《道路建筑与养护材料》能力训练四 路面水泥混凝土配合比设计

能力训练四路面水泥混凝土配合比设计路面水泥混凝土配合比设计训练目的：掌握路面水泥混凝土和普通水泥混凝土设计方法、步骤之间的相同点及不同点。训练要求：根据所给的已知材料，确定出路面水泥混凝土的配合比。训练指导：一、路面水泥混凝土配合比设计目的确定出满足工程技术经济指标的混凝土各组成材料的用量。二、路面水泥混凝土配合比设计依据：公路水泥混凝土路面设计规范（JTGD40）路面水泥混凝土施工技术规范（JTGF30-2003）三、路面水泥混凝土配合比设计条件：混凝土配合比设计前必须具备下列条件，才能进行设计。1．混凝土强度2．施工方法3．原材料的选择和试验资料四、配合比设计步骤（一）初步配合比设计根据原始资料，按我国现行的配合比设计方法，计算初步配合比，即水泥：水：细集料：粗集料=mc0：mw0：ms0：mg0（二）基准配合比设计根据初步配合比，采用施工实际材料，进行试拌，测定混凝土拌合物的工作性(坍落度或维勃稠度)，调整材料用量，提出一个满足工作性要求的“基准配合比”。即mca:mwa:msa:mga（三）试验室配合比设计以基准配合比为基础，增加和减少水灰比，拟定几组(通常为三组)适合工作性要求的配合比，通过制备试块、测定强度，确定既符合强度和工作性要求，又较经济的试验室配合比，即mcb：mwb:msb:mgb（四）施工配合比设计根据工地现场材料的实际含水率，将试验室配合比换算为施工配合比。即mc：mw：ms：mg或1：mw／mc：ms／mc：mg／mc五、路面混凝土配合比设计方法（以弯拉强度为设计指标的计算方法）（一）初步配合比的计算1．配制弯拉强度fc路面混凝土配置强度按下式2－1计算（2－1）式中：fcm----混凝土的设计弯拉强度标准值（MPa）；s------混凝土弯拉强度试验样本的标准差；t------保证率系数，按样本数n判别概率p参照表一确定；Cv-----混凝土弯拉强度变异系数，应按照统计数据在表二的规定范围中取值；当无统计数据时，应按照设计取值；如果施工配置弯拉强度超出设计给定的弯拉强度变异系数上限，则必须改变施工机械装备，提高施工控制水平。保证率系数表一各级公路混凝土路面弯拉强度变异系数表二2．确定水灰比W/C1）按照混凝土弯拉强度计算水灰比不同粗集料类型混凝土的水灰比按经验公式（2－2）、（2－3）计算；（2－2）（2－3）式中：fc-----混凝土配置弯拉强度（MPa）；fs-----水泥28d实测抗折强度（MPa）。2）水胶比W/(C+F)的计算水胶比中的水胶是指水泥与粉煤灰质量之和，如果将粉煤灰作为掺和料时，应计入超量取代法中代替水泥的那一部分粉煤灰用量F，代替砂的超量部分不计入，此时，水灰比W/C用水胶比W/C+F)代替。3）耐久性校核确定水灰(胶)比按照路面混凝土的使用环境、道路等级查表三，得到满足耐久性要求的最大水灰比(或水胶比)。在满足弯拉强度和耐久性要求的水灰比(或水胶比)中取小值作为路面混凝土的设计水灰比(或水胶比)。混凝土满足耐久性要求的最大水灰（胶）比和最小单位水泥用量（表三）3．选取砂率根据砂的细度模数和粗集料品种，查表四选取砂率。砂的细度模数与最优砂率关系表四4．单位用水量mwo1）不掺外加剂和掺合料时，单位用水量的计算单位用水量按照经验公式（2－4）或（2－5）计算，其中砂石材料质量以自然风干状态计。（2－4）（2－5）式中：SL-----坍落度（mm）；-----砂率（％）；C/W-----水灰比。2）掺外加剂的混凝土单位用水量的计算掺外加剂的混凝土单位用水量按式（2－6）计算。（2－6）单位用水量应取计算值与表五(或表六)中规定值两者中的小值。如果实际用水量在仅掺引气剂时的混凝土拌合物不能满足坍落度要求时，应掺用引气剂复合(高效)减水剂。对于三、四级公路，也可采用真空脱水工艺。混凝土路面滑模最佳工作性、允许范围及最大单位用水量表五不同路面施工方式混凝土坍落度及最大单位用水量表六5．单位水泥用量mco的确定单位水泥用量mco按照式(2-7)计算，然后根据道路等级和环境条件，查表三，得到满足耐久性要求的最小水泥用量，取两者中的大值。（2－7）6．单位粉煤灰用量路面混凝土中掺用粉煤灰时，其配合比应按照超量取代法进行。代替水泥的粉煤灰掺量：I型硅酸盐水泥≤30％；II型硅酸盐水泥≤25％；道路水泥≤20％；普通水泥≤15％；矿渣水泥不得掺粉煤灰。粉煤灰的超量部分应代替砂，并折减用砂量。7．砂石材料用量mso和mgo一般道路混凝土中的砂石材料用量的计算采用体积法或密度法，将上述计算确定的单位水泥用量mco、单位用水量mwo和砂率βs代入公式(2－8)或式(2－9)，联立求解即可确定砂石材料用量mso和mgo。（2－8）（2－9）式中：2005）测定经计算得到的配合比应验算单位粗集料填充体积率（粗集料用量/粗集料振实密度），且不宜小于70％。（二）试拌调整、提出基准配合比1．试拌取施工现场实际材料，配置0.03m3混凝土拌和物。2．测定工作性测定坍落度（或维勃稠度），并观察粘聚性和保水性。3．调整配合比如流动性不符合要求，应在水灰比不变的情况下，增减水泥浆的用量；如粘聚性和保水性不符合要求，应调整砂率。4．提出基准配合比根据调整后，提出一个流动性、粘聚性和保水性均符合要求的基准配合比。（三）强度测定，确定试验室配合比1．制备抗弯拉强度试件按基准配合比，增加或减少水灰比0.03，再计算2组配合比，用3组配合比制备抗弯拉强度试件。2．抗弯拉强度测定3组试件经28天在标准条件下养护后，按标准方法测定其抗弯拉强度。3．确定试验室配合比根据抗弯拉强度，确定符合工作性和强度要求，并且最经济合理的试验室配合比（或称理论配合比）。（四）换算施工配合比根据施工现场材料性质、砂石材料含水率，对理论配合比进行换算，最后得出施工配合比。作业：根据所给的已知材料，要求详细写出水泥混凝土设计各步骤的计算过程。路面混凝土配合比设计设计要求某高速公路路面工程用混凝土（无抗冰冻性要求），要求混凝土设计弯拉强度标准值fcm为5.0MPa，施工单位混凝土弯拉强度样本的标准差s为0.4MPa(n=9)。混凝土由机械搅拌并振捣，采用滑模摊铺机摊铺，施工要求坍落度30~