全厚式碾压混凝土路面混凝土配合比特性

“全厚式”碾压混凝土路面混凝土配合比特性7一J)第9卷第3期中国公路1996年9月ChinaJournalofHighwayandTransportVo1.9No.3Sep.1996"全厚式"碾压混凝土路面混凝土配合比特性李世牛开民瞬摘要:本文介绍满足路面平整度及强虎要求的"ze~-<"碾压混凝土路面的混凝土配合比特性.包括:稠度及配比强度的设计指标和试验方法,粗集料的最太粒径.TheFeatureofPrOpOrtjOningofConcreteforFull--depthRCCPavementLiShiqiNiuKaimin[HighwayResearchInsttute,M.O.c.Beiiing.1o9o88]Abstract:Thispaperintroducesthefeatureofproportioningofconcretewhichisusedforfull--depthRCCpavementconstruction.ThedesignindexandtestingmethodofconsiSten—cyandstrength,themaximnmsizeofcoarseaggregate,thegradingrangeofcoarseandfineaggregate,waterand'cementcontent,andtechnicalrequirementofadditivesandflyashareincluded.Keywords:Ro1.1er--compactedcoxxcretepavement,Proportioningofconcrete,Consisten—cy?Strengthofconcretedesign.Feature碾压混凝土路面是采用沥青混凝土路面施工机械将用水量很少的水泥混凝土摊铺,碾压成型的新型混凝土路面它兼有沥青混凝土路面施工方便快速开放交通和水泥混凝土路面高强,稳定,耐久的优点,欧美一些国家及日本早在8O年代就重视开发应用和研究但固长期存在"平整度"问题,至今主要用于低速重车货场,港口码头,停车场和低等级重交通路面.我国于80年代初开始碾压混凝土路面的应用研究.交通部在.七五期闻组织国家科技工作引导性项目《我国水泥混凝土路面发展对策及修筑技术》课题研究.在碾压混凝土路面技术方面也取得了可喜成果新修订的JTJ012—94《公路水泥混凝土路面设计规范》和GBJ收稿日期:1996-08078中国公路1996丰097～94《水泥混凝土路面施工及验收规范》已增列"碾压混凝土路面",但只限用于二级及二级以下公路,并主要为复合式路面的下层结构.为充分发挥碾压混凝土路面的技术经济效益,达到用于高等级公路的目的,"八五"国家重点科技项目(攻关)"高等级公路水泥混凝土路面材料及应用开发研究课题将"碾压混凝土路面技术"分列为.材料,"施工技术,"接缝技术"和"抗滑技术4个专题."建成耐久,舒适,安全,经济的高等级公路(全厚式)碾压混凝土路面,形成成套实用技术"是4个专题的联台攻关目标.为完成攻关任务,本"材料"专题在路面碾压混凝土的"材料特性","原材料技术要求","稠度和抗折强度试验方法",配合比设计"及粉煤灰和加剂和应用技术"等方面进行全面系统的研究,取得了丰硕成果本文扼要介绍有关配合比特性的主要研究成果.1混凝土稠度"稠度"是反映碾压混凝土施工性能的重要品质指标.经研究国内外资料认为,碾压混凝土路面所以存在"平整度"问题,混凝土稠度太低是"材料"方面的重要因素.实践证明.