝土设计方法基本原则
1) 要强调设计程序中试验环节的重要性, 一切通过试验, 反对迷信“经验加推理”。如:基准混凝土用水量必须经试验确定;外加剂必须用现场材料和基准混凝土配合比作适应性和最优减水率试验等。
2) 在可达到设计强度要求的前提下, 反对“强度决定一切”的观念, 更不要追求过强、高早强。要强调工作性、可操作性、混凝土密实度、抗收缩能力等指标的落实。
3) 减水设计时, 提倡“在坍落度不变的前提下, 水泥量 (总胶量) 基本不变”的原则。要充分考虑水泥强度贡献率和总浆量对结构密实度的影响, 不提倡“计算原始水灰比不变”的原则, 因为水和水泥同步减少不符合“减水增强”的意鉴。对于普通强度混凝土, 后一原则是可以采用的。
4) 建议适当控制设计坍落度过高的要求。高坍落度混凝土拌合料有利于施工的想法有片面性, 可能会导致混凝土的强度和使用寿命总体下降。
5) 提倡采用双掺高强高性能混凝土, 即掺加高效减水剂和粉煤灰或硅灰、优质矿渣粉。一般认为:水灰比为0.35是单掺高效减水剂的适应下限, 水灰比为0.35～0.39的高强混凝土可以单掺;水灰比在0.35以下的高强混凝土单掺可保证强度, 但水泥用量过高, 工作性不可靠, 应选择双掺。
6) 双掺高强高性能混凝土设计计算粉煤灰用量, 提倡采用超量取代法, 也可以等量取代。超掺取代时, 用“粉煤灰总量控制法”计算较好, 用“粉煤灰取代率计算法”也可以。在取代率和超掺系数选择合理情况下, 两种方法计算结果相同。
7) 设计桥面板及大体积混凝土时, 不完全适用以上 (3) ～ (6) 原则建议。
3 单掺高强混凝土设计程序
3.1 计算不掺外加剂的基准混凝土配合比, 重点注意确定基准混凝土用水量
按公式计算水灰比, 按坍落度要求选择用水量, 计算水泥用量及配合比。在此计算过程中, 应注意以下两点:
(1) 水泥强度要用实测强度, 用经验强度时不宜低于厂方保证强度, 更不应直接采用水泥标号。
(2) 本程序至少必须做坍落度试配检验, 以准确确定基准砼用水量。
例:设计C50混凝土, P.052.5水泥, 坍落度要求90～110mm。
碎石比例为1-2-3∶1-1.5=60∶40, 碎石最大粒径26.5mm, 碎石表观密度为2.745g/cm3, 黄砂表观密度为2.651g/cm3, 水泥表观密度为3.1g/cm3, 采用中联巨龙淮海水泥有限公司生产的P.O52.5水泥, 外加剂为JM-2型高效减水剂。
①确定试配强度
Fcu, o≥Fcu, k﹢1.645σ=50.0+1.645×6=59.9Mpa
Fcu, o—混凝土配制强度 (Mpa)
Fcu, k—混凝土立方体抗压强度标准值 (Mpa)
σ—混凝土强度标准差 (Mpa) , 依据JTJ 041-2000中附录F-4选用。
②计算并确定水灰比
W/C=αa×Fce/ (Fcu, o+αaαb×Fce)
=0.46×61.2/ (59.9+0.46×0.07×61.2)
=0.46
αa, αb—回归系数;
Fce—水泥强度等级值, 采用28天胶砂强度值。
③、选取用水量, 计算水泥、砂、石用量, 确定基准混凝土配合比。
碎石最大粒径为26.5mm, 坍落度要求90～110mm, 选取用水量Wo=205kg, 计算水泥用量C=Wo/0.46=205/0.46=446kg。
JTJ 041-2000规定:高强混凝土的砂率宜控制在28%～34%的范围内, 本次设计暂先采用30%进行坍落度的调整。
计算砂、石材料后拌制15L料, 进行坍落度试验, 测得坍落度为T=55mm, 不符合要求, 调整用水量Wo=220kg, 计算水泥用量C=478kg, 碎石用量G=1171kg, 黄砂用量S=502kg, 拌制15L料, 测得坍落度为T=97mm, 符合要求。
最优砂率的选取:经验证明, 每个混凝土配合比均有一个最佳砂率, 在最佳砂率时坍落度最大, 大于或小于最佳砂率坍落度都会变小。本次试验在JTJ 041-2000中规定的28%～34%范围内调整, 看砂率和坍落度的关系, 从而确定最佳砂率。试验结果见表1。
由上表可以看出, 砂率为30%时, 坍落度最大, 所以确定最佳砂率为30%。
确定基准配合比为:
水泥:碎石:黄砂:水=478∶1171∶502∶220
3.2 外加剂的最优掺量和减水率
按规定坍落度, 做外加剂的最优掺量试验和减水率试验。在设计计算过程中, 应注意不得直接使用厂方推荐的掺量和产品减水率。
例:上面已经确定基准混凝土配合比, 由基准混凝土配合比做外加剂减水率试验。
依据体积法计算材料用量, 保持水泥用量和砂率不变, 在加入外加剂的同时减少用水量, 确定各掺量的减水率以确定最佳用量。试验结果见表2。
由表2可以看出, 减水剂掺量从1.1%到1.2%时, 减水率递增开始变缓, 所以, 确定本次试验的外加剂最佳掺量为水泥用量的1.1%, 减水率为20.4%。
3.3 求取单掺外加剂砼的基准配合比
该过程重点是确定基准水灰比, 根据基准混凝土的用水量, 以最优掺量减水率计算基准用水量, 然后按基准砼的水泥用量, 计算基准水灰比的基准配合比。在此计算过程中, 应注意以下两点:
(1) 本程序原则上保持基准混凝土水泥用量不变, 不推荐用基准混凝土水灰比和减水后的用水量反算水泥用量的方法。
(2) 如果基准混凝土水泥用量过高超限或计算基准水灰比过低 (<0.35) , 应首先考虑适当降低设计要求的坍落度。如不能降低, 应采用双掺砼。
例:已知不加外加剂的砼基准配合比和外加剂的最佳掺量和减水率, 确定掺外加剂砼的基准用水量为175kg, 基准水灰比为0.37。其基准配合比为:
水泥∶碎石∶黄砂∶水=478∶1256∶538∶175 外加剂用量1.1%
3.4 进行基准配合比试验检验
