碾压混凝土配合比设计试验

1、碾压混凝土实验室配合比设计试验1 试验目的测定碾压混凝土配合比设计试验所用原材料的物理力学性能指标，然后进行 碾压混凝土实验室的配合比设计。2 试验方案 本试验根据配合比设计所需的技术资料，首先对选定的材料进行物理力学性 能指标的测定试验， 再依据配合比设计规程及原则来进行配合比的设计， 对于碾 压混凝土，设计时主要考虑其三大参数的要求。本试验流程图如图2.1 所示。原材料的物理力学性能试验不满足技术要求易压实性可碾压性满足技术要求确定实验室配合比图 2.1 试验流程图3 试验方法3.1 原材料的物理力学性能试验本试验配合比设计所用的原材料主要有：水泥、粉煤灰、石灰、粗细集料、水及外加剂等。3

2、.1.1 水泥试验水泥试验主要包括：水泥细度试验、水泥标准稠度用水量试验、水泥凝结时 间试验、水泥体积安定性试验、水泥胶砂强度试验等。水泥细度试验采用手工干筛法来检验水泥细度；水泥标准稠度用水量试验、 水泥凝结时间试验及水泥体积安定性试验 （雷氏夹法）按 GB/T 1346-1989水泥 标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法 ，用沸煮法，对该水泥进行了安 定性试验；水泥胶砂强度试验通过 ISO 法来测定水泥的强度等级。通过试验，得到本试验所用水泥的物理性能见表 1.1表 1.1水泥的物理性能表水泥品种初凝（h:min）终凝（h:min）安定性（mm）筛余量（%）标准稠 度（%）抗压（Mpa

3、）抗折（Mpa）3d 28d3d 28dP.C32.5R2.13.1.2 粉煤灰试验根据用于水泥和混凝土中的粉煤灰 GB159691 以及国家标准 GB1751999，GB13441999，GB129581999 中的规定，需对粉煤灰的细度、密度、 凝结时间、体积安定性和强度及强度等级等主要技术性质经行测定。通过试验，该粉煤灰的物理性能见表 1.2。表 1.2粉煤灰的物理性能表粉煤灰等级密度（g/cm3）堆积密度（g/cm3）细度（%）比表面积（g/cm2）需水量（%）28d抗压 强度比 （%）级2.302263.1.3集料试验集料试验主要包括测定砂、石的近似密度试验、砂、石的堆积密度试验、砂

4、、石的空隙率计算和砂、石的筛分析试验等。表 1.3通过试验，测得所用砂子、石子的物理性能见表 1.3、表 1.4砂子的物理性能表近似密度（g/cm3）堆积密度（g/cm3）细度模数含泥量（ %）空隙率（ %）2.6231.6032.138.9表 1.4石子的物理性能表近似密度（g/cm3）堆积密度（g/cm3）颗粒级配 含泥量（%） 压碎值空隙率（%）2.6091.44044.83.1.4 石灰试验按现行建材行业标准建筑生石灰 JC/T47992、建筑生石灰粉 JC/T480 92 的规定，需对生石灰中的钙、镁含量及其等级、细度、体积安定性等技术 指标进行测定。通过试验，测定石灰的物理性能指标

5、如表 1.5 所示 表 1.5石灰的物理性能表等级密度（g/cm3）堆积密度（g/cm3）细度（ %）3.1.5 水要求 PH4，采用自来水即可。3.2 碾压混凝土配合比设计原理与方法混凝土的配合比设计应按国家现行标准 普通混凝土配合比设计规程 JGJ55 的有关规定， 根据混凝土的强度等级、 耐久性和工作性等要求进行。 对于有特殊 要求的混凝土， 其配合比设计尚应符合国家现行有关标准的专门规定。 在进行混 凝土配合比设计时，要考虑其三大参数：（1）水灰比，主要控制混凝土的强度和耐久性；（2）单位用水量，主要控制混凝土的流动性；（3）砂率，它表明了粗细骨料的组合关系，主要控制混凝土和易性中的粘

6、聚性 和保水性要求。对于碾压混凝土，其配合比设计至今都没有统一的方法，目前国内外比较公 认的设计方法有正交设计法和日本建设部关东技术事务所与水泥协会共同推荐的碾压式混凝土配合比设计方法。 其设计思想都是： 尽可能减小碾压混凝土的孔 隙率，用碾压混凝土最优含水量， 确定最佳的水灰比。 采用标准击实实验确定最 佳含水率，再确定碾压混凝土的单方用水量， 再结合施工经验， 确定基准配合比， 最后从中选择适合本工程施工技术要求的施工配合比。本试验在进行配合比设计中主要采用了碾压式混凝土配合比设计方法。该设 计方法的主要特点是将多个主要因素联系在一起， 根据混凝土学原理， 按照细骨 料和粗骨料的空隙分别由