加大稠度可减少碾压产生的沉陷和推挤,提高平整度,但稠度太大则难以获得足够的压实度.因此,把握适宜的稠度.是保证路面压实质量并解决.平整度难题的关键技术.1.1稠鏖试验方法提出适用性好的稠度测试方法,是进行稠度指标研究的前提.为此,在参考国内外资料的基础上,反复进行马歇尔压实法","土工击实法"和"改进VC法等碾压混凝土常用稠度测试方法的适用性考察试验,并重点进行日本《碾压混凝土路面技术指南》(草案)(简称:日本"指南"),我国《水工碾压混凝土试验规程》和GBJ97—94《水泥混凝土路面施工及验收规范》几种不同"改进VC法"的对比,经过大量室内外试验,研究提出比上述方法适用性更好的20kg压重,半出浆改进VC法.表l为三种不同.改进VC法"的比较.表1三种不同"改进VC法的比较试验结果表明:①"GBJ97～94"改进VC法因圆盘配重太轻并以试样"全面积出浆"判定改进VC值.所以试验时间较长,不能适用于(满足路面平整度要求的)稠度较大的路面碾压混凝土;②本专题成果与日本"指南"的改进VC法相比.虽然圆盘配重相同.但稠度判定标准和测试项目均有所改进由于将稠度判定标准由"半周边出浆"改为"半面积出浆",使测值的判断性厦可比性明显提高;又因采用"试样表面出浆评分"取代"试样振实率.使改进Vc法可间接反映混凝土的易修整性,具有更好的实用性.现场试验结果也表明.VC试验的第3期李世绮等:"全厚式"碾压混凝土路面混凝土配合比特性9"试样压实率"并不能灵敏反映混凝土用水量及粗,细集料台成现场试级配的变化因此,对碉度质量控制井未显示出良好的效果.1.2稠度指标为研究适宜的混凝土稠度指标,在广西田阳和山西左云探索性试验路重点进行囝1混凝土码度与玮面平整度厦压实度的相关关系"混凝土稠度对路面平整度及压实度影响"的考察试验.田阳试验路的结果表明:(1)无论采用5～40ram还是5～20ram的粗集料,路面平整度均随混凝土稠度的增大而提高,路面压实度却随之而降低.(2)由于施工条件等因素的影响,路面平整度虽未达到<5mm的预定目标,但压实度较高.为提高路面平整度,在确保路面压实度的前提下,混凝土稠度在改进VC值为35s的基础上还可适当提高.左云试验路的研究结果(示于图1)表明:(1)路面平整度及压实度与混凝土稠度改进VC值具有一定的相关关系.(2)路面平整度达3mm时,改进VC值相应为54s.但当改进VC值>40s时,压实度则显着下降.综台田阳及左云探索性试验路的结果,为兼顾平整度及压实度的要求,井考虑一定的质量波动,混凝土稠度一改进VC值以4O士5s为宜.广西武鸣,合浦和山西长治工业性试验路的混凝土稠度指标均为4O士5s.表2所示路面质量检测结果表明,三段工业性试验路在混凝土碉度控制在4O士5s的情况下,路面平整度<3mm的百分率达8O～8左右,压实度均>98,质量均满足要求.表2工业性试验路的路面检测结果2混凝土抗折强度路面混凝土以抗折强度为配合比设计指标"振动碾压成型"的施工特性决定了路面碾1O国,厶\路1996年压混凝土必须采用不同于一般的抗折试件成型方法及配比强度设计方法.2.1试件成型方法以往路面碾压混凝土稠度较低,一般采用振动台成型试件,在试件表面施加一定压力并按"2倍数进VC值时间振动成型,效果良好.然而此种稠度较低的撮凝土难以满足路面平整度要求.欲提高路面平整度必须加大混凝土稠度.但当混凝土十分干硬时,接上述方法成型的试件难以获得一致的密实度,因而不能客观反映混凝土的实际强度.为此,通过试验研究,提出用改进表面振捣器.按'等压实率'加压振动的抗折试件成型方法.如图2所示.