路面水泥混凝土配合比设计

路面水泥混凝土配合比设计2009年4月5日一、路面水泥混凝土原材料的基本要求

混凝土混合料由水泥、粗集料、细集料、水与外加剂等原材料组成。下面重点讲一下这些材料基本要求及其主要指标的试验方法。㈠水泥1、特重、重交通路面宜采用旋窑道路硅酸盐水泥，也可采用旋窑硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；中、轻交通的路面可采用矿渣硅酸盐水泥；低温天气施工或有快通要求的路段可采用R型水泥，此外宜采用普通型水泥。各交通等级路面水泥抗折强度、抗压强度应符合下表的规定。各交通等级路面各龄期的抗折强度、抗压强度交通等级特重交通重交通中、轻交通龄期(d)328328328抗压强度(MPa)，≥25.557.522.052.516.042.5抗折强度(MPa)，≥4.57.54.07.03.56.52、水泥进场时每批量应附有化学成分、物理、力学指标合格的检验证明。各交通等级路面所使用水泥的化学成分、物理性能等路用品质要求应符合下表的规定。各交通等级路面用水泥的化学成分和物理指标水泥性能特重、重交通路面中、轻交通路面水泥性能特重、重交通路面中、轻交通路面水泥性能特重、重交通路面中、轻交通路面铝酸三钙②不宜>7.0%不宜>9.0%铝酸三钙②不宜>7.0%不宜>9.0%铝酸三钙②不宜>7.0%不宜>9.0%铁铝酸四钙②不宜<15.0%不宜<12.0%铁铝酸四钙②不宜<15.0%不宜<12.0%铁铝酸四钙②不宜<15.0%不宜<12.0%游离氧化钙②不得>1.0%不得>1.5%游离氧化钙②不得>1.0%不得>1.5%游离氧化钙②不得>1.0%不得>1.5%氧化镁①不得>5.0%不得>6.0%氧化镁①不得>5.0%不得>6.0%氧化镁①不得>5.0%不得>6.0%三氧化硫①不得>3.5%不得>4.0%三氧化硫①不得>3.5%不得>4.0%三氧化硫①不得>3.5%不得>4.0%碱含量Na20＋0.658K2O≤0.6%怀疑有碱活性集料时，≤0.6%；无碱活性集料时，≤1.0%碱含量Na20＋0.658K2O≤0.6%怀疑有碱活性集料时，≤0.6%；无碱活性集料时，≤1.0%碱含量Na20＋0.658K2O≤0.6%怀疑有碱活性集料时，≤0.6%；无碱活性集料时，≤1.0%混合材种类②不得掺窑灰、煤矸石、火山灰和粘土，有抗盐冻要求时不得掺石灰、石粉不得掺窑灰、煤矸石、火山灰和粘土，有抗盐冻要求时不得掺石灰、石粉混合材种类②不得掺窑灰、煤矸石、火山灰和粘土，有抗盐冻要求时不得掺石灰、石粉不得掺窑灰、煤矸石、火山灰和粘土，有抗盐冻要求时不得掺石灰、石粉混合材种类②不得掺窑灰、煤矸石、火山灰和粘土，有抗盐冻要求时不得掺石灰、石粉不得掺窑灰、煤矸石、火山灰和粘土，有抗盐冻要求时不得掺石灰、石粉安定性①雷氏夹或蒸煮法检验必须合格蒸煮法检验必须合格安定性①雷氏夹或蒸煮法检验必须合格蒸煮法检验必须合格安定性①雷氏夹或蒸煮法检验必须合格蒸煮法检验必须合格标准稠度需水量不宜>28%不宜>30%标准稠度需水量不宜>28%不宜>30%标准稠度需水量不宜>28%不宜>30%烧失量②不得>3.0%不得>5.0%烧失量②不得>3.0%不得>5.0%烧失量②不得>3.0%不得>5.0%比表面积宜在300—450m2／kg宜在300—450m2／kg比表面积宜在300—450m2／kg宜在300—450m2／kg比表面积宜在300—450m2／kg宜在300—450m2／kg细度(80μm)②筛余量不得>10%筛余量不得>10%细度(80μm)②筛余量不得>10%筛余量不得>10%细度(80μm)②筛余量不得>10%筛余量不得>10%初凝时间①不早于1.5h不早于1.5h初凝时间①不早于1.5h不早于1.5h初凝时间①不早于1.5h不早于1.5h终凝时间②不迟于10h不迟于10h终凝时间②不迟于10h不迟于10h终凝时间②不迟于10h不迟于10h28d干缩率*②不得>0.09%不得>0.10％28d干缩率*②不得>0.09%不得>0.10％28d干缩率*②不得>0.09%不得>0.10％耐磨性*②不得＞3.6kg／m不得>3.6kg／m2耐磨性*②不得＞3.6kg／m不得>3.6kg／m2耐磨性*②不得＞3.6kg／m不得>3.6kg／m2注：*28d干缩率和耐磨性试验方法采用《道路硅酸盐水泥》(CBl3693)标准。