7、水泥浆和砂浆填充的原则， 引入水泥浆填充系数 （水泥 浆富余系数） Kp 和砂浆填充系数（砂浆富余系数） Km ，即：Kp = 水泥净浆体积 /细骨料空隙体积 1Km = 砂浆体积 /粗骨料空隙体积 1通过试验研究，在一定的密实功下当填充性良好时，Kp ，Km 值可分别取1.11.4和1.21.6，本试验的 Kp、Km 取值为 1.3、1.6。确定出 Kp，Km 值后， 碾压混凝土的各种材料用量可按下式来进行计算：1000 10VaG10VGK m 1WG G10VGKm(10VSK p( WS1) WGS10VSK pWS式中 Va含气量， %； Ws，WG干细骨料、粗骨料在充分密实下的单位

8、质量， kg/m3； Vs， VG 干细骨料、粗骨料在充分密实下的空隙率， %； s，G， c细骨料、粗骨料、水泥的密度， g/cm3； G，S，W， C 粗骨料、细骨料、水、水泥用量， kg/m3。碾压混凝土的主要参数有：水灰比 W/C ；砂浆富余系数 Km；水泥浆富余系 数 KP；粉煤灰掺量 f ，W/C 和粉煤灰用量是影响碾压混凝土可碾性、强度、耐久 性的主要因素，若在碾压混凝土中加入其他材料，如减水剂、缓凝剂等，就应考 虑添加材料对碾压混凝土性能的影响。3.3 碾压混凝土配合比设计试验一）碾压混凝土实验室配合比设计试验1 试验所用原材料及其物理性质（见章节 3.1）（1）胶凝材料：粉煤

9、灰、石灰、水泥；（ 2）集料：砂子、石子；（3）自来水等。2 试验所用仪器： （ 1）台秤，电子天平（称量 1000g，感量 1g）；（2）砼拌合物维勃稠度测定仪、圆形配重盘；（3）量筒、烧杯、秒表等。3 基准配合比设计基准配合比设计过程中，所用各材料用量如表 3.1 所示表 3.1各组材料用量数据表组别粉煤灰（g）石灰（ g）砂子（ g）石子（ g）水（ ml）混合料 总质量 （g）12005074013801352370217575740123018522203280708301140150232042807083011401602320528070830114017023204 可碾性、

10、易压实性及强度的测定方法和试验装置由于碾压混凝土属于特干硬性水泥混凝土，因此工作性指标的选择、检验与 控制对于其压实度、弯拉强度及平整度至关重要。（1）可碾性的测定 可碾性的测定方法可用改进 VC 值法来评价。 试验中的“试样表面出浆评分” 宜为 4 5 分，并不应低于 4 分。试样表面评分标准值见表 3.2。评分54321表面状况平整平整平整有缺陷不平整出浆很好出浆较好基本出浆出浆不足无浆试样表面出浆评分表表 3.2（2）易压实性的测定 本试验采用 RA 法来测定碾压混凝土的易压实性及其湿密度。首先将搅拌好 的 2.3 kg 的碾压式混凝土放入圆筒模具中，再把 19.5 kg 的配重放进圆筒

11、，开启仪器振动 20 s后，测定其压实度，以此来量度易压实性。试验装置见图3.1、图图 3.1 RA 法测定装置3.2。图 3.2 RA 法高度 H 测定方法（3）抗压强度的测定将碾压混凝土拌和物分两层装入 200mm 200mm200mm 试模中，试模固 定于振动台上，碾压混凝土拌和物表面加配重 （21kg），施振时间为 20s，成型 24 小时后拆模，试块放于标准养护室中养护。以 3d、 7d、28d 各自抗压强度 R3、 R7、R28 及抗折强度 F3、 F7、F28 为考核指标，分别对五组不同配比的试件进 行试验。具体试验部分见充填结构体压缩性能试验部分。5 试验主要步骤及过程（1）称