该过程重点是保证坍落度和有关工作性, 从而确定基准配合比。应注意试配检验时如坍落度超标, 可在保持基准用水量和水灰比不变的条件下, 考虑适当调整砂率或外加剂的掺量, 矫正至坍落度符合要求。
3.5 进行强度检验, 确定单掺外加剂砼设计配合比
在基准配合比基础上, 以保持基准用水量和外加剂掺量不变为原则, 按规定水灰比调整间距做三组试件。根据强度检验结果, 优选确定单掺外加剂砼设计配合比。此过程应注意:
(1) 在做强度检验试件时, 必须同时做水泥砼0.5h、1h、2h坍落度损失试验, 并参与优选评定。坍落度损失严重着不得使用。
(2) 除有特殊要求外, 配合比设计优选应避免片面追求高强和早强的倾向。在符合设计强度的情况下, 可考虑选择水泥用量较少的一组, 或采用内掺法求取。
例:将基准配合比向下浮动0.02水灰比, 测其坍落度, 均符合要求且粘聚性及保水性较好, 同时做坍落度损失, 坍落度损失不严重, 将基准配合比向上浮动0.02水灰比, 则水灰比为0.39, 超出规范推荐高强混凝土水胶比在0.24～0.38范围之间, 故不做W/C=0.39的一组, 试验结果见表3。
最后优选确定实验室配合比为:
W/C= 0.37 水泥∶碎石∶黄砂∶水=
478∶1256∶538∶175 外加剂用量1.1%
4 双掺高强混凝土设计程序 (主要适应粉煤灰混凝土)
4.1 按普通混凝土配合比设计规程计算基准混凝土水灰比以及水泥用量
在此过程中应注意水泥强度要用实测强度, 用经验强度时不应低于厂方保证强度, 更不应直接采用水泥标号。对应设计坍落度的用水量必须经过试验。计算水泥用量时, 保持计算水灰比不变。 例:设计C50混凝土, P.II52.5水泥, 设计坍落度为90～110mm。
碎石比例为1-2∶1-1.5=40∶60, 碎石最大粒径26.5mm, 碎石表观密度为2.735g/cm3, 黄砂表观密度为2.600g/cm3, 水泥表观密度为3.1g/cm3, 采用中联巨龙淮海水泥有限公司生产的P.II52.5水泥, 外加剂为CNF-1B型高效减水剂, 粉煤灰为华润电厂I级粉煤灰, 密度为2.250g/cm3。
①、确定试配强度
Fcu, o≥Fcu, k﹢1.645σ=50.0+1.645×6=59.9Mpa
②、计算并确定水灰比
该水泥实际强度为60.0MPa, 经计算W/C=0.45
③、选取用水量, 计算水泥、砂、石用量, 确定基准混凝土配合比。
查表得出用水量为205kg, 计算水泥、砂石材料后经试验坍落度不符合要求, 最后调整后经试验确定设计用水量为225kg/m3, 按W/C=0.45计算水泥用量为500kg/m3, 经试验坍落度符合要求, 最佳砂率的选取与单掺方法一致, 试验确定砂率为30%, 确定基准混凝土的配合比为:
水泥∶碎石∶黄砂∶水=500∶1572∶674∶225
4.2 根据试验确定的高效减水剂最佳减水率, 计算减水后的用水量
例:已知上面确定好的基准配合比, 与单掺方法一致, 加入不同比例的外加剂, 分别试验, 经试验确定0.9%掺量为未掺粉煤灰最佳减水率掺量。此时计算单位用水量为157kg/m3, 水泥用量不变, 仍为500kg/m3。接着做粉煤灰的减水作用试验, 结果见表4。
据表4分析, 粉煤灰具有一定的减水作用, 故用于双掺水泥混凝土时减水剂掺量调整为0.8%, 保持计算减水率不变, 其单位用水量仍为157kg/m3。
4.3 以基准混凝土计算水泥用量为基础, 用超掺法计算粉煤灰取代量、粉煤灰掺量及总胶量
例:粉煤灰取代比例为20%, 超掺系数为1.25, 计算水泥用量为400kg/m3, 粉煤灰取代量为100kg/m3, 粉煤灰总掺量为125kg/m3, 总胶量为525kg/ m3, 超掺的粉煤灰取代部分黄砂。
4.4 计算减水和掺粉煤灰后的水胶比
例:W/ (C+F) =157/525=0.30
若按规范要求总胶量不计入超掺粉煤灰, 则水胶比为157/500=0.31, 而笔者认为:在低水胶比下, 水泥和粉煤灰都不可能完全水化, 水胶比计算以计入粉煤灰超掺量比较合理。
4.5 在保持用水量不变的前提下, 小幅度调整水胶比, 进行试配和强度试验, 确定设计配合比
例:将基准水胶比向上浮动0.02, 用水量不变, 测其坍落度符合要求且粘聚性及保水性较好, 由于水胶比较小, 不推荐向下浮动水胶比的做法。配合比及试验结果见表5。
最后优选确定设计配合比为:水胶比为0.32, 水泥∶粉煤灰∶碎石∶黄砂∶水=374∶117∶1295∶498∶157 外加剂用量0.8%。
5 结语
采用正确的配合比设计程序和方法, 可以较合理、充分地发挥外加剂的作用, 保证或提高砼工作性, 改善胶结质量, 并主要通过减少用水量、降低水灰比, 以提高砼强度和强度保证率。
但是, 外加剂的作用是有一定范围和限度的, 常规设计方法和参数受制约, 要得到高强度、高性能砼, 必须使用粉煤灰、硅灰、优质矿渣等掺和料。掺粉煤灰本身可以减水, 提高和易性, 同时增加结构密实度, 控制早期强度, 保证或增加后期强度, 降低水化热、改善收缩性能, 并通过合理取代减少水泥用量, 节约造价。也就是说, 合理掺加粉煤灰, 可以综合提高砼的固结能力和可密实性, 综合保证砼的强度和耐久性。建规、路规、桥规都强调采用双掺技术设计高强砼。改变目前积弊较多的设计思路, 探索简便合理的双掺高性能砼配合比设计方法, 是解决当前砼施工不良状况的重要一步。
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准.JG J 55-2000, 普通混凝土配合比设计规程[S].北京:2001.
[2]中华人民共和国行业标准.JTJ 041-2000, 公路桥涵施工技术规范[S].2000年11月1日实施.
