碾壓混凝土配合比設計試驗

1、碾壓混凝土實驗室配合比設計試驗1 試驗目的測定碾壓混凝土配合比設計試驗所用原材料的物理力學性能指標，然后進行 碾壓混凝土實驗室的配合比設計。2 試驗方案 本試驗根據(jù)配合比設計所需的技術資料，首先對選定的材料進行物理力學性 能指標的測定試驗， 再依據(jù)配合比設計規(guī)程及原則來進行配合比的設計， 對于碾 壓混凝土，設計時主要考慮其三大參數(shù)的要求。本試驗流程圖如圖2.1 所示。原材料的物理力學性能試驗不滿足技術要求易壓實性可碾壓性滿足技術要求確定實驗室配合比圖 2.1 試驗流程圖3 試驗方法3.1 原材料的物理力學性能試驗本試驗配合比設計所用的原材料主要有：水泥、粉煤灰、石灰、粗細集料、水及外加劑等。3

2、.1.1 水泥試驗水泥試驗主要包括：水泥細度試驗、水泥標準稠度用水量試驗、水泥凝結(jié)時 間試驗、水泥體積安定性試驗、水泥膠砂強度試驗等。水泥細度試驗采用手工干篩法來檢驗水泥細度；水泥標準稠度用水量試驗、 水泥凝結(jié)時間試驗及水泥體積安定性試驗 （雷氏夾法）按 GB/T 1346-1989水泥 標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法 ，用沸煮法，對該水泥進行了安 定性試驗；水泥膠砂強度試驗通過 ISO 法來測定水泥的強度等級。通過試驗，得到本試驗所用水泥的物理性能見表 1.1表 1.1水泥的物理性能表水泥品種初凝（h:min）終凝（h:min）安定性（mm）篩余量（%）標準稠 度（%）抗壓（Mpa

3、）抗折（Mpa）3d 28d3d 28dP.C32.5R2.13.1.2 粉煤灰試驗根據(jù)用于水泥和混凝土中的粉煤灰 GB159691 以及國家標準 GB1751999，GB13441999，GB129581999 中的規(guī)定，需對粉煤灰的細度、密度、 凝結(jié)時間、體積安定性和強度及強度等級等主要技術性質(zhì)經(jīng)行測定。通過試驗，該粉煤灰的物理性能見表 1.2。表 1.2粉煤灰的物理性能表粉煤灰等級密度（g/cm3）堆積密度（g/cm3）細度（%）比表面積（g/cm2）需水量（%）28d抗壓 強度比 （%）級2.302263.1.3集料試驗集料試驗主要包括測定砂、石的近似密度試驗、砂、石的堆積密度試驗、砂

4、、石的空隙率計算和砂、石的篩分析試驗等。表 1.3通過試驗，測得所用砂子、石子的物理性能見表 1.3、表 1.4砂子的物理性能表近似密度（g/cm3）堆積密度（g/cm3）細度模數(shù)含泥量（ %）空隙率（ %）2.6231.6032.138.9表 1.4石子的物理性能表近似密度（g/cm3）堆積密度（g/cm3）顆粒級配 含泥量（%） 壓碎值空隙率（%）2.6091.44044.83.1.4 石灰試驗按現(xiàn)行建材行業(yè)標準建筑生石灰 JC/T47992、建筑生石灰粉 JC/T480 92 的規(guī)定，需對生石灰中的鈣、鎂含量及其等級、細度、體積安定性等技術 指標進行測定。通過試驗，測定石灰的物理性能指標

5、如表 1.5 所示 表 1.5石灰的物理性能表等級密度（g/cm3）堆積密度（g/cm3）細度（ %）3.1.5 水要求 PH4，采用自來水即可。3.2 碾壓混凝土配合比設計原理與方法混凝土的配合比設計應按國家現(xiàn)行標準 普通混凝土配合比設計規(guī)程 JGJ55 的有關規(guī)定， 根據(jù)混凝土的強度等級、 耐久性和工作性等要求進行。 對于有特殊 要求的混凝土， 其配合比設計尚應符合國家現(xiàn)行有關標準的專門規(guī)定。 在進行混 凝土配合比設計時，要考慮其三大參數(shù)：（1）水灰比，主要控制混凝土的強度和耐久性；（2）單位用水量，主要控制混凝土的流動性；（3）砂率，它表明了粗細骨料的組合關系，主要控制混凝土和易性中的粘

6、聚性 和保水性要求。對于碾壓混凝土，其配合比設計至今都沒有統(tǒng)一的方法，目前國內(nèi)外比較公 認的設計方法有正交設計法和日本建設部關東技術事務所與水泥協(xié)會共同推薦的碾壓式混凝土配合比設計方法。 其設計思想都是： 盡可能減小碾壓混凝土的孔 隙率，用碾壓混凝土最優(yōu)含水量， 確定最佳的水灰比。 采用標準擊實實驗確定最 佳含水率，再確定碾壓混凝土的單方用水量， 再結(jié)合施工經(jīng)驗， 確定基準配合比， 最后從中選擇適合本工程施工技術要求的施工配合比。本試驗在進行配合比設計中主要采用了碾壓式混凝土配合比設計方法。該設 計方法的主要特點是將多個主要因素聯(lián)系在一起， 根據(jù)混凝土學原理， 按照細骨 料和粗骨料的空隙分別由

