路面普通水泥混凝土配合比设计

路面普通水泥砼 配合比设计,霍曼琳 教授 兰州交通大学土木工程学院,知识培训,2,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,第一部分 概 述,砼的分类、特性与应用,补充 知识,9,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,路面普通水泥砼配合比基础知识,配合比设计的适用范围,1.滑模摊铺机 2.轨道摊铺机 3.三辊轴机组 4.小型机具,适用于四种施工方式：,10,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,配合比设计的任务 包括两个方面： 选料按照道路工程的设计要求和施工条件，以及原材料的技术性能，选择适合制备所需砼的原材料； 配料根据道路设计中指定的砼性能（包括弯拉强度、工作性、耐久性等）和经济的原则，确定砼各组成材料的最佳比例关系和用料量。,11,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,砼配合比设计的基本要求,满足砼结构设计弯拉强度的要求； 满足砼施工工作性的要求； 满足工程所处环境耐久性的要求； 符合经济原则少用水泥（价高），尽可能采用当地材料和工业废料（如粉煤灰等）。,12,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,（1）,（1）,（2）,见表（1）。,13,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,（1）,JTG D40-2002公路水泥砼路面设计规范,14,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,（2）,15,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,（3）,（3）,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,16,砼强度的波动规律正态分布,在正常施工条件下，对同一种砼进行系统的随机抽样测试，结果表明，其试件强度的波动规律符合正态分布。 试件砼强度横坐标，某一强度出现的概率纵坐标 强度概率分布曲线（补图1）。曲线特点：,补充 知识,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,17,补图1 砼强度的正态分布曲线,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,18,曲线呈钟形，最高峰为砼平均强度的概率。以平均强度为对称轴，左右两边曲线对称。试件强度愈接近平均强度，出现的概率愈大；离对称轴愈远，出现的概率愈小，并逐渐趋于零。 曲线和横轴之间的面积为概率的总和，等于100%。 在对称轴两侧的曲线上各有一个拐点。两拐点之间的曲线向下弯曲，拐点以外的曲线向上弯曲。并以横坐标为渐近线。 强度概率分布曲线窄而高，表明强度测定值比较集中，波动小，砼的均匀性好，施工水平较高。曲线矮而宽，表明强度测定值离散程度大，砼的均匀性差，施工水平较低。见补图2。,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,19,补图2 离散程度不同的两条强度概率分布曲线,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,20,砼强度的统计参数及质量均匀性,用强度平均值 cu和强度标准差两个统计参数描述呈正态分布的强度概率。 强度平均值反映砼总体强度的平均水平，但不能反映砼强度的波动情况。 强度标准差是强度概率分布曲线上拐点与强度平均值的距离。愈大，曲线又矮又宽，说明强度离散程度愈大，砼的均匀性愈差。,补充 知识,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,21,对同一批砼，在某一统计期内连续取样制作 n 组试件（n25，每组 3 块），测得第 i 组试件的立方体抗压强度代表值为fcu,i。 强度平均值为n 组试件抗压强度的算术平均值，计算式：,（补1）,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,22,n 组试件抗压强度的标准差 （又称均方差）。计算式：,（补2）,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,23,由于在相同生产管理水平下，砼的强度标准差会随平均强度水平的提高而增大，故平均强度水平不同的砼之间质量稳定性的比较，可用统计参数变异系数Cv表示。Cv值愈小，说明砼质量愈均匀。Cv 计算式：,从生产和使用的角度考虑，希望砼强度的波动较小，质量较均匀，故要求或Cv较小。反之，则表明砼质量较差。在施工质量控制中，可用或Cv作为评定砼质量均匀性的指标。,（补3）,24,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,说明：,因为水泥砼路面要求的抗折强度高，所以水泥的强度等级要求不低于42.5级。,25,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,（4）,（4）,26,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,（5）,（5）,27,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,（6）,（6）,28,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,（7）,29,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,（7）,30,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,水泥砼路面耐久性改善措施,耐久性是水泥砼路面需重点考虑的性能。包括路面在长期使用过程中能否抵抗水压力、温度变化以及各种侵蚀性介质的作用，保持其强度和表面完好性等。 路面破损有水的渗透、冻融循环造成的表面剥落、收缩开裂、碱骨料反应引起的裂缝以及钢筋砼中的钢筋生锈造成的表面剥落、开裂等破坏形式。,补充 知识,31,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,砼本身的密实程度、孔结构是影响耐久性的重要因素。砼是多孔、多相、非均质复合材料，内部存在着许多连通孔隙、微裂缝等结构缺陷，这种缺陷数量越多，水分和各种侵蚀性介质越容易渗透到内部，将对水泥凝胶体造成溶蚀及其它化学侵蚀，同时，对抗冻性也不利。 提高水泥砼的密实程度是提高路面耐久性的重要措施。,32,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,水泥砼路面变形性能和抗冻性的改善方法,加入引气剂，使砼中微小、独立、封闭的孔隙含量大约达到4%6%，可在某种程度上降低砼的脆性。 