配合比设计方法 篇9
关键词：正交设计,高速铁路箱梁,强度
京沪高速铁路，简称京沪高铁客运专线，作为京沪快速客运通道，是中国“四纵四横”客运专线网的其中“一纵”。京沪高速铁路混凝土预制箱梁长32 m，重900多吨，采用后张法预制生产工艺。预应力张拉一般分预张、初张和终张三个过程[1]。终张拉是在梁体混凝土强度及弹性模量达到设计值且龄期不少于10 d下进行。在进行箱梁混凝土配合比设计时，粉煤灰、矿粉等矿物掺合料虽然过去很少用于配制预制梁混凝土，但随着高性能混凝土技术的发展，矿物掺合料作为混凝土的一种重要组分，逐渐用于箱梁配合比设计，不但能满足混凝土施工工艺及强度，还能提高混凝土的耐久性。由于矿物掺合料种类、掺料、水胶比及胶凝材料用量均影响混凝土强度，为了研究各因素对箱梁混凝土强度的影响，进一步优化混凝土配合比，本文选用了四因子三水平设计方法，分析了不同因子对箱梁混凝土强度的影响。
1 试验方案
1.1 原材料
试验用山东榴园新型水泥发展有限公司生产的P.O42.5水泥，徐州华润粉煤灰开发公司生产的Ⅰ级粉煤灰，徐州天成粉磨厂生产的S95矿粉，符离集白云石矿场生产的5 mm～25 mm连续级配的碎石和徐州时尚建材有限公司生产的细度模数为2.6～3.0的河砂。外加剂选用新型聚羧酸高效水剂。各种原材料性能指标均满足《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》标准要求。
1.2 因子与水平
试验结合经验和施工需要，选取胶凝材料、粉煤灰取代量、矿粉取代量和水胶比4个因子，每个因子选定3个水平，具体见表1。
1.3 正交试验设计
试验选用正交表L9(34)进行分析，根据表1因子水平，设计的9组配合比见表2。表2中外加剂的掺量为1.3%，砂率根据混凝土状态进行微量调整，混凝土成型方式和养护条件均保持一致。
试验根据表2列出的9组配合比主要参数进行混凝土试验，并成型混凝土抗压强度试件。
2 结果及分析
2.1 试验结果
试验检测结果见表3。
2.2 结果分析
2.2.1 10 d抗压强度分析
4个因子不同水平的混凝土配合比10 d强度及其直观分析见表4。从表4不难看出，对于胶凝材料这个因子，k3>k1>k2，可断定胶凝材料480 kg/m3为本组试验中的最优水平，同理可得出对于粉煤灰掺量、矿粉掺量和水胶比，其最优水平分别是10%,0%和0.28。极差R可以看出RB>RD>RA>RC，也就是说粉煤灰掺量对10 d强度的影响最大，其次依次是水胶比、胶凝材料总量和矿粉掺量。矿粉对10 d强度的影响最小。
2.2.2 28 d抗压强度分析
4个因子不同水平的混凝土配合比28 d强度及其直观分析见表5。
从表5可以看出，对于28 d强度来说，4个影响因子的其最优水平分别是480 kg/m3,10%,10%和0.28。极差R可以看出RD>RA>RB>RC，也就是说水胶比对28 d强度的影响最大，其次依次是胶凝材料总量、粉煤灰掺量和矿粉掺量。矿粉对28 d强度的影响最小。
2.2.3 配合比验证与设计
根据正交设计试验结果，结合工程实际并综合考虑成本等因素，选定A3B1C2D2进行试验，具体配合比见表6，试验结果见表7。
从表6，表7可以看出，根据正交设计研究结果，选择A3B1C2D2组合设计出的配合比，混凝土各项性能指标优良，能较好的满足施工和设计要求。
3 结语
1)采用正交设计试验方法进行箱梁混凝土配合比设计科学适用，提高了工作效率，节省试验量。2)在一定水胶比和胶材范围内，粉煤灰对早期强度影响较大，水胶比对后期强度影响较大。3)试验确定的箱梁混凝土配合比各项指标满足施工和设计要求。
参考文献
配合比设计方法 篇10
磷石膏是磷化工企业湿法生产磷酸时产生的工业废渣,每生产1t磷酸,将生成约5t干基磷石膏,湿基约为7t,是化学工业中排放量最大的固体废弃物之一[1]。我国是工业副产磷石膏的第一排放大国,2015年排放量已达8000万t,堆积总量超过3亿t,利用量约1700万t,综合利用率为24%[2]。巨量堆存的磷石膏由于含有重金属、游离酸和氟化物等诸多有害杂质,除占用大量土地外,还会带来粉尘污染、地下水污染和土壤污染[3]。林宗寿等经过多年的研究,开发出一种新型环保免烧型胶凝材料———磷石膏矿渣基水泥[4,5],并提出了可缩短其凝结时间的磷石膏改性新方法,水中和等对磷石膏矿渣基水泥的组成和性能做了深入研究[4,5,6,7],但要实现磷石膏矿渣基水泥的广泛应用,就必须将其应用于混凝土中,所以,探索磷石膏矿渣基水泥在混凝土中的应用,找到合适的配合比设计方法十分必要。
1 原材料和试验方法
1.1 磷石膏矿渣基水泥
试验用磷石膏矿渣基水泥的基本组分为45%的磷石膏,49%粒化高炉矿渣,2%钢渣和4%硅酸盐水泥熟料。
(1)磷石膏:取自湖北某磷化工有限公司,原状磷石膏为灰色粉状固体,含水率9.1%,初始密度2480kg/m3,初始比表面积114m2/kg,将原状磷石膏在40℃烘箱中烘干备用。
(2)粒化高炉矿渣:浅灰色颗粒状固体,其初始密度2960kg/m3,初始比表面积309m2/kg,在105°C烘箱内烘干后,用Ø500mm×500mm的球磨机粉磨90min,粉磨后的比表面积为540m2/kg。
(3)硅酸盐水泥熟料:将水泥熟料用Ø500mm×500mm球磨机进行粉磨,粉磨后密度为3330kg/m3,比表面积为339m2/kg。
(4)钢渣:经选铁工艺处理后,已破碎为粒径小于5mm的黑色颗粒状固体,并在120°C烘箱内烘干,用Ø500mm×500mm的球磨机粉磨60min后,密度为3470kg/m3,比表面积为435m2/kg。
以上主要原材料的化学组成见表1。
(5)其它原材料:细骨料为河砂,细度模数2.38;粗骨料为石灰岩碎石,最大公称粒径为25mm;粗细骨料冲洗后自然风干使用。
%
1.2 磷石膏矿渣基水泥的改性方法
磷石膏矿渣基水泥混凝土中的砂、石、水和减水剂与普通硅酸盐水泥混凝土的相同,胶凝材料磷石膏矿渣基水泥由45%磷石膏、49%矿渣、2%钢渣和4%硅酸盐水泥熟料组成。磷石膏中的可溶性磷和氟等杂质会延缓水泥的凝结硬化时间、降低硬化体强度,为了消除磷石膏中缓凝杂质的危害,在磷石膏矿渣基水泥配置混凝土前要对磷石膏进行预处理,预处理过程为:将m1(磷石膏)∶m2(矿渣)∶m3(钢渣)=45∶1∶2进行混合,然后送入球磨机中粉磨一定时间,再加水(粉料的0.6倍)搅拌均匀,陈化24h,使磷石膏中的有害杂质提前反应生成沉淀。最后将改性磷石膏浆、矿渣和硅酸盐水泥熟料按一定比例混合制得磷石膏矿渣基水泥。
2 配合比设计方法