12、料、拌合按表 3.1中所给的各组材料的各自用量进行称量。先将称量好的第1 组材料倒在拌合板上，不加水将各材料拌合均匀，然后加水进行充分均匀拌合。（2）装料将拌合好的碾压混凝土装入维勃稠度测定仪的圆筒内，装入后再将其表面刮 平，在振动台上固定好圆筒后，将预定重量的圆形配重盘（ 19.5kg）加在刮平的 碾压混凝土上面。（3）振动启动仪器，用秒表计时，振动 20s 即暂停，然后观察圆盘周围的反浆情况， 或去掉配重后查看表面的平整性，并结合表 3.2 进行可蹍性评分。根据振实情况，如果表面不很平整及无浆泌出，可考虑继续振实1020s；如果表面很平整且有足够浆泌出， 即可认为已达到最佳密实情况， 并做

13、好相关数 据的记录。（4）配合比调整通过上一次的试验，改变相关混合料的质量，进行配合比的调节，确定出一 组新的掺量值，按表 3.1 中的其他各材料用量再次称量，并重复试验步骤（ 1）、 （2）、（3），直至拌合物的碾压性能够达到实验室要求，从而确定出最优的每立 方各个材料的用量。6 试验结果及分析对应各组分别振动 20s后所测得的可碾性及湿密度如表 3.3 所示。表 3.3可碾性和湿密度试验记录表组别混合料上 部筒高平 均值（cm）混合料厚 度值（ cm）混合料体 积3V （cm 3）湿密度（g/cm3）水灰比W/C可碾性 评分117.62.51139.842.1990.541217.92.2

14、1003.072.4900.745317.82.31048.662.3800.432417.62.51139.842.1930.463517.72.41094.262.2850.494通过以上试验，采用 RA 法测定了在胶凝材料中不掺水泥时，固定砂率，看 不同水胶比对碾压混凝土可蹍性能的影响， 初步确定了本试验范围内合适的水胶 比及砂率。在接下来的试验中，采用 VC 值法分别做了以下五组试验，试验记录如碾压 混凝土工作性记录表 1、表 2 所示。确定胶凝材料的总量为 300g，同时固定砂率 都为 0.41。前三组胶凝材料中只掺加了粉煤灰和石灰， 未掺加水泥， 看该情况下 不同水胶比对碾压混凝土

15、可蹍性能的影响； 后两组在胶凝材料中只掺加水泥， 看 此种情况下不同水灰比对碾压混凝土可蹍性能的影响。通过进一步的试验，又分别做了六组试验，试验记录如碾压混凝土工作性记 录表 3、表 4 及表 5 所示。此时，固定用水量为 160g，水灰比为 0.53，砂率为 0.40，胶凝材料的总量都为 300g。在前三组试验在胶凝材料中未掺加水泥， 后三 组试验的胶凝材料中掺加了水泥， 且三组水泥各占胶凝材料总量的 17%、33%和 50%。通过这六组试验，保持水灰比、砂率及用水量不变，看不同比例的胶凝材 料用量对碾压混凝土性能的影响。综合以上试验，确定出了五种适合于本工程的碾压混凝土实验室配合比，其 中

16、 VC 值法所用材料总用量为 2.43kg，确定的配合比参数为：水胶比 0.53，砂率 0.40，并采用表 3、表 4及表 5 中的第 1、2、4、5、6 组试验材料用量作为强度 试验中的五种配合比，以此来进行碾压混凝土抗压强度试验试件的制备。通过以上几组试验可以看出，第 5 组情况下的可压实性效果较好，并结合现 场施工可蹍性的设计试验，得出其压实率为： 2.255/2.285=97.8%。（二）碾压混凝土抗压强度试件的制备试验1 各材料用量由上面配合比设计试验中所确定的水灰比和砂率，以及试模大小尺寸，称取5L 的材料用量，各材料用量如表 3.4 所示。表 3.4材料用量数据表材料粉煤灰（ F

17、）石灰砂子（ S）石子（ G）水（W）质量（ g）1400350415057008502 试验所用仪器（1）台秤；（2）砼拌合物维勃稠度测定仪、方形配重盘；（ 3） 200mm200mm200mm 立方体试模；量筒、烧杯、捣棒等。3 试验主要操作过程（1）称料拌合通过表 3.3可以看出，第 5 组的材料配合比能够达到较好的碾压效果，因此， 本试验的各材料用量分别取第 5 组各材料用量的 5 倍（5 L）。将称量好的各材料倒在拌合板上，先不加水将各材料拌合均匀，然后加水进行充分拌合。（2）装料将拌合好的碾压混凝土装入 200mm200mm200mm 立方体试模内，分两 次装满，并每次用捣棒各倒