各国大多加入粉煤灰，掺量为胶结材料的20%40%。优质的粉煤灰是球形的微粒，可改善砼的和易性，使砼干燥收缩小，并可降低早期水化热，减小温度裂缝，有抑制碱骨料反应的效果，可改善路面砼的不透水性和化学稳定性。虽然掺粉煤灰后可能降低砼早强，但其火山灰反应可使长期强度增加。 粉煤灰是一种理想的路面砼矿物外加剂。,补充 知识,33,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,配合比设计参数及其确定原则 砼配合比设计表面上是通过计算来确定各项基本组成材料的用量，实质上是根据组成材料的情况，确定水泥、水、砂和石子用量之间的比例关系配合比的三个参数。 三个参数与砼各项性能密切相关。正确地确定，能使砼满足对其质量的基本要求。,34,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,配合比参数的确定原则,水灰比 水与水泥间的比例关系。当组成材料一定时，对砼强度和耐久性起关键性作用。在满足强度与耐久性要求的前提下，尽量取较大值。 单位用水量 指1 m3砼的用水量，反映水泥浆与骨料间的比例关系（浆集比）。当W/C一定时，是控制砼拌合物流动性的主要因素。在满足流动性的前提下尽量取较小值。 砂率 砂与石子间的比例关系。对砼拌合物的和易性，特别是黏聚性和保水性有很大影响。在满足黏聚性要求的前提下尽量取较小值。,35,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,配合比设计的算料基准 计算1 m3砼中各材料的用量，以质量计。 计算时，骨料以自然风干状态质量为基准。 自然风干状态：细骨料含水率1.0%， 粗骨料含水率 0.5%。,36,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,配合比的表示方法 方法一 按1 m3砼中各项材料的质量表示，如：水泥336 kg，砂654 kg，石子1 215 kg，水195 kg；FDN 1.0%。 方法二 按各项材料间的质量比（以水泥质量为1）表示。将上例配合比换算成质量比即为：水泥砂石子11.953.62，水灰比0.58。 ；FDN 1.0%。,37,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,砼配合比设计的资料准备,了解路面工程不同结构部位设计要求的砼强度等级确定砼配制强度。 了解工程所处环境对砼耐久性的要求，如抗渗等级、抗冻等级、耐磨性、耐腐蚀性等确定砼的最大水灰比和最小水泥用量。 了解结构构件断面尺寸及配筋情况，在工程中所处部位、施工条件等确定砼骨料的最大粒径。 了解砼施工单位的施工方法及管理质量水平选择砼拌合物坍落度及砼强度的标准差。,38,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,掌握原材料的性能指标。 水泥品种，强度等级及实测强度，密度； 砂、石骨料种类，视密度，级配，含水率，石子的最大粒径等，砂的细度模数等； 拌和与养护用水来源与水质情况； 外加剂品种、性能、适宜掺量； 掺合料粉煤灰、矿渣、硅粉等。,39,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,砼配合比的设计步骤, 实验室配合比,初步配合比, 基准配合比, 施工配合比,调整坍落度,校核强度、耐久性,扣减工地砂石含水量,40,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,第二部分 选 料,41,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,水泥,品种与品质,（8）,水泥是砼中最重要的组分，既要把骨料粘结在一起，还必须自身硬化后具有足够的强度以承受荷载。骨料能否发挥作用，与胶凝材料本身强度和粘结力有很大关系。,42,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,（9）,（8）,（9）,43,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,（8）,44,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,（9）,45,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,续表（9）,46,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,关于小水泥的使用,地方小水泥在凝结硬化过程中可能出现体积安定性不良，会使水泥砼路面板产生危险的裂缝，所以对小水泥的利用应持慎重态度。特别是在不能保证施工质量的情况下，用小水泥修建砼路面，更易出现问题。 采用复合式水泥砼路面结构，即面层采用优质水泥，下层采用安定性较差的水泥，按结合式施工方法进行，这样既可利用当地水泥，同时也能保证水泥砼路面的强度。,补充 知识,47,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,矿物掺合料,砼掺合料是为改善砼拌合物以及硬化砼的性能、同时节约水泥而加入的天然的、人造的或工业废渣矿物细粉材料。 分为活性及非活性两种，活性矿物掺合料多用。 活性矿物掺合料绝大多数来自工业固体废渣，主要成分为SiO2和A12O3，在碱性或兼有硫酸盐成分存在的液相条件下，可发生水化反应，生成具有固化特性的胶凝物质。 被称为砼的“第二胶凝材料”或辅助胶凝材料。,补充 知识,48,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,活性矿物掺合料用于砼中不仅可以取代水泥，节约成本，而且可以改善砼拌合物的和易性和抗离析性，提高硬化砼的密实性、抗渗性、耐腐蚀性和强度。 目前，在调配砼性能以及配制大体积砼、高强砼和高性能砼等方面，掺合料已成为不可缺少的组成材料。同时，掺合料的应用，对改善环境、减少二次污染，推动可持续发展的绿色砼，具有重要的意义。 常用的砼掺合料有粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和硅灰。,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,49,矿物掺合料对砼的改性机理,三个方面： 火山灰效应 矿物外加剂具有很大的细度和无定形SiO2，化学活性很高，掺入水泥中可迅速与水泥水化物Ca(OH)2起二次反应，生成强度更高、耐久性更好的低钙硅比的C-S-H，从而使水泥石中的游离Ca(OH)2数量减少、尺寸缩小，分散度提高，同时C-S-H凝胶大大增加。,补充 知识,2018年10月18日星期四,路面工程知识培训,50,改善了水泥石的孔结构 超细的矿物外加剂颗粒可填充到水泥颗粒间的空隙中，大大提高砼的密实度，而二次反应物C-S-H凝胶可沉积在矿物超细粉巨大的表面上并伸入进细小孔隙中，使水泥石的孔结构发生较大变化，水泥石的密实度显著提高。,