在混凝土中掺入减水剂和掺合料可使混凝土的各项性能得到显著的提高,同时,工程结构在高度和体积等方面的极端化趋向,对混凝土工程性能有了更高的要求。因此,不断优化混凝土配合比设计方法仍将会是混凝土技术研究的重点和难点[8]。由于目前磷石膏矿渣基水泥混凝土还没有明确的配合比设计方法,所以,本文采用以下三种常用的普通混凝土配合比设计方法对磷石膏矿渣基水泥混凝土的配合比进行设计。
2.1 普通混凝土配合比设计规程(JGJ 55—2011)
简称普通法,这种混凝土配合比设计方法主要根据混凝土强度来设计,并根据现场经验来优化,对多种类型的混凝土如抗渗型混凝土、泵送型混凝土等都作了详细的技术指标规定。设计流程如下:
(1)确定水胶比:根据混凝土设计强度计算出配制强度,再根据Bolomy公式和原材料数据,计算出水胶比。
(2)确定用水量和胶凝材料用量:根据混凝土工作性能要求和减水剂的减水率,计算具体用水量和减水剂用量,再根据水胶比计算出具体的胶凝材料用量。
(3)确定骨料用量:根据水胶比和粗、细骨料的粒径选择最佳砂率,并通过试验进行调整,然后采用质量法或体积法计算砂、石用量。
(4)确定最终配合比:经过反复试配,直至混凝土的工作性能达到要求,然后成型养护,养护到相关性能测试规定的龄期后进行测试,不达标则继续优化设计配合比,最终设计出达到标准的配合比。
这种配合比设计方法存在一些不足:首先是减水剂掺量无法简单确定,规程中所规定的减水剂减水率和掺量是用单一种类的水泥和固定配合比测定的,对于不同配合比和不同类型的胶凝材料,这种规定显然不适用[9];其次是在设计配合比时,很少考虑到骨料的作用,骨料(碎石、砂)不仅有利于混凝土的体积稳定性,还能降低混凝土成本[10]。而混凝土中的浆体则起到包裹和隔离骨料,减小成型时阻力,提高混凝土工作性能的作用[11],所以,合适的浆骨比对混凝土尤为重要。最后,规程难以满足大流动性混凝土和低水胶比混凝土的设计,也没有充分考虑矿物掺合料对混凝土工作性的调节作用,所以,设计出的水胶比和浆体量偏大、砂率偏小。
2.2 简易配合比设计方法
吴中伟院士提出了一种混凝土的简易配合比设计方法,简称简易法[12]。这种方法采用绝对体积法进行设计,再经过多次试拌调整,最终得到设计参数。在这种设计体系将砂、石作为一部分,将水、胶凝材料作为另一部分,重点计算出砂、石混合均匀后的最小空隙率。由于两部分是互补关系,所以,通过确定最小胶凝材料浆体量和最小空隙率等参数,在流动性符合要求的基础上,配制出符合性能要求的混凝土。设计流程如下:
(1)确定混凝土的性能指标,例如坍落度、强度等,水胶比一般在0.4~0.3。
(2)确定砂、石混合均匀后的最小空隙率,即可确定出最佳砂率。初始测试砂率一般在38%~40%中选取,混合砂、石的空隙率α=(平均视密度-容重)/平均视密度,最小混合砂、石的空隙率所对应的砂率,即为最佳砂率。
(3)确定胶凝材料浆体量。最小混合砂、石空隙率加上一定的浆料富余系数(8%~10%)即为胶凝材料浆体量,须经试验调试。
(4)确定各组分用量。
这种混凝土配合比设计方法一般需要试配多组才能确定出精确的参数,并且最密实堆积理论一般会造成混凝土中的浆体量较少,润滑作用不足,影响混凝土的工作性。
2.3 高性能混凝土配合比设计———全计算法
陈建奎教授提出了一种全计算法,对常用的绝对体积法进行了改进。全计算法的提出基于两大基础:一是对混凝土材料组成的假定,包括:①混凝土各组成材料无论气相、液相还是固相均具有体积可加性;②干砂浆填充碎石空隙;③水填充干砂浆空隙;④水泥、掺合料、砂和含气量组成了干砂浆。其中干砂浆和干砂浆体积的概念以及四项假定的第②、③和④条均为首次提出,并由此奠定了全计算法的技术基础。二是Aitcin教授和Mehta教授提出的观点,即混凝土在达到最大强度和最佳工作性能时,浆骨比应为35∶65;水泥∶掺合料应为75∶25,由此可得出全计算法的一系列计算公式[13]:
式中:Ve为水泥浆体体积,L;Vw、Vc、Vf、Va、Vs、Vg分别为每m3混凝土用水量、水泥体积用量、掺合料体积用量、含气量、砂和石体积用量,L。
全计算法通过数学推导,求得砂率SP和混凝土每m3用水量W的计算公式,模拟出混凝土普遍适用的体积模型,揭示了混凝土组成材料的内在规律和必然联系,再结合水胶比定则,就可以精确计算出混凝土配合比设计参数,准确配制目标强度的混凝土。设计流程如下:
(1)配制强度公式
(2)水胶比公式
(3)用水量公式
(4)胶凝材料用量公式
(5)砂率及骨料用量公式
(6)复合超塑化剂减水率和减水剂掺量公式:
(7)试配调整
混凝土由胶凝材料、掺合料、砂、石、水和外加剂等多种组分按一定的比例组成,传统的配合比设计方法很难一次性得到最优配合比,而全计算法可以比较准确地计算出各组分的比例和用量,水胶比、用水量、胶凝材料用量、砂率等均可通过计算得出,比传统的配合比设计方法更具科学性。
3 试验设计与分析
设计目标:配制强度等级C40,坍落度约为160mm的大流动性磷石膏矿渣基水泥混凝土。
3.1 普通混凝土配合比设计规程(JGJ 55—2011)
由于普通法的计算过程较为简单,在此不再详述,普通法C40混凝土配合比参数见表2。
kg/m3
3.2 简易配合比设计方法
(1)水胶比
采用普通混凝土配合比设计规程(JGJ 55—2011)的0.36。
(2)浆骨比
浆骨比会对混凝土的工作性能产生一定的影响,要想确定混凝土的浆骨比,需要先确定混凝土中的水泥浆体体积和水泥用量。
混凝土中的水泥浆体体积为:
式中:α为骨料空隙率,%;β为水泥浆体的富余量,%,混凝土坍落度为160~200mm时,水泥浆体的富余量为8%~15%。
根据混凝土简易配合比设计方法,通过对不同砂率的粗、细骨料进行混合,可以确定出粗、细骨料的最小孔隙率α。一般来说,基于混凝土的最密实堆积理论计算出的水泥浆体用量偏低,所以砂率取值偏大,试验中测定的砂率范围为40%~42%,相关数据和规律见表3和图1。
由表3和图1可知,混合粗、细骨料的最小孔隙率α对应的砂率在40%~41%之间,为计算方便,取最小空隙率α为22.4%,对应砂率为41%。同时取水泥浆体的富余量β为10%,根据式(1)计算出水泥的浆体体积为324L,即浆骨比为32.4∶67.6。
磷石膏矿渣基水泥的密度计算方法采用廉慧珍教授提出的原材料密度加权法[14]:
式中:X1、X2、X3、X4分别为磷石膏矿渣基水泥中各组分的质量分数,%;ρx1、ρx2、ρx3、ρx4分别为磷石膏、矿渣、钢渣、硅酸盐水泥熟料的表观密度,kg/m3。
由水胶比和水泥的关系可推导出水泥浆体的密度公式:
因此,由水泥浆体的密度和体积可以计算出水泥的用量:
