模摊铺水泥砼路面施工配合比的应用

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1、“双掺”技术在滑模摊铺水泥砼路面施工配合比的应用摘要：本文通过对公路滑模摊铺水泥砼路面施工配合比设计，详细介绍如何应用正交试验法，合理采用“双掺”技术及技术经济比选，选择满足技术条件标准，工作性能和经济性的配合比。关键词：双掺技术；滑模摊铺路面；施工配合比；应用技术1 概述随着我国公路建设的飞速发展，滑模摊铺施工水泥混凝土路面在我国南方地区逐渐普及。滑模摊铺水泥混凝土是一种高性能混凝土，具有高抗折强度、高耐疲劳极限、高耐磨性、低变形性及施工质量好、速度快、经济效益高等优势，“双掺技术”解决了混凝土配合比的设计与施工中存在的矛盾。2 滑模摊铺路面水泥混凝土配合比设计2.1 试验方案的选定在设计配

2、合比之前，首先应考虑在减少试验次数且又能达到试验的前提条件下来确定方案。正交设计是一种进行试验结果分析的优选方法，它具有均衡分散性和整齐可比性两大特点，用不多的试验次数就能得出较满意的结果。尤其是在多因素多水平试验中，关系错综复杂，既要取得丰富的试验数据，准确选用各种参数，又要考虑试验工作量。因此，只有选择正交试验才能达到分析各种因素和正确选择各项技术指标的目的。使用正交方法，首先要特别注意选定因素之间的交互作用，由于存在交互作用，正交试验的分析结果不是单因素试验规律，一般不能应用与生产过程中的单因素调整。其次，应严格把握试验精度，所有试验数据的误差保证在0.5%1%左右，否则某个数据偏差大，

3、会造整个正交试验失败，减少试验工作量的目的，不仅没有达到反而会成倍增大。正交试验一则要求试验技能较高，二则必须相当细心谨慎。2.2 正交法配合比设计步骤2.2.1原材料的选择（1）水泥：采用塔牌普通硅酸盐42.5MPa水泥。（2）外加剂：采用PL5液体高效引气型减水剂。（3）碎石：采用和平石场生产的515mm、1531.5mm的两种碎石相配。（4）砂：采用韩江砂场的中砂，细度模数为2.502.90。（5）粉煤灰：采用汕头华能电厂收尘级粉煤灰。以上各种材料经试验鉴定，均符合JTJT037.12000技术规范要求。2.2.2 混凝土配合比设计参数的确定配合比设计应满足弯拉强度、工作性、耐久性和经济

4、性四个基本原则。其中，保证滑模施工的最佳工作性及其稳定性和可滑性是其独特工艺，因此，在试验工作进行前，须先了解滑模施工混凝土的特殊技术参数，用以分析混凝土中各因素水平面受技术参数的影响，便于制定正交试验过程中的因素，也就是正交试验工作计划。滑模施工混凝土技术参数（见表1）。表1 滑模施工混凝土技术参数表项次名称技术参数1设计弯拉强度5MPa2试配弯拉强度fc=（1.101.15）f（MPa）选择1.15，试配弯拉强度为5.75MPa3滑模施工最佳工作性及允许范围混凝土坍落度（Si）美国GOMACO Si=4020mm德国Writgen Si=2010mm振动粘度系数（） =300500N/cS

5、摊铺速度 12m/min4含气量推荐值31（%）5最大W/CW/C不超过0.44，选择0.44、0.42、0.40三个不同的W/C6最小水泥用量水泥用量300kg/（掺外加剂时250kg/7砂率（Sp）根据砂的模数选择中、粗砂3436%8用水量WoWo=104.97+0.309SL（坍落度）+11.27（C/W）+0.61St（砂率）2.2.3 配合比正交试验因素预测分析配合比设计的基本原则是必须满足弯拉强度、工作性耐久性和经济性，围绕四项基本原则分析影响因素。（1）影响强度的因素：水灰比、外加剂、组成材料质量。（2）影响工作性的因素：外加剂、用水量、组成料搭配比例。（3）影响耐久性的因素：水

6、灰比、组成材料质量。（4）影响经济性的因素：水泥用量、外加剂掺量和掺合料。（5）各因素间影响关系：强度影响耐久性、工作性影响经济性。2.2.4 根据TJTT037.12000要求确定因素考核水平根据上述影响因素，进行统筹分析和预测，在众多因素中选定3个关键因素和9个水平进行正交试验（见表2）。表2 路面混凝土配合比正交试验的因素水平因素水泥用量（kg m3 /）A用水量（kg m3 /）B外加剂（kg m3 /）C水平1340（A1）145（B1）1.50（C1）水平2360（A2）150（B2）2.00（C2）水平3380（A3）155（B3）2.50（C3）根据因素水平，采用平衡分散排列的