3、选用水泥时，除满足上述表的各项规定外，还应通过混凝土配合比试验，根据其配制弯拉强度、耐久性和工作性优选适宜的水泥品种、强度等级。4、采用机械化铺筑时，宜选用散装水泥。散装水泥的夏季出厂温度：南方不宜高于65℃，北方不宜高于55℃；混凝土搅拌时的水泥温度：南方不宜高于60℃，北方不宜高于50℃，且不宜低于10℃。5、当贫混凝土和碾压混凝土用做基层时，可使用各种硅酸盐类水泥。不掺用粉煤灰时，宜使用强度等级32.5级以下的水泥。掺用粉煤灰时，只能使用道路水泥、硅酸盐水泥、普通水泥。水泥的抗压强度、抗折强度、安定性和凝结时间必须检验合格。㈡粗集料1、粗集料应使用质地坚硬、耐久、洁净的碎石、碎卵石和卵石，并应符合下表的规定。高速公路、一级公路、二级公路及有抗(盐)冻要求的三、四级公路混凝土路面使用的粗集料级别应不低于Ⅱ级，无抗(盐)冻要求的三、四级公路混凝土路面、碾压混凝土及贫混凝土基层可使用Ⅲ级粗集料。有抗(盐)冻要求时，I级集料吸水率不应大于1.0%；Ⅱ级集料吸水率不应大于2.0%。碎石、碎卵石和卵石技术指标项目

技术要求

I级

Ⅱ级

Ⅲ级

碎石压碎指标(％)<10<15<20①针片状颗粒含量(按质量计％)<5<15<20②含泥量(按质量计％)<0.5<1.0<1.5有机物含量(比色法)合格合格合格硫化物及硫酸盐(按SO3质量计％)＜0.5＜1＜1岩石抗压强度火成岩不应小于100MPa；变质岩不应小于80MPa；水成岩不应小于60MPa

表观密度>2500kg／m3

松散堆积密度>1350kg／m3空隙率<47%碱集料反应经碱集料反应试验后，试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定试验龄期的膨胀率应小于0.10％。注：①Ⅲ级碎石的压碎指标，用做路面时，应小于20%；用做下面层或基层时，可小于25%；②Ⅲ级粗集料的针片状颗粒含量，用做路面时，应小于20%；用做下面层或基层时，可小于25%。2、用做路面和桥面混凝土的粗集料不得使用不分级的统料，应按最大公称粒径的不同采用2～4个粒级的集料进行掺配，并应符合下表合成级配的要求。卵石最大公称粒径不宜大于19.0mm；碎卵石最大公称粒径不宜大于26.5mm；碎石最大公称粒径不应大于31.5mm。贫混凝土基层粗集料最大公称粒径不应大于31.5mm；钢纤维混凝土与碾压混凝土粗集料最大公称粒径不宜大于19.0mm。碎卵石或碎石中粒径小于75μm的石粉含量不宜大于1%。粒径级配方筛孔尺寸(mm)2.364.759.5016.019.026.531.537.5累计筛余(以质量计)(％)合成级配4.75～1695～10085～10040～600～104.75～1995～10085～9560～7530～450～504.75～26.595～10090～10070～9050～7025～400～504.75～31.595～10090～10075～9060～7540～6020～350～50粒级4.75～9.595～10080～1000～1509.5～1695～10080～1000～1509.5～1995～10085～10040～600～15016～26.595～10055～7025～400～10016～31.595～10085～10055～7025～400～100粗集料级配范围㈢细集料1、细集料应采用质地坚硬、耐久、洁净的天然砂、机制砂或混合砂，并应符合下表的规定。高速公路、一级公路、二级公路及有抗(盐)冻要求的三、四级公路混凝土路面使用的砂应不低于Ⅱ级，无抗(盐)冻要求的三、四级公路混凝土路面、碾压混凝土及贫混凝土基层可使用Ⅲ级砂。特重、重交通混凝土路面宜使用河砂，砂的硅质含量不应低于25%。细集料技术指标项目