根据以上计算公式和原材料数据可计算出水泥的表观密度ρc为2674kg/m3,水泥浆体密度ρ为1853kg/m3,水泥用量Mc为441kg/m3。
(3)砂石比
混凝土中的砂石比一般用砂率表示,本文取砂率41%,即砂石比为41∶59。砂石质量计算公式为:
式中:MS为砂用量,kg;MG为石用量,kg;为砂石的平均视密度,kg/m3;βS为砂率,%。
βS取41%时,砂石的平均视密度为2654kg/m3,砂、石的质量分别为736kg/m3、1058kg/m3。简易法所得混凝土配合比参数见表4。
kg/m3
3.3 高性能混凝土配合比设计———全计算法
全计算法的计算过程如下:
(1)配制强度
(2)水灰比
(3)用水量
(4)胶凝材料用量
(5)砂率及骨料用量
(6)试配与配合比调整,全计算法所得混凝土配合比参数见表5。
综合上述三种方法,确定C40磷石膏矿渣基水泥混凝土的配合比参数,见表6。
kg/m3
3.4 数据分析
从三种混凝土配合比设计方法计算结果可以看出,在胶凝材料用量上是P>Q>J,在砂率上是J>Q>P,全计算法无论是胶凝材料用量还是砂率均在普通法和简易法之间。混凝土配制过程中发现,三种配合比设计方法设计的混凝土的工作性能均未达到要求的160mm,这是由于磷石膏矿渣基水泥中的磷石膏颗粒较细,黏性大、流动性差的原因。此外,J组由于胶凝材料用量少、砂率大,使得包裹程度较差;P组由于砂率小,造成砂浆量不足,出现轻微漏石现象。
图2为三种配合比设计方法的混凝土抗压强度。由图2可见,三种配合比设计方法的3d、7d强度相差不大,28d强度均可达到40MPa以上,且J组的强度最高,可达到45.2MPa。但由于Q组和J组的坍落度较小,震动成型后发现混凝土试块存在气孔较多、不够密实的现象。因此,考虑在三组试件中添加适量的减水剂,以增大坍落度、减小气孔,从而增加混凝土强度。通过添加0.5%的聚羧酸高效减水剂,三种配合比设计方法的28d优化强度见图3。
由图3可见,掺加0.5%聚羧酸高效减水剂后,P组的28d抗压强度基本没有变化,而J组和Q组的28d抗压强度有很大程度提高。28d抗压强度为Q>J>P,J组和Q组的28d抗压强度均在48MPa以上,最高为53.6MPa,达到C40混凝土的28d强度标准。
3.5 微观分析
图4为磷石膏矿渣基水泥混凝土28d水化产物XRD图谱。由图4可见,磷石膏矿渣基水泥混凝土28d水化产物有钙矾石AFt,Ca(OH)2,水化产物碳化生成的Ca CO3,还含有较强的石膏峰Ca SO4·2H2O。
图5为三种配合比设计方法的28d混凝土SEM照片。
由图4和图5可见,在磷石膏矿渣基水泥水化体系中,首先是体系中的矿渣在钢渣和硅酸盐水泥熟料提供的碱环境下逐渐被侵蚀溶解,矿渣的玻璃体网络结构遭到破坏,矿渣在钢渣、硅酸盐水泥熟料的碱激发作用和磷石膏的硫酸盐激发作用下发生水化反应,水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶[15,16],钙矾石与C-S-H凝胶相互交织在一起,形成空间网状结构,填充了硬化水泥浆体的表面、孔洞和缝隙,将未反应的Ca SO4·2H2O和矿渣颗粒胶结在一起,形成了一个致密的整体。
从图5(P)、(J)和(Q)中可以看出,P组的界面过渡区缝隙最小,其次是Q组,J组的界面过渡区缝隙最大,而28d抗压强度则是J的最高,P组和Q组近似。这主要是因为三种配合比设计方法的胶凝材料用量P>Q>J,砂率J>Q>P,由于磷石膏和矿粉的颗粒很细,黏性很大,并且未添加减水剂,因此,流动性很差。P组胶凝材料用量最多,因此,流动性相对较好,胶凝材料与骨料胶结密实,界面过渡区缝隙最小。而J组和Q组由于胶凝材料较少,且J的砂率很大,造成流动性不足,存在成型问题,气孔较多、不够密实,因此,界面过渡区的缝隙较大。
在混凝土强度方面,由于P组砂率最小,造成砂浆量的不足,出现了轻微漏石现象,所以,降低了混凝土强度;而J组的密实度虽然不如P组,但较大的砂率会相应提高混凝土的强度,所以,J组的28d强度最高,P组和Q组28d强度相近。
全计算法无论是胶凝材料用量还是砂率均在普通法和简易法之间,因此,重点考虑优化全计算法的混凝土配比。通过添加适量的减水剂,增大混凝土流动性,使其便于成型、减少气孔、增加密实度,从而提高强度,优化后的28d强度Q>J>P,P组的28d强度基本无变化,J组和Q组则有很大提高;J组和Q组的28d强度均在48MPa以上,最高强度为53.6MPa,达到C40混凝土28d强度标准。
4 结语
海工高性能混凝土配合比设计 篇11
摘要：海洋工程处于恶劣的海洋环境，具有气温高、湿度大、海水含鹽度高的特点，受海水、海风、盐雾、潮汐、干湿循环等众多因素影响，工程主体的钢筋混凝土构件容易因氯离子侵蚀、化学介质侵蚀破坏等产生锈蚀，导致结构性能退化，危及结构的安全使用。为保证结构耐久性，使工程达到120年设计使用年限的要求，海工高性能混凝土使用常规材料、常规工艺，以较低水胶比、适当掺量活性掺合料和较严格的质量控制措施制作的具有高的抗氯离子渗透性、满足结构要求的较高强度、良好的工作性以及较高体积稳定性。
关键词：跨海大桥；高性能混凝土；配合比
1 高性能混凝土基本要求
1.1 耐久性
处于氯盐腐蚀环境的混凝土必须具有高的抗氯离子渗透性，高性能混凝土的重要特点是具有高抗氯离子渗透性和高抗渗性。
1.2 高工作性能
高性能混凝土具有良好的流变学性能，高流动性，不泌水，不离析，能在正常施工条件下保证混凝土结构的密实性和均匀性，对于钢筋密集的高大结构中能自留成型，从而保证该结构的密实性。
1.3 低热低收缩、抗裂性
混凝土构件尺寸越大，发生温度应力裂缝的可能性也越大。减少混凝土的水泥用量和降低混凝土的初始温度及使用低热水泥、减少混凝土温差等措施，很大程度可避免或减少混凝土的开裂，大大提高了混凝土的耐久性能。
1.4 强度
混凝土（抗压）强度是混凝土力学性能的考核指标和工程验收标准。
2 高性能混凝土对原材料的选择
高性能混凝土原材料主要采用常规的原材料，因此不能对配制高性能混凝土用原材料提出太多的苛刻的要求，而应根据实际情况，对原材料提出关键性的技术要求，才具有实际意义。
2.1 水泥
水泥；配制高性能海工耐久混凝土不得使用立窑水泥，应避免使用早强、水化热较高和高C3A含量的水泥；水泥中C3A含量宜控制在8%以内，水泥细度不宜超过380m2 /kg，游离氧化钙不宜超过1.5%。