18、50下（由外向内螺旋次序振捣） 。随后将其表面刮平， 在振动台上固定好试模， 将预定重量的方形配重盘 （21kg）加在刮平的碾压混凝 土上部。（3）振动启动仪器，用秒表计时，振动 20s 即暂停，去掉配重后查看表面的平整性， 并结合表 3.2 进行可蹍性评分。根据振实情况，如果表面不很平整及无浆泌出，可考虑继续振实1020s；如果表面很平整且有足够浆泌出， 即可认为已达到最佳密实情况， 并做好相关数 据的记录。（4）配合比调整 通过上一组的试验，若表面很平整且有水泥浆泌出，即可认为已达到最佳密 实情况，可以用该组的配合比来进行强度试验；若表面不很平整且无浆体泌出， 则需考虑改变相关混合料的质量

19、，进行配合比的调节，确定出一组新的掺量值， 再次称量，并重复试验步骤（ 1）、（2）、（3），直至拌合物的碾压性能够达到实验 室要求，从而确定出最优的每立方各个材料的用量， 在实际施工过程中， 只需按 所给材料的物理性能参数进行相关系数的调整即可。4 试验结果及分析试验数据记录如表 3.5 所示。表 3.5可碾性和湿密度试验记录表试模内砼 组别 上部高度 组别 平均值（cm）混合料厚 度值（ cm）混合料体 积V （cm 3）湿密度（g/cm3）水灰比W/C可碾性 评分1 6.213.855202.2550.494振动 20s 后取掉配重，可以观察到表面返浆明显，说明用水量稍许偏多。拆 除模具

20、后， 可以观察碾压砼四周内侧上表面均密实， 下表面有少许部分呈蜂窝不 平状。拨开砼后，发现砼内部已基本全部挤密压实了，由此可以看出，对于制备抗压强度试验所需的试件，该试验方法是合理、可行的5 其他该试验过程中试验设备参数如表 3.6、表 3.7 所示。表 3.6 砼拌合物维勃稠度测定仪圆筒的尺寸参数表名称圆筒内壁高度（ cm ）圆筒内径（cm）圆筒底面积（cm3）尺寸20.124.1455.94表 3.7 试验配重的质量参数表名称仪器原配 带杆塑料 圆盘单个薄铁 圆盘单个厚铁 圆盘带螺丝杆 体单个薄方 铁盘单个厚方 铁盘质量（ g）27202470477061030005910碾压混凝土工作性

21、记录表试验编号试验配合比 （g）水灰 比粉煤石灰水泥砂子石子水灰124060080011701400.47224060080011701600.53324060080011701500.50工作性测定最佳砂率振动总 时间工作性评湿密度（kg/m3）干密度（kg/m3）含水率（%）（s）分（ 15）202199319130.413022028192540220511942204213219910.41305222120756.64052287213720219971917303203919530.416.24032123199180422402101试验日期： 2012-7-28备注1）第 1组

22、材料总量 2410g，第 2组材料总量 2430g，第 3组材料总量 2420g，第 4组材料总量 2410g，第 5组材料总量 2430g； （2）圆筒内底面积取值为 455.94cm2；配重： 3 4770（厚圆板） +2470（薄圆板） +2720（原配杆） =19500g。试验有关事项说明碾 压 混 凝 土 工 作 性 记 录 表 2试验日期： 2012-7-28试验 编号试验配合比 （g）水灰 比砂率工作性测定湿密度3（kg/m3）干密度3（kg/m3）最佳 含水率（%）备注粉煤 灰石灰水泥砂子石子水振动总 时间 （s）工作性评 分（15）40030080011701400.470.

23、41202203319155.8302203319154022057193750030080011701600.530.41203215719876.63042317216540525382371试验有关事项 说明（1）第 1组材料总量 2410g，第 2组材料总量 2430g，第 3组材料总量 2420g，第 4 组材料总量 2410g，第 5组材料总量 2430g； （ 2）圆筒内底面积取值为 455.94cm2，配重： 3 4770（厚圆板） +2470（薄圆板） +2720（原配杆） =19500g。碾 压 混 凝 土 工 作 性 记 录 表 3试验日期： 2012-7-29（上午）试验 编号试验配合比 （g）水灰 比砂率工作性测定湿密度3（kg/m3）干密度3（kg/m3）最佳 含水率（%）备注粉煤 灰石灰水泥砂子石子水振动总 时间 （s）工作性评 分（15）124060078011901600.530.40104222120746.62052317216530524232263405221090078011901600.530.40102210719686.6203215820163042287213740423922259试验有关事项 说明（1）材料总用量：第 3 组为 2440g，其余组均为 2430g；（2）圆筒内底面积取值为 455.94cm2，配重： 3