技术要求

I级

Ⅱ级

Ⅲ级

机制砂单粒级最大压碎指标(％)＜20＜25＜30氯化物(氯离子质量计％)<0.01<0.02<0.06坚固性(按质量损失计％)＜6＜8＜10云母(按质量计％)＜1＜2＜2天然砂、机制砂含泥量(按质量计％)＜1＜2＜3天然砂、机制砂泥块含量(按质量计％)0＜1＜2机制砂MB值<1.4或合格石粉含量②(按质量计％)＜3＜5＜7机制砂MB值≥1.4或不合格石粉含量(按质量计％)＜1＜3＜5有机物含量(比色法)合格合格合格硫化物及硫酸盐(按S0质量计％)＜0.5＜0.5＜0.5轻物质(按质量计％)＜1＜1＜1机制砂母岩抗压强度火成岩不应小于100MPa；变质岩不应小于80MPa；水成岩不应小于60MPa。表观密度>2500kg/m3松散堆积密度>1350kg／m3空隙率<47%碱集料反应经碱集料反应试验后，由砂配制的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定试验龄期的膨胀率应小于0.10%注：①天然Ⅲ级砂用做路面时，含泥量应小于3%；用做贫混凝土基层时，可小于5%；②亚甲蓝试验MB试验方法见《公路水泥混凝土路面施工技术规范》附录B。2、细集料的级配要求应符合下表的规定，路面和桥面用天然砂宜为中砂，也可使用细度模数在2.0～3.5之间的砂。同一配合比用砂的细度模数变化范围不应超过0.3，否则，应分别堆放，并调整配合比中的砂率后使用。细集料级配范围砂分级方筛孔尺寸(mm)0.150.300.601.182.364.75累计筛余(以质量计)(％)粗砂90～10080～9571～8535～655～350～10中砂90～10070～9241～7010～500～250～10细砂90～10055～8516～400～250～150～103、路面和桥面混凝土所使用的机制砂除应符合上述两表规定外，还应检验砂浆磨光值，其值宜大于35，不宜使用抗磨性较差的泥岩、页岩、板岩等水成岩类母岩品种生产机制砂。配制机制砂混凝土应同时掺引气高效减水剂。4、在河砂资源紧缺的沿海地区，二级及二级以下公路混凝土路面和基层可使用淡化海砂，缩缝设传力杆混凝土路面不宜使用淡化海砂；钢筋混凝土及钢纤维混凝土路面和桥面不得使用淡化海砂。淡化海砂除应符合上述两表要求外，尚应符合下述规定：⑴淡化海砂带人每立方米混凝土中的含盐量不应大于1.0kg。⑵淡化海砂中碎贝壳等甲壳类动物残留物含量不应大于1.0%。⑶与河砂对比试验，淡化海砂应对砂浆磨光值、混凝土凝结时间、耐磨性、弯拉强度等无不利影响。㈣水饮用水可直接作为混凝土搅拌和养护用水。对水质有疑问时，应检验下列指标，合格者方可使用。1、硫酸盐含量(按SO42－计)小于0.0027mg/mm3。2、含盐量不得超过0.005mg／mm3。3、pH值不得小于4。4、不得有油污、泥和其它有害杂质。㈤外加剂1、外加剂的产品质量应符合下表的各项技术指标。供应商应提供有相应资质外加剂检测机构的品质检测报告，检验报告应说明外加剂的主要化学成分，认定对人员无毒副作用。混凝土外加剂产品的技术性能指标试验项目普通减水剂高效减水剂早强减水剂缓凝高效减水剂缓凝减水剂引气减水剂早强剂缓凝剂引气剂减水率(％)，≮8158158126泌水率比(％)，≮9590951001007010010070试验项目普通减水剂高效减水剂早强减水剂缓凝高效减水剂缓凝减水剂引气减水剂早强剂缓凝剂引气剂含气量(％)≤3.0≤4.0≤3.0<4.5<5.5>3.0>3.0凝结时间初凝-90～-90～-90～>+90>+90-90～-90～>+90-90～(min)终凝+120+120+90+120+90+1201d140140135抗压强度3d11513013012510011513010095试验项目普通减水剂高效减水剂早强减水剂缓凝高效减水剂缓凝减水剂引气减水剂早强剂缓凝剂引气剂比(％)≮7d1151251151251101101101009528d11012010512011010010010090收缩率比(％)28d，≯120120120120120120120120120抗冻标号50505050502005050200对钢筋锈蚀作用应说明对钢筋无锈蚀危害注：①除含气量外，表中数据为掺外加剂混凝土与基准混凝土差值或比值；②凝结时间指标“－”表示提前，“＋”表示延缓。2、引气剂应选用表面张力降低值大、水泥稀浆中起泡容量多而细密、泡沫稳定时间长、不溶残渣少的产品。有抗冰(盐)冻要求地区，各交通等级路面、桥面、路缘石、路肩及贫混凝土基层必须使用引气剂；无抗冰(盐)冻要求地区，二级及二级以上公路路面混凝土中应使用引气剂。3、各交通等级路面、桥面混凝土宜选用减水率大、坍落度损失小、可调控凝结时间的复合型减水剂。高温施工宜使用引气缓凝（保塑）（高效）减水剂；低温施工宜使用引气旱强（高效）减水剂。选定减水剂品种前，必须与所用的水泥进行适应性检验。4、处在海水、海风、氯离子、硫酸根离子环境的或冬季洒除冰盐的路面或桥面钢筋混凝土、钢纤维混凝土中宜掺阻锈剂。二、路面水泥混凝土的基本性能路面水泥混凝土配合比设计在兼顾经济性的同时应满足工作性、弯拉强度(抗折强度)、耐久性三项基本性能的要求。㈠工作性：工作性包括流动性、可塑性、稳定性、易密性这四方面的含义。工作性好的混凝土拌和物应在运输、浇筑和捣实过程中要有较好的流动性、可塑性，并不易产生分层、泌水和易于捣实。反映工作性的指标主要有坍落度、维勃稠度和振动粘度系数。1、影响工作度的因素⑴水泥特性的影响：水泥的品种、细度、矿物组成以及水泥中的混合材料掺量等都会影响需水量。由于不同品种的水泥达到标准稠度的需水量不同，所以不同品种水泥配制成的混凝土拌和物具有不同的工作性。通常普通水泥的混凝土拌和物比矿渣和火山灰水泥的工作性好；矿渣水泥拌和物的流动性虽大，但粘聚性差，易泌水离析；火山灰水泥流动性小，但粘聚性最好。此外，水泥细度对混凝土拌和物的工作性亦有影响，适当提高水泥的细度可改善混凝土拌和物的粘聚性和保水性、减少泌水和离析现象。⑵集料特性的影响：集料的特性包括集料的最大粒径、形状、表面纹理(卵石和碎石)、级配和吸水性等，这些特性不同程度地影响新拌混凝土的工作性。其中最为明显的是，卵石拌拌制的混凝土拌和物较碎石的好。集料的最大粒径增大，可使集料的总表面积减少，拌和物的工作性随之改善。此外，具有优良级配的混凝土拌和物具有较好的工作性。⑶集浆比的影响：集浆比就是单位混凝土拌和物中，集料绝对体积与水泥浆绝对体积之比。水泥浆在混凝土拌和物中，除了填充集料间的空隙外，还包裹集料的表面，以减少集料颗粒间的摩阻力，使混凝土拌和物具有一定的流动性。在单位体积的混凝土拌和物中，如水灰比保持不变，则水泥浆的数量越多，拌和物的流动性愈大。但若水泥浆数量过多，则集料的含量相对减少，达一定程度时，将会出现流浆现象，使混凝土拌和物的粘聚性和保水性变差；同时对混凝土的强度和耐久性也会产生一定的影响。此外水泥浆数量增加，就要增加水泥用量提高混凝土的单价。相反若水泥浆数量过少，不足以填满集料的空隙和包裹集料表面，则混凝土拌和物粘聚性变差，甚至产生崩坍现象。因此，混凝土拌和物中水泥浆数量应根据具体情况决定，在满足工作性要求的前提下，同时要考虑强度和耐久性要求，尽量采用较大的集浆比(即较少的水泥浆用量)，以节约水泥用量。⑷水灰比的影响：在单位混凝土拌和物中，集浆比确定后，即水泥浆的用量为一固定数值时，水灰比即决定水泥的稠度。水灰比较小，则水泥浆较稠，混凝土拌和物的流动性亦较小，当水灰比小于某一极限以下时，在一定施工方法下就不能保证密实成型；反之，水灰比较大，水泥浆较稀，混凝土拌和物的流动性虽然较大，但粘聚性和保水性却随之变差。当水灰比大于某一极限以上时，将产生严重的离析、泌水现象。因此，为了使混凝土拌和物能够密实成型，所采用的水灰比值不能过小；为了保证混凝土拌和物具有良好的粘聚性和保水性，所采用的水灰比值又不能过大，在实际工作中，为增加拌和物的流动性时，必须保证水灰比不变，同时增加水和水泥用量，否则将显著降低混凝土的质量。因此，决不能以单纯改变用水量的办法来调整混凝土拌和物的流动性。在通常使用范围内，当混凝土中水量一定时，水灰比在小的范围内变化，对混凝土拌和物的流动性影响不大。⑸砂率的影响：砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。在水泥浆一定的条件下，当砂率过大时，砂的总表面积过大，混凝土拌和物就显得干稠、流动性小；当砂率过小时，虽然骨料的总表面积减少，但由于砂浆用量不足，不能在粗骨料的周围形成足够的砂浆层来起润滑作用，因而使混凝土拌和物的流动性降低。因此，在不同的砂率中应有一个合理的砂率值。这就是最优砂率，就是在用水量和水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌和物获得最大的流动性，且能保持粘聚性和保水性的良好的砂率。⑹外加剂的影响：在拌制混凝土拌和物时，加入适量的外加剂，可在不增加水泥用量的情况下，改善拌和物的工作性。如加入减水剂、保塑剂、流化剂等。⑺环境条件的影响：引起混凝土拌和物工作性降低的环境因素主要有：温度、湿度和风速。主要是由于温度、湿度和风速对混凝土拌和物蒸发率以及温度对水泥水化率的影响而引起的坍落度的变化。⑻时间的影响：混凝土拌和物的坍落度随时间增长而逐渐减小，称为坍落度损失。这主要是由于拌和物中自由水随时间而蒸发以及水泥早期水化作用而造成的坍落度损失。