海洋工程宜采用强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，水泥质量应符合国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）的规定，不宜采用矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。
水泥的氯离子含量应低于0.03%，碱含量应不大于0.60%。
水泥运到工地后应尽快使用，但温度高于50℃的水泥不宜直接拌和混凝土，宜冷却至50℃以下使用。水泥由于受潮或其它原因而发生质量变化时，应从场内运走，不得使用。
2.2 水
（1）一般要求
拌合用水易采用饮用水，当采用其它水源时，应符合《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）的要求，不得采用海水。
（2）水的化学方面要求
①水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质及油脂、糖类、游离酸类、碱、盐、有机物或其他有害物质。②不得采用污水、pH值小于5的酸性水；硫酸盐含量（按SO42-计）超过500mg/L的水和氯化物含量大于500mg/L水不得使用于本工程混凝土中。③混凝土结构不得用海水拌制混凝土。
2.3 骨料
骨料在混凝土中约占70%，是混凝土的主要组成部分。集料与掺合料 集料的选择应考虑其碱活性，防止碱集料反应造成的危害，集料的耐蚀性和吸水性，同时选择合理的级配，改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土密实度。
粗集料宜采用反击破工艺生产的坚硬碎石。需要采用粗石、细石混合使用的混合级配其紧密堆积空隙率不宜大于40%。
粗集料最大粒径应不超过结构物最小尺寸的1/4、钢筋最小净距的3/4和保护层厚度的2/3；当设置两层或多层钢筋时，不得超过钢筋最小净距的1/2；泵送混凝土的粗集料最大粒径不应超过输送管内径的1/3；水下灌注混凝土的粗集料最大粒径不得大于导管内径的1/6和钢筋最小净距的1/4。海工混凝土粗集料采用碎石，最大粒径不应超过25mm。
粗集料进场时控制级配、针片状颗粒含量、吸水率和密度，包括堆积密度和表观密度、含泥量、坚固性、压碎值指标、碱集料反应，有害物质含量等。
细集料应选用颗粒坚硬、强度高、耐风化的天然河砂，不得使用海砂、山砂、人工砂或风化严重的多孔砂。
泵送混凝土用砂宜选用细度模数为3.0～2.6的中粗砂，2.36mm筛孔的累计筛余宜不大于15%，0.3mm筛孔的累计筛余量宜在85～93%。
粗集料进场时控制细度模数、颗粒级配、含泥量、泥块含量、坚固性、氯离子含量、有害杂质含量和碱活性等。
2.4 外加剂
所采用的化学外加剂，必须是经过有关部门检验并附有检验合格证的产品，其质量应符合《混凝土外加剂》（GB/T 8076-1997）、《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-2003）以及《聚羧酸系高性能减水剂》（JG/T223-2007）的规定，使用前应复验其效果，使用时应符合产品说明、及本规范关于混凝土配合比、拌制、浇筑等各项规定。
2.5 矿物质掺合料
粉煤灰质量应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2005）和《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GB/T 18736-2002）的I级粉煤灰规定。同时海工混凝土应控制粉煤灰的氯离子含量不宜大于0.02%
磨细高炉粒化矿渣粉（矿粉）进场检验，应符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T18046-2008）中的S95以上规定。大体积海工混凝土宜采用比表面积控制在400～440 m2/kg范围S95级矿粉，氯离子含量不宜大于0.02%，烧失量不大于1%。
3 海工高性能混凝土配合比
3.1 配合比设计基本规定
3.1.1 在满足混凝土单位体积胶凝材料最低用量要求的前提下，尽可能降低硅酸盐水泥用量，使用大掺量优质粉煤灰、磨细矿粉等矿物掺合料，以降低混凝土水化热温升和提高混凝土抗氯离子渗透性。
3.1.2 配制海工高性能混凝土，宜采用混掺矿物掺合料的胶凝材料体系，混掺矿物掺合料的总量不宜低于胶凝材料总量的45%，不宜超过胶凝材料总量的70%。混掺矿物掺合料的胶凝材料体系掺合料的适宜掺量如下表1所示。
表1 混掺矿物掺合料体系掺合料的适宜掺量
矿物掺合料种类磨细粒化高炉矿渣粉煤灰硅灰
占胶凝材料质量百分比/%≤45≤30≤5
3.1.3 在满足混凝土强度、工作性、耐久性要求的前提下，最大限度地减少胶凝材料用量及浆体率，提高混凝土体积稳定性。
3.1.4 对于大体积混凝土宜选用具有缓凝效果的高效减水剂，以推迟和削减水化热温峰。
3.1.5 通过使用级配、粒形良好的集料来降低混凝土中浆体比率、提高混凝土的体积稳定性，通过掺入大量矿物掺合料来降低混凝土水化热温升、提高混凝土的抗渗性能，通过掺入与胶凝材料匹配的优质高效减水剂来降低混凝土升温速率及混凝土中的拌合用水量，通过适量的引气来提高混凝土的体积稳定性、降低混凝土的粘性，提高混凝土的施工性。
3.1.6 混凝土抗氯离子渗透性采用非稳态氯离子快速迁移法（NT Build492）来评定。分别检测28d、56d及混凝土抗氯离子渗透性，掌握抗氯离子渗透性的发展规律，便于现场施工控制使用，其中以28d抗氯离子渗透性指标作为质量控制标准，以56d抗氯离子渗透性指标作为质量评定依据，预制混凝土构件宜以56d抗氯离子渗透性指标作为评定依据。
3.2 海工高性能混凝土常用标号及主要设计指标表2
表2 海工高性能混凝土常用标号及主要设计指标
序号混凝土标号最大
水胶比施 工 和 易 性（mm）Cl-扩散系数m2/s抗渗等级试配强度
塌落度扩展度28d56d
1C350.42200±20500±507.0×10-125.0×10-12/43.2
2C400.40200±20500±507.0×10-124.5×10-12/48.2
3C450.38200±20/6.5×10-124.5×10-12P1254.0
4C500.36180±20/6.5×10-124.5×10-12/60.0
5C550.36180±20/6.0×10-124.0×10-12/69.9
66C600.36180±20/6.0×10-124.0×10-12/69.9
3.3 海工高性能施工配合比試验研究
3.3.1 原材料选择简述