采用2种标号的水泥,各按2个水泥用量(250,330kg/m)和2个用水量(97,106kg/m)配制4个不同灰水比的碾压混凝土,进行两种成型方法的对比试验.建立混凝土抗压,抗折强度匏罗米经验式如表3所示.衰3不同成型方法建立混凝土抗压,抗折蛋度鲍罗米经验式的比较由表3可见,"等压实率成型法建立的混凝土抗压,抗折强度鲍罗米经验式都有极好的相关性和精度,而"2倍VC时间"法所建立混凝土鲍罗米经验式,相关性和精度都显着地差.可见,"2倍VC时间"法不适用于稠度较大的路面碾压混凝土.2.2配比量度设计方法普通混凝土修整性好,容易振实,施工时可获得大体一定的密实度.确定配比强度其需考虑拌制时的质量波动.但是,路面碾压混凝土是超干硬性混凝土,施工中压实率变化很大,由此产生的强度波动达到用普通混凝土把手2用改翩平板掘捣器成型试件的加成系数难以考虑的程度.所以,确定路面碾压混凝土配比强度必须同时考虑拌制及施工时的质量波动.因此,路面碾压混凝土配比强度n宜按下式确定:n一(n十一)×K.有关参数如下:(1)设计基准抗折强度n:按重交通或特重交通路面要求.F一5.0MPa.(2)压实安全强度:是为弥补因路面压实率不足所造成的强度损失.而在设计基准强度上附加的强度值.F一(l—.)口式中,Y——抗折试件标准压实率;Yz一路面芯样压实率下限值;gf-一一相应于压实率变化1%的抗折强度渡动值.'在广西田阳,武鸣,合浦和山西长治试验路共钻取96个路面芯样,其平均压实率为95.1%,标准偏差为1.3%.因此,以芯样平均压实率为试件标准压实率,即-一95%,而保证率为95%的压证率下限值Yz一95.1%一1.64×1.3—93%.第3期李世绮等:"奎厚式"碾压混凝土路面混凝土配合比特性11通过试验得出路面碾压混凝土抗折强度F与灰水比c/w及压实率的相关关系为:F=一24.39+l_74C/w+0.27("一15.r一0.96.一0.30MPa,tI一7.1.t!一8.3)由上式可见.压实率每降低1%.抗折强度相应下降0.27MPa.因此取=0.3MPa.则压实安全强度'一(95—93)×0.3=0.6MPa.'(3)强度加成系数:与强度保证率系数t及质量变异系数c有关:=1/(1一tC).经参考国内外有关资料,混凝土强度保证率一般为8O%.则t=0.84;根据广西和山西5个试验路在拌和场检测机口混凝土质量的统计结果.C=7%～14%.3配合比特性为确保碾压混凝土路面具有良好的平整度,足够的压实度和质量均匀性,混凝土拌合料不仅应有适宜的稠度.而且应有良好的抗离析性,易修整性和可压实性.这些煎工性能的要求决定了路面碾压混凝土具有不同于普通混凝土的配合比特性.3.1用水量碾压混凝土稠度主要受单位用水量的影响.实践表明,混凝土稠度过高则不能被充分压实.并加大离析程度.致使路面强度降低.影响质量均匀性;稠度过低.碾压时则易出现波浪,影响路面平整度.图3示出碎石,砾石路面碾压混凝土和普通混凝土满足施工稠度要求的单位用水量.试验所用粗集料的最大粒径及混凝土稠度指标如下:普通混凝土为40mm,坍落度约3cm;碾压混凝土为20ram,改进VC值为40±5s.试验结果表明:在以集料饱和面干计算配合比的条件下,采用碎石时.普通砼的单位用水量约需150kg/m.而碾压砼仅需100kg/m左右,约为前者的7O;如采用砾石.还可进一步减少用水量.3.2水泥用量150喜磊7550皿O一曲苎:薹0瞢碎瞢砾疆啐砾口用水量(kg/~)+比率(%)囤3碎石,砾石路面碾压砼和普通砼的单位用水量比较与普通路面混凝土相比,路面碾压混凝土用水量很少因此,满足一定强度要求的水泥用量也较少.