2、改善水泥混凝土拌和物工作性的措施⑴调节混凝土的材料组成：在保证混凝土强度、耐久性和经济性的前提下，适当调整混凝土的组成配合比例以提高工作性；⑵掺加各种外加剂：如减水剂、流化剂等均能提高混凝土的工作性，同时能提高强度、耐久性和节约水泥；⑶提高振捣机械的效能：由于振捣效能提高，可降低施工条件对混凝土拌和物工作性的要求，因而保持原有工作性能亦能达到捣实的效果。㈡混凝土抗折强度

水泥混凝土路面设计施工和质量评定的首要技术指标是抗折强度，这一点与其他水泥混凝土结构中使用抗压强度作为第一强度指标不同。一般情况下抗折强度随抗压强度的增加而增加，呈现出比较好的对应关系，可以用抗压强度作为参考指标，最终评定指标还是以抗折强度为依据。但抗折强度主要依赖与材料的均匀性及其集料界面的粘结强度，对原材料及配合比相关参数要求较为严格；而抗压强度则不同，它对混凝土的均匀性及其界面强弱的敏感性相对低得多。因此，在水泥路面配合比设计中要以抗折强度为设计依据；不能以抗压强度为标准，使用普通混凝土配合比设计的方法来替代水泥路面混凝土配合比设计。