（1）水泥：华润水泥华润水泥（平南）有限公司生产P·Ⅱ 42.5水泥，比表面积360m2/kg，28d抗压强度49.6MPa，CaO含量62.41%，MgO含量2.2 %，三氧化硫SO3含量2.4 %。
（2）粉煤灰：江苏镇江谏壁电厂生产的苏源牌Ⅰ级粉煤灰，细度 8.0%，烧失量 1.5%，需水量比94%，三氧化硫（SO3）含量 0.6%。
（3）矿粉：唐山曹妃甸盾石新型建材有限公司生产S95级矿渣粉，比表面积430m2/kg，流动度比104，烧失量0.11%，三氧化硫含量0.03%，28d活性指数104%。
（4）碎石：新会白水带石场，5～10mm，10～20mm（或10～25mm）碎石两种粒径进行掺配，配制成5～20mm（或5～25mm）的连续级配，表观密度2.69g/cm3，压碎指标4%，含泥量0.2%，针片状颗粒含量2%，坚固性2%，硫化物及硫酸盐含量0.2%，无潜在碱-硅酸反应危害，C35桩基配合比可采用5～25mm连续级配碎石，承台、墩、箱梁、沉管可采用5～20mm连续级配碎石。
（5）砂：产地西江，2区中砂，细度模数3.0，表观密度2.61 g/cm3，堆积密度1.57 g/cm3，含泥量0.8%，2.36mm筛孔的累计筛余15%，0.3mm筛孔的累计筛余93%。
（6）外加剂：江苏苏博特新材料股份有限公司生产的PCA-I聚羧酸高性能减水剂（缓凝型），减水率31%，28d抗压强度134%。
（7）水：饮用自来水。
3.3.2各强度等级混凝土配合比设计见表3
表3 混凝土配合比设计
试验
编号水胶比砂率试 配 混 凝 土 材 料 用 量（kg/m3）坍落度（mm）拌合料工作性能描述
水水泥粉煤灰矿渣粉胶材碎石砂外加剂
T350.35441452071248341410007864.14210保水性、粘聚性良好，流动性适中
T400.35451502101328842010208054.40220保水性、粘聚性良好，流动性适中
T450.344314318910512642010247804.20180保水性、粘聚性良好，流动性适中
T500.324114122011011044010657714.40185保水性、粘聚性良好，流动性适中
T550.30411412827011847010767484.70220保水性、粘聚性良好，流动性适中
T600.3040146326887348710637095.36220保水性、粘聚性良好，流动性适中
3.3.3混凝土各项性能试验结果汇总见表4
表4 配合比性能试验结果
试验编号水胶比7d抗压强度（MPa）28d抗压强度（MPa）抗渗等级塌落度 （mm）扩展度（mm）含气量（%）28dCl-扩散系数（m2/s）56dCl-扩散系数（m2/s）粘聚性保水性
T350.3536.045.4>P122105052.75.9×10-123.2×10-12良好良好
T400.3536.051.9>P122205002.86.0×10-123.0×10-12良好良好
T450.3444.554.2>P121804902.94.1×10-122.9×10-12良好良好
T500.3244.660.7>P121854902.83.4×10-122.2×10-12良好良好
T550.3056.965.3>P122205052.82.6×10-121.9×10-12良好良好
T600.3060.972.6>P122205103.04.9×10-122.9×10-12良好良好
4 海工混凝土配合比在工程施工上的應用
各配合比在港珠澳大桥主体工程桥梁工程CB05标和岛隧工程桩基、沉管、箱梁、桥面板等部分构件施工使用。在混凝土施工过程中，混凝土的和易性好，施工快捷，而且混凝土的凝聚性和流动性特别好。在控制好混凝土的入模温度，严格按照施工技术规范要求进行施工，做好夏季施工温控措施，混凝土养护及时到位，降低了大体积混凝土开裂的几率，使混凝土外观美观平整，色泽均匀一致。
在海工混凝土各工程实体浇筑过程中，按规定现场取样、成型和养护，并按规范要求，完成了海工混凝土抗压强度和氯离子渗透性试验，以质量评定标准的要求，进行海工混凝土质量评定，海工混凝土的强度和氯离子渗透指标均高标准地满足了港珠澳大桥混凝土耐久性质量技术规程及验收标准的要求。其技术指标统计见表5
表5 混凝土技术指标汇总表
指标
使用部位设计强度等级28d抗压强度/MPa56dCl-扩散系数（m2/s）抗渗等级评定
试验
组数平均值标准差试验
组数平均值设计值试验
组数平均值
桩基C351245.12.683.1×10-125.0×10-12//良好
桩基C401052.83.152.6×10-124.5×10-12//良好
沉管C451056.92.9102.8×10-124.5×10-123>P12良好
墩C501263.52.682.6×10-124.5×10-12//良好
箱梁C551067.12.582.0×10-124.0×10-12//良好
桥面板C602471.92.3132.5×10-124.0×10-12//良好
5 结束语
5.1 对相同的混凝土配合比，不同的原材料及其参量对混凝土的强度、工作性能等有较大的影响，外加剂的影响尤为突出。
5.2 高性能混凝土的设计应遵循选用高效减水剂、掺入活性掺和料、优化配合比参数等基本原则。通过降低水胶比、强化水泥石与集料的界面、改善水泥水化产物、降低孔隙比、提高密实度来实现高耐久、高强度、高性能。
5.3 高性能混凝土的配合比设计，应根据不同的应用环境和工艺来设计并优化得到。
参考文献：
[1]丁大钧.高性能混凝土及其在工程中的应用{M}.北京：机械工业出版社，2007
[2]冯乃谦.高性能混凝土结构{M}.北京：北京：机械工业出版社，2004.7
[3]黄可信，吴兴祖等编译.钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀与防护.中国建筑工业出版社，2004
配合比设计方法 篇12
1 对钢纤维喷射混凝土的材质要求
1.1 水泥以及水灰比
进行钢纤维喷射混凝土的施工中, 主要的施工要求是要有好的工作性能, 也就是要求混凝土本身有着非常好的保水性和流动性以及粘性。当水泥进行水化以后, 需要将集料还有就是钢纤维的表选择胶合料去进行覆盖, 进行覆盖的主要目的是为了去降低阻力, 然后令混凝土具有一定的流动性, 随之对钢纤维喷射混凝土以及所喷面进行一定的粘接。水泥的强度和钢纤维喷射混凝土的强度是一种正比例的关系, 假如在进行水泥的施工中都是选择用高标号的水泥那么可能会提升施工的成本, 使水化热加大, 这样的情况对混凝土的强度的也有着十分不利的影响。