7、方法，列出正交试验方案，对水泥及外加剂进行正交试验。2.2.5 列出试验方案：L9（3#）表3 L9（3#）试验方案汇总因素A（W/C）B（W）C外加剂掺量（%）空列序号123411（0.44）1（150）1（1.50）121（0.44）2（155）2（2.00）231（0.44）3（160）3（2.50）342（0.42）1（150）2（2.00）352（0.42）2（155）3（2.50）162（0.42）3（160）1（1.50）273（0.44）1（150）3（2.50）283（0.44）2（155）1（1.50）393（0.44）3（160）2（2.00）12.2.6 试验结果根据L

8、9（3#）正交表进行试验后，结果汇总见表4。表4 滑模摊铺路面水泥混凝土配合比正交试验结果汇总表试件编号水泥用量（kg/m3）用水量（kg/m3）配合比C：S：G：W外加剂（%）坍落度（cm）含气量（%）振动粘系数（N/S塌边度（mm）抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）3d28d3d28dL13401451:2.04:3.63:0.431.5251.75781.06.206.7537.242.6L23401501:2.04:3.62:0.442.0302.23063.05.126.6533.542.0L33401551:2.03:3.61:0.462.5554.413511.25.026.0

9、329.034.5L43601451:1.91:3.9:0.402.0352.53502.55.926.9538.143.6L53601501:1.90:3.38:0.422.5654.02524.75.376.1529.736.6L63601551:1.90:3.37:0.431.5201.83654.05.607.0135.846.2L73801451:1.79:3.18:0.382.5301.93704.85.867.8035.144.2L83801501:1.78:3.18:0.391.5251.75624.65.727.5436.441.8L93801551:1.78:3.16:0.

10、412.0503.62437.05.046.8832.240.2分析试验结果根据9次试验结果直接看：第L2号试验的坍落率30mm、含气量2.2%、粘度系数306NS/、塌边3.0mm，抗折强度6.65MPa，其组合条件是（340）A1：（155）B2：（2.0）C2；第4号试验的坍落度35mm、含气量2.5%、粘度系数350 NS/、塌边2.5mm，抗折强度6.95MPa，其组合条件是（360）A2：（145）B2：（2.0）C2。故2、4号试验的各项指标均满足技术要求。根据试验结果建立L9（3#）正交表，根据表5计算结果采用极差法分析影响各指标的主次因素。表5 路面混凝土配合比正交试验测定结

11、果分析表考核指标编号水泥用量（kg/m3）用水量（kg/m3）外加剂（%）交互列抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）坍落度（mm）粘度系数（Na/）含气量（%）直观分析考察指标L13401451.516.7542.6255781.7L23401502.026.6542.0303062.2L33401552.536.0334.5551354.4L43601452.036.9543.6353502.5L53601502.516.3036.6652524.0L63601551.527.0146.2203651.8L73801452.527.8044.2303701.9L83801501.537.54

12、41.8255621.7L93801552.016.8840.2502433.6抗折强度K119.4321.5021.3019.00影响因素：ABCK220.2620.4920.4821.46K322.2219.9220.1320.52K-K2.791.581.002.46抗压强度K1119.1130.4130.6119.4影响因素：CBAK2126.4120.4125.8132.4K3126.2120.9115.3119.9K-K7.3010.015.313.0坍落度K111090115140K212012011580K3105125150115K-K15353560粘度系数K1101912

13、9815051073K296711208991041K311757437571047K-K20855574832含气量K18.36.15.29.3K28.37.98.35.9K37.29.810.38.6K-K1.13.75.13.4图1 正交试验水平、因素分析趋势图强度：影响强度的因素排次为：水泥用量外加剂掺量用水量，即影响抗折强度的主要因素为水泥用量，影响抗压强度的因素排次为：外加剂用水量水泥用量，即外加剂掺量是影响含气量的主要因素。根据（图1）可以看出：抗折、抗压强度在任一水平组合下都能满足设计要求，但是三个因素的各水平组合既要满足工作性、强度指标和经济性，又要满足规范要求的水灰比0.4

14、4，因此按图显示满足各项要求的因素水平组合的基本参数是：A1水泥用量340kg/m3、B1用水量145kg/m3、C3外加剂用量2.0%。为优化配合比惦念提高混凝土的工作性能，配合比中掺入粉煤灰。2.3. 掺粉煤灰混凝土配合比2.3.1 配合比计算采用正交分析结果的基本参数，按超量取代法计算。粉煤灰为级，取代系数为1.51.7试配取1.5普通硅酸盐水泥的粉煤灰掺量为水泥用量的15%25%，按下式计算取代水泥量：已知C0=340、W0=145、P0=2.0%粉煤灰掺量为15%时粉煤灰用量F0=34015%=51；替代水泥用量：C替=F0/1.5=51/1.5=34；粉煤灰取代砂量：S替=F0-C