1、影响抗折强度的因素⑴原材料对抗折强度的影响①水泥抗折强度和体积稳定性的影响水泥抗折强度一般比同水灰比混凝土抗折强度高2MPa左右。农村公路四级水泥路面一般采取轻型标准，要求设计抗折强度为4MPa，配制强度一般在5MPa左右，这就要求所采用水泥的抗折强度一般要≥6.5MPa,所以应采用42.5级(抗压强度≥42.5MPa，抗折强度≥6.5MPa)以上水泥。水泥的安定性如不佳，收缩变形大，路面内部出现较多细缝，对混凝土路面的抗折强度有重大影响。所以对路用水泥严格限制游离氧化钙含量不大于1.0%，从保障混凝土路面的抗折强度来看，应禁止掺用煤矸石、石灰石、粘土、火山灰和窑灰五种混合材料。②粗集料对抗折强度的影响 a、强度和压碎值实践表明，粗集料的强度和压碎值偏低，很难配制出高速公路、一级公路最小施工抗折强度5.5MPa的混凝土。粗集料岩石的立方体抗压强度值宜为所配混凝土标号的1.2倍～1.5倍；对压碎值的要求也比较严格，高速公路、一级公路、二级公路及有抗（盐）冻要求的三、四级公路混凝土路面使用的粗集料中碎石的压碎值应小于15%，卵石的应小于14%。b、最大粒径最大粒径不宜过大，有利于得到较高的混凝土弯拉强度，有利于防止混凝土离析和塌边，有利于摊铺机布料摊铺。因此，《公路水泥混凝土路面施工技术规范》规定碎石的最大公称粒径不应大于31.5mm，卵石的最大公称粒径不应大于19.0mm。实践表明，对于滑模摊铺混凝土路面粗集料的最大粒径，碎石采用30mm，砾石采用20mm，效果较好。c、外形和级配粗集料针片含量小，球形率高，级配优良，实积率大时的单位水泥用量的抗压强度高。充填实积率高，粗集料提供的嵌锁力大，抗折强度亦增大，碎石的静抗压强度较大。高等级公路上粗集料级配应按捣实密度最大的实测比例控制。d、集料的含土（泥）量和软弱颗粒的影响试验表明，粗集料中的土对混凝土性能影响最大的是抗折强度和硬化混凝土的收缩，随着含土增加，抗折强度线性降低，干缩明显直线上升。因此，必须从保证抗折强度和减小收缩的角度，严格控制含土量，《公路水泥混凝土路面施工技术规范》规定Ⅰ级碎石含泥量＜0.5%，Ⅱ级＜1%；Ⅰ级碎石泥块含量为0，Ⅱ级＜0.2%。③砂细度模数的影响试验表明，随着砂细度模数增加，抗折强度均略有增大。当砂越来越粗时，砂对嵌锁力的贡献增强，而嵌锁力提高必然带来抗折强度的增大。但当砂较粗时，将引起混凝土拌和物严重泌水、路表构造过深、路表不平整等。因此，综合考虑各种因素影响，应优先选用细度模数在2.3～3.2之间的中砂或编细的粗砂，《公路水泥混凝土路面施工技术规范》规定细度模数在2.0～3.5之间。⑵配合比参数对抗折强度的影响①单位水泥用量对抗折强度的影响试验表明，单位水泥用量由250kg/m3增加到400kg/m3,随着水泥用量增大，混凝土抗折强度和抗压强度均上升，但抗折强度提高小得多。单位水泥用量增大100kg/m3时，抗压强度可提高35%左右，但碎石混凝土仅增加12%左右，所以单纯增大水泥用量增加抗折强度并非很有效，也不经济。②水灰比对抗折强度的影响在相同水泥用量条件下，随着水灰比增加（或减小），抗折强度缓慢下降（上升），抗压强度则下降（上升）较快，当碎石混凝土水灰比由0.5降低到0.4时，抗折强度只增加12%左右，而抗压强度可增加30%左右。因此，前述单独使用单位水泥用量提高抗折强度时，如果不同时降低水灰比，则效果有限；只有同时采用增大单位水泥用量和降低水灰比两条措施，才能使抗折强度有较明显的提高。③单位用水量的影响当水泥用量一定的情况下，增大单位用水量相当于增大了水灰比引起强度下降，当单位用水量过大会造成严重泌水和离析现象。一般而言，单位用水量对抗折强度及抗磨性的影响要大于水灰比和单位水泥用量。④含气量a、振动粘度系数含气量增加，混凝土的工作性提高，振动粘度系数曲线降低，便于振捣，易于密实。b、抗折强度随着含气量增大，混凝土抗折强度先增大，然后再减小。试验表明，当含气量控制在3%～6%之间时，抗折强度可提高10%～15%，在不提高水泥用量的条件下，抗折强度提高到上述幅度是十分难得的。c、抗压强度试验研究表明，引气混凝土抗压强度随着含气量增大而线性下降，国内外试验都证明了这一点。2、影响抗折强度各种因素的综合控制⑴粗集料的种类和最大粒径碎石和砾石混凝土都可以生产出优质的水泥混凝土路面，但砾石混凝土宜采用最大粒径20mm，碎石混凝土宜为30mm。这是获得抗折强度高、耐疲劳极限高和变形性小的优质混凝土路面的因素之一。⑵集料含土（泥）量水泥混凝土路面应更严格限制集料中的含土（泥）量，砂的含泥量不得大于2%，粗集料不得大于1%。⑶砂的细度模数水泥混凝土路面宜采用细度模数为2.6左右（适宜的细度模数范围在2.3～3.2）的中砂偏粗的砂，这样抗折强度及变形性能均较好。⑷水泥中的游离氧化钙含量作为动载结构使用的水泥应更严格限制游离氧化钙的含量，使用安定性好的水泥，减少细缝，提高抗折强度。《公路水泥混凝土路面施工技术规范》规定特重、重交通的游离氧化钙的含量不得大于1.0%，中、轻交通的游离氧化钙的含量不得大于1.5%。⑸水灰比和单位用水量路面混凝土在施工密实的水灰比范围内，应尽量用高效保塑引气减水剂达到较小的水灰比0.38～0.44，并严格控制单位用水量，使滑模摊铺最大用量不大于160kg/m3、三辊轴机组摊铺不大于153kg/m3，小型机具摊铺不大于150kg/m3，保证水泥混凝土路面有较高的抗折强度、抗变形性和耐久性。⑹单位水泥用量路面混凝土的单位水泥用量不宜过大，过大会使水泥浆量增多，集料之间的嵌锁力减小，抗折强度提高并不明显；同时，水泥浆量增大会使干缩变形加大，抗磨性变差，路面混凝土经济性不好。《公路水泥混凝土路面施工技术规范》规定水泥最大用量不大于400kg/m3。⑺混凝土密实度混凝土路面的施工密实度不仅大大影响抗折强度，而且影响抗磨性、抗渗性、抗冻性和耐油性。所以在施工中，混凝土的振捣效果非常重要。⑻含气量道路混凝土中掺入引气剂已不局限于提高其抗冻性，而且是改善水泥混凝土路面抗折强度、降低路面刚度、减小变形性能，以及提高抗渗性、缓解各种化学侵蚀和碱集反应等。㈢混凝土耐久性水泥路面的设计年限一般在20～30年之间，在使用过程中，受外部环境和行车荷载的反复作用，因此在路面混凝土配合比设计中，仅仅满足弯拉强度的要求是远远不够的，而且还必须要满足耐久性要求。耐久性主要包括抗（盐）冻性、抗滑性、抗磨性、抗冲击性、耐疲劳性等。影响耐久性的因素很多，如含气量、单位水泥用量、单位用水量、水灰比、砂的细度模数、粗集料的最小用量、混凝土密实度、面板的表面砂浆层厚度、面板的自身强度等。经过反复试验和综合考虑各方因素对耐久性影响，各指标要求符合以下要求：1、含气量要求影响水泥混凝土的抗冻性最重要的因素是含气量，一般不小于4，而满足耐久性其他性能的含量在3%～6%之间。因此《公路水泥混凝土路面施工技术规范》规定有抗冻要求的路面混凝土的含气量根据最大公称粒径不同控制在4±0.5%～5±0.5%之间，有抗（盐）冻要求的平均提高1%。2、路面混凝土最大水灰比要求《公路水泥混凝土路面施工技术规范》规定三、四级公路的最大水灰比为0.48，有抗冻要求的最大水灰比为0.46，有抗盐冻要求的最大水灰比为0.44。3、最大单位用水量要求从混凝土路面所要求的抗折强度、小变形性能和耐久性出发，滑模摊铺最大用量不大于160kg/m3、三辊轴机组摊铺最大用量不大于153kg/m3，小型机具摊铺不大于150kg/m3。4、最小水泥用量的要求三、四级公路42.5级水泥单位最小用量290kg/m3，有抗（盐）冻要求的三、四级公路42.5级水泥最小用量315kg/m3。5、水泥游离氧化钙及氧化镁的要求中、轻交通的游离氧化钙的含量不得大于1.5%，氧化镁含量不得大于6%。6、砂的细度模数要求从满足抗磨性及其他耐久性要求得出的路面混凝土适宜的细度模数在2.6左右，一般应在2.3～3.2之间。7、粗集料最小用量及良好级配的要求路面混凝土从增加嵌锁力、密实度、小变形性能和耐久性出要求发，要求粗集料要有较大的用量和良好的级配，构成骨架密实结构。《公路水泥混凝土路面施工技术规范》规定粗集料体积填充率不宜小于70%。三、路面普通水泥混凝土配合比设计步骤普通混凝土配合比设计适用于滑模摊铺机、轨道摊铺机、三辊轴机组及小型机具四种施工方式。㈠计算初步配合比1、确定配制强度（公式1）式中：——配制28d弯拉强度的均值（MPa）；——设计弯拉强度标准值（MPa）；——弯拉强度试验样本的标准差（MPa）；——保证率系数，按下表确定；保证率系数（表1）公路技术等级样本数n（组）3691520高速公路1.360.790.610.450.39一级公路0.950.590.460.350.30二级公路0.720.460.370.280.24三、四级公路0.560.370.290.220.19——弯拉强度变异系数，应按统计数据在下表的规定范围内取值；在无统计数据时，弯拉强度变异系数应按设计取值；如果施工配制弯拉强度超出设计给定的弯拉强度变异系数上限，则必须改进机械装备和提高施工控制水平。各级公路混凝土路面弯拉强度变异系数（表2）公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路混凝土弯拉强度变异水平等级低低中中中高弯拉强度变异系数Cv允许变化范围0.05～0.100.05～0.100.10～0.150.10～0.150.10～0.150.15～0.202、水灰比()的计算和确定碎石：（公式2）卵石：（公式3）