一般混凝土有着一定的抗压强度还有和灰水比成正比例的联系, 可如果钢纤维喷射混凝土, 在进行喷射时水灰比还有受喷面的混凝土的水灰比之间是会有很大区别的。这个时候水灰比就比较大, 而水泥的产生的水化反应也很充分, 可是混凝土拌合物易离析并且会出现泌水的情况, 同时混凝土在硬化后还容易出现变形;水灰比太小, 多出来的水泥颗粒也就多, 干喷的工艺同时也增加了粉尘还有诨名图的回弹率, 同时钢纤维喷射混凝土是喷敷出一种层状的, 可以说粘结性就很弱了。所以, 水灰比不仅仅是需要能够让钢纤维喷射混凝土本身有着很强的流动性, 同时还应该具有一定的强度, 最好不要使钢纤维喷射混凝土离析以及泌水, 不然就会出现回弹率增大。
1.2 集料
粗集料主要是用于钢纤维喷射混凝土起到支架的作用, 并且主要对混凝土的强度起搭配作用, 卵石的表面光, 与水泥胶合料的粘结要比碎石弱, 和碎石相比可以减轻对喷射设备的损伤。并且水泥浆体和单个石子之间界面的过渡层周长和厚度都比较小, 不容易形成大的缺陷, 对于界面强度的提高是十分有利的, 同时还有利于混凝土弹性模量的增长和耐久性的提高。细集料主要的作用是补充空隙, 它的细度模数以及砂率对混凝土的粘聚性以及流动性有着较大的影响。因为砂子的比表面积和同等质量的石子的比表面积相比要大一些, 所以用到的水泥浆就比较多。
1.3 钢纤维
钢纤维喷射混凝土在喷射的时候产生的这种分布不均匀的情况提升了混凝土自身的弯拉强度以及韧性还有阻裂能力。经过分析, 钢纤维喷射混凝如果裂开后还是有着相对的负荷力。经常用到的钢纤维的弹性模量是200GPa, 其中抗拉的强度是380到1300MPa, 延伸率为百分之三到百分之三十。这种分布不均匀的情况在喷射混凝土中的钢纤维因为本身的高强度还有和集料的接合, 提升了混凝土整体的密实程度以及混凝土的耐久性。钢纤维的长径比对钢纤维增强和增韧的效果有着很大的影响, 同时也影响着喷射混凝土自身的工作性能。这两点是相互矛盾的, 主要是一般我们选择的表面粗糙并且两端带钩的钢纤维的强度和增韧都比较好, 可是在进行施工的时候, 分散却比较难, 也容易结团, 对施工的效率有影响。
1.4 外加剂和掺和料
不管是选择干喷法还是应用湿喷法去进行施工, 这都对喷射混凝土拌和物的干料以及湿料在喷嘴和速凝剂等混合喷出有所要求, 需要在很短的时间内凝结。施工的时候, 经常使用速凝剂以及高效的减水剂缩短喷射混凝土的凝结的时间, 特别是在初凝时。假如不符合要求, 那么就会增加回弹率, 钢纤维喷射混凝土密实程度不好, 也就使混凝土的强度以及耐久性得不到保障, 最后也就达不到预期的经济效益。
2 喷射钢施工技术要点
2.1 混凝土拌制、存放和运输
钢纤维能不能拌合均匀, 和原材料以及搅拌工艺有很大的关系, 并且受搅拌机械以及投料方法影响很大。试验表明:强制式的搅拌机和自落式的搅拌机相比较, 所生产出产品的效果也有很大的不同。同时钢纤维喷射混凝土在进行施工的时候, 喷锚料要求拌和后立刻使用, 掺进去的速凝剂保存的时间不能够超出20min, 不加入速凝剂的时候干混合料存放时间也不能够超过2h, 不然就会被当做是废料, 不能够再被使用。在运输以及存放过程中不能够被淋雨也不可以混水或是其他的杂物。
2.2 喷射作业
由于混合料是由胶管进行的高速的输送, 输送的路径长所以在喷头的地方已经出现了分离, 水在距受喷面一米左右的地方加入, 喷射需要按照其目前标定的给水速度去进行水阀的调整, 并且按照混凝土的配合比去确认水灰比进行供水。喷射混凝土的时候, 喷枪正面垂直的面向工作面, 并且不间断的平稳地从上到下水平的移动, 喷头需要一圈压半圈进行旋转喷射。
2.3 养护
可以说混凝土施工质量的好不好, 主要是受到养护的影响。所以当混凝土喷射完成以后就要马上进行洒水以及喷水的养护工作。减少因为养护不及时而造成喷射钢纤维喷射混凝土的质量出现问题。
3 质量控制措施
在实际的施工里面, 有很多项目是需要施工的人员进行相应的控制的, 这些项目主要集中在对设备的操作和对施工进度的掌握。因为上述说的这些元素, 所以在进行施工的时候对操作人员的要求就比较高, 这就需要相关的操作人员自身具备十分专业的施工知识, 并且有着很强的责任感。总结起来钢纤维喷射混凝土的施工是需要相互密切联系的, 特别是对干喷法施工的工艺, 所以强化施工现场的管理和协调是非常有必要的。
在施工中选择干喷法的时候, 对钢纤维喷射混凝土的配比是没有具体的规定和指标的, 所以配制的时候都是根据施工人员以往的操作经验去进行配比的把握的, 这样的施工有着一定的不确定性, 所以对于钢纤维混凝土的配制也是十分不好把握的;而我们所谈到的湿喷法进行配比的时候, 和干喷法不同是有着相对的配合比的, 这样在进行配制的时候就容易的多。但是尽管这样, 还是需要求工作人员的对操仪器进行熟悉, 同时还需要对有关的知识进行掌握;另外就是要在施工进行中的时候, 对施工现场的喷射混凝土进行取样和试验, 从坍落度试验中去判别混凝土的和易性, 以保证混凝土的工作性, 做到对施工的质量进行控制的主要目标。
4 结束语
综上所述, 要想加强混凝土的特性还需要关的施工单位去对具体的施工人员进行技能的培训, 对岗位的责任进行明确。对混凝土的现场施工和施工的进度以及施工的质量进行监管。只有这样才能够更好的保证整个混凝土施工的质量。
摘要：近几年随着我国的科学技术不断的提升, 钢纤维喷射混凝土的施工也被更为广泛的应用, 本文主要是对于钢纤维的喷射混凝土材料进行施工时的一些要求还有对钢纤维喷射混凝土的施工技术进行了总结。
关键词：钢纤维喷射,混凝土,水灰比,施工方法
参考文献
[1]马芹永.混凝土结构基本原理[M].北京:机械工业出版社, 2015.
[2]贺常乐, 欧志华.聚丙烯纤维混凝土的研究现状及探讨[J].广东建材, 2014 (6) .
[3]程庆国, 高路彬, 徐蕴贤, 吴淑华编著.钢纤维混凝土理论及应用[M].北京:中国铁道出版社, 2011.
[4]黄戈.钢纤维混凝土在公路隧道路面中的探讨[J].四川建材, 2011, (04) .
[5]杜国平, 李晓红, 宋战平.纤维喷射混凝土单层衬砌施工技术探讨[J].公路交通科技 (应用技术版) , 2010, (09) .
[6]祝云华.钢纤维喷射混凝土力学特性及其在隧道单层衬砌中的应用研究[D].重庆大学, 2012.
[7]中国工程建设标准化协会标准《钢纤维砼试验方法》CECS 13∶89.
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