室内试验及试验路的配合比表明:在采用525#或425#水泥的情况下,路面碾压混凝土的水泥用量一般为25O～320kg/m.可比普通路面混凝土减少水泥1O%～3O.由图4所示结果可见:(1)普通混凝土和碾压混凝土的抗折强度与水泥用量均有良好的相关关系,在水泥用量相同的条件下,碾压混凝土的抗折强度一般高于普通混凝土0.5～】.0MPa;在抗折强度一定的条件下.碾压混凝土约可节约水泥l5%～25.(2)混凝土抗折强度随水泥用量的增大而显着提高,但当水泥用量增大至一定量时,抗折强度的增长幅度趋近平缓,如继续加大水泥用量,抗折强度非但不提高还有下降的趋势.l2中国公路1996年图4显示的极限水泥用量,碾压混凝土约为330kg/m;普通混凝土约为350kg/m.尽管试验结果表明,路面碾压混凝土水泥用量为250kg/m时,抗折强度可达6.0MPa.但施工配台比的水泥用量一般为280～320kg/m,很多情况是考虑增加粉料含量以改善旋工性能而定的.因此,在有条件的情况下,适量(10～2O)掺用品质不低于2级的粉煤灰,不仅可改善路面碾压混凝土的旋工性能,还利于提高其经济性.3.3粗集料最大粒径及粗,细集料合成级配混凝土粗集料粒径越大,经济性越好.然而所用粗集料的最大粒径又与混凝土性状及施工条件有关.试验结果表明,粗集料最大粒径对路面碾压混凝土的离析程度,压实度及强度均匀性均有显着影响.采用最大粒径40ram的粗集料时,不仅路面平整度难以达到要求,而且压实度和强度变异大,为保证路面质量,要求混凝土配比强度较高.不仅路面质量难以保证,而且并不经济.因此,路面碾压混凝土粗集料的最大粒径不应超过20mm.粗,细集料合成级配对路面碾压混凝土拌台料的稠度,可压实性,抗离析性,表面易修整一7垩6唾羹s524(I2602帅3帅320340360380水泥啊■C(~./m3)图4路面碾压砼与普通砼抗折强度～水泥用量相关性的比较筛孔尺寸(m)囝5本专题研究提出的路面碾压混凝土租,蛔集料合成级配范围性及抗压,抗折强度等多项路用性能均有程度不同的影响通过正交设计试验,根据以上6项考核指标的综合分析结果,研究提出路面碾压混凝土臬料合成级配范围如图5所示.此范围的砂率上限比JTJ0l2—94《公路水泥混凝土路面设计规范》提高2,比日本"指南降低9;下限与日本.指南"同,比JTJ01294提高5.在粗,细集料质量满足要求的前提下,适宜的砂率范围为35～45%,石子填充体积相应为85～7O;最佳砂率为4O,石子填充体积相应为8O.3.4外加剂减水剂和引气剂作为混凝土常用外加剂,不仅可降低混凝土用水量和水泥用量,改善其施工性能,而且可提高混凝土强度和耐久性,路面碾压混凝土用水量很少,稠度经时变化对其施工性能影响极大.作为路面碾压混凝土的外加剂特性,"缓凝"比"减水"更显重要.试验研究结果表明,高效减水剂并不适用于路面碾压混凝土为使路面有足够时间以充分碾压,宜采用缓凝型减水剂;试验结果还表明,复台掺用引气剂,不仅有效地提高了路面碾压混凝土的抗冻性,并可进一步提高各项路用性能,具有显着的技术经济效益3.5粉煤灰试验研究结果表明,适量采用品质不低于2级的粉煤灰,可以提高路面碾压混凝土的经济性,对混凝土强度,含气量,压实率及抗冻性均无不良影响.但当掺量超过2O时,混凝土●0第3期李世特等:"奎厚式"碾压混凝土路面混凝土配合比特性抗折强度,抗压强度及抗冻性均急剧下降.因此,粉煤灰掺量以1O～1j为宜,最大不宜超过2O.在适宜砂率的条件下,粉煤灰超代系数1.5～2.0为宜,超代系数太小或过大都会导致混凝土压实事及强度明显下降4结语(1)混凝土配合比对路面质量