式中：——水灰比；——水泥实测28d抗折强度应在（公式2）或（公式3）计算出的满足弯拉强度值与下表（表3）满足耐久性要求的水灰比中取小值混凝土满足耐久性要求的最大水灰比和最小单位水泥用量（表3）公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路最大水灰比0.440.460.48抗冰冻要求最大水灰比0.420.440.46抗盐冻要求最大水灰比0.400.420.44最小单位水泥用量（㎏/m3）42.5级30030029032.5级310310305抗冰（盐）冻时最小单位水泥用量（kg/m3）42.5级32032031532.5级3303303253、确定砂率SP砂率应根据砂的细度模数和粗集料种类，查下表（表4）取值。砂的细度模数与最优砂率关系（表4）砂细度模数2.2～2.52.5～2.82.8～3.13.1～3.43.4～3.7砂率SP(%)碎石30～3432～3634～3836～4038～42卵石28～3230～3432～3634～3836～404、单位用水量（WO）的计算与确定碎石：WO＝104.97＋0.309SL＋11.27＋0.61SP（公式4）卵石：WO＝86.89＋0.370SL＋11.24＋1.00SP（公式5）式中：WO——不掺外加剂与掺合料混凝土的单位用水量（kg/m3）;SL——坍落度（mm）,根据粗集料种类，由下面（表5）或（表6）中选择适宜的坍落度；SP——砂率（%）；——灰水比，水灰比的倒数。混凝土路面滑模摊铺最佳工作性及最大用水量（表5）指标界限坍落度SL（mm）卵石混凝土碎石混凝土最佳工作性20～4025～50允许波动范围5～5510～65最大单位用水量155kg/m3160kg/m3不同路面施工方式混凝土坍落度及最大单位用水量（表6）摊铺方式轨道摊铺机摊铺三辊轴机组摊铺小型机具摊铺出机坍落度（mm）40～6030～5010～40摊铺坍落度（mm）20～4010～300～20最大单位用水量（kg/m3）碎石156卵石153碎石153卵石148碎石150卵石145掺外加剂的混凝土单位用水量WOW＝WO（1－）（公式6）式中：WOW——掺外加剂混凝土的单位用水量（kg/m3）β——所用外加剂剂量的实测减水率（%）单位用水量就取计算值和（表5）或（表6）的规定值两者中的小值。若实际单位用水量仅掺引气剂不满足所取值，则应掺引气（高效）减水剂；三、四级公路也可采用真空脱水工艺，采用真空脱水工艺时，可先使用（公式4）或（公式5）的计算单位用水量，允许采用比计算公式略大的单位用水量，但在真空脱水后，核算脱水后剩余用水量不应超过满足耐久性要求的最大水灰比（表3）和最小用水量（表5或表6）。5、单位水泥用量的计算与确定CO＝（C/W）WO（公式7）式中：CO——单位水泥用量（kg/m3）6、计算砂（SO）、石（GO）用量（公式8）式中：SO——砂单位用量（kg/m3）；GO——石子单位用量（kg/m3）；γC——欲配制混凝土假设密度（kg/m3），一般在2400～2450之间。经计算得到的配合比，应验算单位粗集料真充体积率，且不宜小于70%。㈡试配调整工作性，提出基准配合比1、试配检验新拌混凝土的工作性按上面计算的初步配合比配制0.03m3的混凝土拌和物，测定坍落度，并观察粘聚性和保水性，振实难易程度，如不符合要求，应进行调整，调整时应注意不得减小满足计算弯拉强度及耐久性要求的单位水泥用量，具体调整方法如下：⑴新拌混凝土过稀，坍落度过大，流浆离析时，说明砂石用量不足，保持水灰比和砂率不变，同时增大砂石用量；⑵新拌混凝土过干，坍落度过小，粘聚性不足，说明砂石用量过大，保持水灰比和砂率不变，同时减少砂石用量，或增加水泥浆用量；⑶新拌混凝土砂浆过多，坍落度合适，振实后表面砂浆较厚时，应降低砂率；⑷新拌混凝土砂浆量过少，拌和物干涩，坍落度合适，增大砂率，或增加水泥浆用量。2、含气量检验路面混凝土的抗折强度、抗冻性、耐久性和干缩变形量的大小，主要与新拌混凝土的含气量有关。含气量检测应按照《公路工程水泥混凝土试验规程》中规定的方法进行检测，含气量应符合下表（表7）要求，如含气量不能满足要求，应适当调整引气剂的用量。路面混凝土含气量及允许偏差（%）（表7）最大公称径（mm）无抗冻性要求的有抗冻性要求的有抗盐冻要求的19.04.0±1.05.0±0.56.0±0.526.53.5±1.04.5±0.55.5±0.531.53.5±1.04.0±0.55.0±0.53、新拌混凝土密度检验和配合比调整通过试验测得实测混凝土密度γt与计算时假定混凝土密度γC之差的绝对值超过2%时，应对初步配合比中的各材料进行调整，调整方法如下：⑴计算调整系数δ＝γt/γC⑵用初步配合比中的各材料数量乘以调整系数δ砂用量：SO’＝SO×δ石子用量：GO’＝GO×δ水泥用量：CO’＝CO×δ水用量：WO’＝WO×δ⑶确定基准配合比：水泥：水：砂：石子＝CO’：WO’：SO’：GO’㈢测定强度、检测耐久性，确定试验室配合比