15、替代51-34=17；水泥用量：C=C0-C替=340-34=306；砂的用量：S0=S-S替=698-17=681；新的理论配合比为C：F：S：G：W：P=306：51：681：1239：145：6.8同样得粉煤灰掺量为20%的配合比为：新的理论配合比为C：F：S：G：W：P=295：68：675：1239：145：5.9同样得粉煤灰掺量为25%的配合比为：新的理论配合比为C：F：S：G：W：P=283：85：670：1239：145：5.7表6 试拌粉煤灰取代水泥试验结果编号外掺量（%）水泥用量（kg/m3）取代水泥量kg粉煤灰量kg坍落度（cm）抗折强度MPa抗压强度MPaR7R28R7

16、R28L100340003.05.827.0343.647.2L111530634514.05.766.8841.345.2L122029545684.25.425.9039.842.1L132528357854.45.105.6235.637.2从表中可以看出粉煤灰掺量为15%时28d强度较好，随着粉煤灰取代量的增加混凝土的坍落度呈上升趋势，这是因为粉煤灰的需水量为98%较水泥低，从28d强度看粉煤灰的外掺量不应超过15%，因此选用的掺粉煤灰的基本配合比为：C：F：S：G：W：P=306：51：681：1239：145：6.8。2.3.2 试验分别按水灰0.44、0.42、0.40水胶比按0

17、.42、0.40、0.38进行试验，试验结果汇总表（见表7）。表7 配合比各项试拌检验指标（kg/m3）编号C：F：S：G：W：P水泥 用量粉煤灰河沙砂石用水量外加剂凝结时间用量超量系数初凝终凝11：0.17：2.57：4.56：0.49：0.22276461.570812591356.145：309：2521：0.17：2.43：4.32：0.47：0.22289481.570312491356.4231：0.17：2.29：4.07：0.44：0.22304511.569612371356.76注：粉煤灰取代后再采用K=1.5超量系数掺用对提高混凝土的工作性及摊铺机的可滑性有显著改善。表8

18、 试拌调整结果统计表编号水泥量配合比 坍落度含气量粘度系数凝结时间抗折强度抗压强度初凝终凝7d28d7d28d12761:0.17:2.57:4.56:0.49:0.22323.33305:309:305.106.0734.239.622891:0.17:2.43:4.32:0.47:0.22313.03255.126.2236.341.533041:0.17:2.29:4.07:0.44:0.22352.83405.786.4038.043.12.3.3 施工配合比确定最终我们选定了既经济又满足技术和施工规范要求的合理配合比.配合比选定和施工控制指标(见表9)。表9 配合比及各项控制指标C:

19、F:S:G:W:P组合料控制误差(%)坍落度(mm)含气量(%)粘度系数(NS/m2)凝结时间抗折强度MPa276:46:708:1259:135:6.14水泥粉煤灰外加剂水骨料初凝终凝1:0.17:2.57:4.56:0.49:0.221111120-402-5200-5003h10h5.753 技术经济比较表10 双掺法技术经济比较分析表配合比基准水泥用量（kg）粉煤灰用量（kg）取代水泥用量（kg）外加剂用量（kg）水用量（kg）砂用量（kg）石用量（kg）指标（元/m3）单价0.3900.192.50.0020.0280.050未掺3406.81456941234231.02双掺306

20、51346.81456811239227.34优化后27646646.81357081259216.42经技术经济分析，可从表10中可得出：双掺法可节约3.68元/m3，经优化后的双掺配合比要节约14。6元/m3，全线路面混凝土总量为16万m3，总计可降低成本234万元。4 结论通过本设计，掌握了水泥混凝土路面滑模施工配合比的设计的基本要领，成功地应用了混凝土“双掺”技术，初步探索出水泥混凝土路面模摊铺施工配合比的设计途径，为配合比设计提供了宝贵的经验。本设计在324线改扩建工程中充分满足了技术与施工要求，确保了路面施工质量。参考文献1JTJ/037.1-2000，公路水泥混凝土路面滑模施工技术规程S.2傅智.水泥混凝土路面滑模施工技术M.北京：人民交通出版社，2000.1.3JTJ012-94，公路水泥混凝土路面设计规范S.4JTJ053-94，公路工程水泥混凝土试验规程S.