1、以基准配合比，增加和减少水灰比0.02，再计算两组配合比，按《公路工程水泥混凝土试验规程》的规定分别制成三组不同水灰比150mm×150mm×550mm的抗折强度试件测定抗折强度，和150mm×150mm×150mm的抗压强度试件作强度校核。2、标准养护28d后，按试验规程要求测定强度；3、检验抗折强度是否满足试配强度要求；4、检测耐久性：有抗冻性要求的要求应进行抗冻性检验，严寒地区路面混凝土抗冻标号不宜小于F250，寒冷地区不宜小于F200；有抗盐冻要求的还应进行抗盐冻试验；对于高速公路、一级公路有条件还要求进行抗磨性试验。5、最终综合分析确定满足工作性、抗折强度、耐久性要求，并且经济合理的试验室配合比。㈣换算施工配合比1、检测施工现场砂石材料含水率分别为a%和b%，按下式计算施工配合比的各种材料单位用量：砂：MS＝SO’×（1＋a%）石子：MG＝GO’×（1＋b%）水泥：MC＝CO’水：MW＝WO’－（SO’×a%+GO’×b%）2、确定施工配合比水泥：水：砂：石子＝MC：MW：MS：MG例题某四级农村公路水泥路面工程，设计弯拉强度4.0MPa（抗压强度30MPa），计划采用碎石配制，最大粒径30mm（方孔筛26.5mm），采用1.5石子和1～3石子两种规格石子，大、小石子比为6:4，级配曲线良好；砂子采用河砂，细度模数为2.5～2.8，级配良好；水泥采用42.5级水泥；水使用饮用水。㈠计算初步配合比1、确定弯拉配制强度（28天）已知：设计弯拉强度fr＝4.0MPa；四级公路弯拉强度变异系数cv取0.15；标准偏差s＝4×0.15＝0.6(MPa)；试验样本取3组时，保证率系数t＝0.56。则：配制弯拉强度fc＝+ts＝4/(1-1.04cv)+0.56×0.6＝5.08(MPa)2、计算水灰比W/C已知：配制弯拉强度fc＝5.08MPa，水泥实测28d抗折强度fs＝7.0MPa。则：水灰比小于四级公路抗冰冻要求最大水灰比0.46，符合耐久性要求，所以取配制水灰比W/C=0.44，灰水比C/W＝2.27。3、确定砂率根据砂的细度模数2.5～2.8，查表碎石所对应的砂率的中值为SP＝32（%）4、确定单位用水量按三辊轴机组摊铺方法施工，取坍落度SL＝40mm，石子采用碎石，则：WO＝104.97＋0.309SL＋11.27C/W＋0.61SP＝104.97＋0.309×40＋11.27×2.27＋0.61×32＝162kg/m3计算单位用水量162kg/m3大于三辊轴机组摊铺方法单位最大用量153kg/m3,应进行调整。方法一、对于三、四级公路可直接选用单位用水量WO＝153kg/m3，在施工拌和过程中采用162kg/m3以满足坍落度的要求，以后再通过真空吸水工艺排出多余用水162－153＝9(kg/m3)；方法二、加入减水剂，在夏季高温施工时可加入缓凝减水剂（减水率β≥8（%）），减水率β＝10（%），则混凝土单位用水量WOW＝WO（1－β/100）＝162×（1-10/100）＝146（kg/m3）。5、计算单位水泥用量COCO＝（C/W）WO＝2.27×153＝347（kg/m3）（方法一）CO＝（C/W）WO＝2.27×146＝331（kg/m3）（方法二）大于最小水泥用量315kg/m3,满足耐久性要求，同时也小于最大水泥用量400kg/m3。6、计算砂SO、石用量GO使用假定密度法计算，假定试配混凝土的密度为γC＝2400kg/m3，把方法一：单位用水量WO＝153kg/m3，单位水泥用量＝347kg/m3，砂率SP＝32（%）；和方法二：单位用水量WO＝146kg/m3，单位水泥用量＝331kg/m3，砂率SP＝32（%），分别代入下式方法一方法二则方法一：SO＝608kg/m3，GO＝1292kg/m3方法二:SO＝615kg/m3，GO＝1308kg/m3验算单位粗集料填充体积率＝1m3混凝土中粗集料用量/粗集料振实密度：方法一：1292/1720＝75.1%＞70%，粗集料用量符合要求。方法二：1308/1720＝76.0%＞70%，粗集料用量符合要求。方法一：初步配合比CO：WO：SO：GO＝347：153：608：1292方法二：初步配合比CO：WO：SO：GO＝331：146：615：1308㈡试拌调整、提出基准配合比1、试拌：拌制0.3m3混凝土拌和物，材料组成为：水泥：331×0.03m3＝9.93kg水：146×0.03m3＝4.38kg砂：615×0.03m3＝18.45kg碎石：1308×0.03m3＝39.24kg合计：72kg2、检测工作性：检测混凝土拌和物坍落度H＝20mm，偏小。为此，保持水灰比不变，增加5%的水泥浆，砂、石材料不变，此时混凝土拌和物各材料重量为：水泥：9.93×1.03＝10.23kg水：4.38×1.03＝4.51kg砂：18.45kg碎石：39.24kg合计：73.72kg重新拌制混凝土拌和物，测定坍落度H＝40mm，在30～50mm之间，且粘聚性和保水性良好，满足施工和易性要求。调整后的配合比为水泥：水：砂：石子＝341:150:615:1308,计算密度为γC＝2414。3、确定基准配合比：按上配合比实测拌和物湿表观密度γt＝2450kg/m3⑴计算调整系数δ＝γt/γC＝2464/2414＝1.021⑵用初步配合比中的各材料数量乘以调整系数δ砂用量：SO’＝SO×δ＝615×1.021＝628石子用量：GO’＝GO×δ＝1308×1.021＝1335水泥用量：CO’＝CO×δ＝341×1.021＝348水用量：WO’＝WO×δ＝150×1.021＝153⑶确定基准配合比：水泥：水：砂：石子＝CO’：WO’：SO’：GO’=348:153:628:1335外加剂用量：348×0.2%＝0.696kg/m3水灰比：W/C＝0.44㈢测定强度、检测耐久性，确定试验室配合比

1、分别以水灰比W/C＝0.46、0.44、0.42按《公路工程水泥混凝土试验规程》的规定分别制成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三组不同水灰比150mm×150mm×550mm的抗折强度试件测定抗折强度分别为：fⅠ＝4.95MPa；fⅡ＝5.09MPa；fⅢ＝5.22MPa。2、首选第Ⅱ组fⅡ＝5.09MPa，进行检测耐久性检测符合要求，所以试验室配合比为原基准配合比，即试验室配合比为水泥：水：砂：石子＝348:153:628:1335。㈣换算施工配合比1、检测施工现场砂石材料含水率分别为2%和3%，按下式计算施工配合比的各种材料单位用量：砂：MS＝SO’×（1＋a%）＝628×（1+2%）＝641kg石子：MG＝GO’×（1＋b%）＝1335×（1+3%）＝1375kg其中：1～3石子825kg，1.5石子550kg水泥：MC＝CO’＝348kg水：MW＝WO’－（SO’×a%+GO’×b%）＝153－（628×2%+1335×3%）＝100kg2、确定施工配合比水泥：水：砂：石子＝MC：MW：MS：MG＝348:100:641:1375四、农村公路造价分析㈠水泥路面每公里造价结构层：宽4.5米的20cm5%砂石基层＋宽3.5米的18cm水泥路面1、每公里20cm5%砂石基层①人工：5200元②石灰：0.2×4.5×1000×1.68×0.05＝75.6吨75.6吨×200元/吨＝15120元③机械：7000元④工料机合计：15120元＋7000元+5200元＝27320元⑤间接费用：取间接费率10%，间接费约为27320×10%＝2732元