7、水泥漿和砂漿填充的原則， 引入水泥漿填充系數(shù) （水泥 漿富余系數(shù)） Kp 和砂漿填充系數(shù)（砂漿富余系數(shù)） Km ，即：Kp = 水泥凈漿體積 /細骨料空隙體積 1Km = 砂漿體積 /粗骨料空隙體積 1通過試驗研究，在一定的密實功下當填充性良好時，Kp ，Km 值可分別取1.11.4和1.21.6，本試驗的 Kp、Km 取值為 1.3、1.6。確定出 Kp，Km 值后， 碾壓混凝土的各種材料用量可按下式來進行計算：1000 10VaG10VGK m 1WG G10VGKm(10VSK p( WS1) WGS10VSK pWS式中 Va含氣量， %； Ws，WG干細骨料、粗骨料在充分密實下的單位

8、質(zhì)量， kg/m3； Vs， VG 干細骨料、粗骨料在充分密實下的空隙率， %； s，G， c細骨料、粗骨料、水泥的密度， g/cm3； G，S，W， C 粗骨料、細骨料、水、水泥用量， kg/m3。碾壓混凝土的主要參數(shù)有：水灰比 W/C ；砂漿富余系數(shù) Km；水泥漿富余系 數(shù) KP；粉煤灰摻量 f ，W/C 和粉煤灰用量是影響碾壓混凝土可碾性、強度、耐久 性的主要因素，若在碾壓混凝土中加入其他材料，如減水劑、緩凝劑等，就應考 慮添加材料對碾壓混凝土性能的影響。3.3 碾壓混凝土配合比設計試驗一）碾壓混凝土實驗室配合比設計試驗1 試驗所用原材料及其物理性質(zhì)（見章節(jié) 3.1）（1）膠凝材料：粉煤

9、灰、石灰、水泥；（ 2）集料：砂子、石子；（3）自來水等。2 試驗所用儀器： （ 1）臺秤，電子天平（稱量 1000g，感量 1g）；（2）砼拌合物維勃稠度測定儀、圓形配重盤；（3）量筒、燒杯、秒表等。3 基準配合比設計基準配合比設計過程中，所用各材料用量如表 3.1 所示表 3.1各組材料用量數(shù)據(jù)表組別粉煤灰（g）石灰（ g）砂子（ g）石子（ g）水（ ml）混合料 總質(zhì)量 （g）12005074013801352370217575740123018522203280708301140150232042807083011401602320528070830114017023204 可碾性、

10、易壓實性及強度的測定方法和試驗裝置由于碾壓混凝土屬于特干硬性水泥混凝土，因此工作性指標的選擇、檢驗與 控制對于其壓實度、彎拉強度及平整度至關重要。（1）可碾性的測定 可碾性的測定方法可用改進 VC 值法來評價。 試驗中的“試樣表面出漿評分” 宜為 4 5 分，并不應低于 4 分。試樣表面評分標準值見表 3.2。評分54321表面狀況平整平整平整有缺陷不平整出漿很好出漿較好基本出漿出漿不足無漿試樣表面出漿評分表表 3.2（2）易壓實性的測定 本試驗采用 RA 法來測定碾壓混凝土的易壓實性及其濕密度。首先將攪拌好 的 2.3 kg 的碾壓式混凝土放入圓筒模具中，再把 19.5 kg 的配重放進圓筒

11、，開啟儀器振動 20 s后，測定其壓實度，以此來量度易壓實性。試驗裝置見圖3.1、圖圖 3.1 RA 法測定裝置3.2。圖 3.2 RA 法高度 H 測定方法（3）抗壓強度的測定將碾壓混凝土拌和物分兩層裝入 200mm 200mm200mm 試模中，試模固 定于振動臺上，碾壓混凝土拌和物表面加配重 （21kg），施振時間為 20s，成型 24 小時后拆模，試塊放于標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護。以 3d、 7d、28d 各自抗壓強度 R3、 R7、R28 及抗折強度 F3、 F7、F28 為考核指標，分別對五組不同配比的試件進 行試驗。具體試驗部分見充填結(jié)構(gòu)體壓縮性能試驗部分。5 試驗主要步驟及過程（1）稱

12、料、拌合按表 3.1中所給的各組材料的各自用量進行稱量。先將稱量好的第1 組材料倒在拌合板上，不加水將各材料拌合均勻，然后加水進行充分均勻拌合。（2）裝料將拌合好的碾壓混凝土裝入維勃稠度測定儀的圓筒內(nèi)，裝入后再將其表面刮 平，在振動臺上固定好圓筒后，將預定重量的圓形配重盤（ 19.5kg）加在刮平的 碾壓混凝土上面。（3）振動啟動儀器，用秒表計時，振動 20s 即暫停，然后觀察圓盤周圍的反漿情況， 或去掉配重后查看表面的平整性，并結(jié)合表 3.2 進行可蹍性評分。根據(jù)振實情況，如果表面不很平整及無漿泌出，可考慮繼續(xù)振實1020s；如果表面很平整且有足夠漿泌出， 即可認為已達到最佳密實情況， 并做

13、好相關數(shù) 據(jù)的記錄。（4）配合比調(diào)整通過上一次的試驗，改變相關混合料的質(zhì)量，進行配合比的調(diào)節(jié)，確定出一 組新的摻量值，按表 3.1 中的其他各材料用量再次稱量，并重復試驗步驟（ 1）、 （2）、（3），直至拌合物的碾壓性能夠達到實驗室要求，從而確定出最優(yōu)的每立 方各個材料的用量。6 試驗結(jié)果及分析對應各組分別振動 20s后所測得的可碾性及濕密度如表 3.3 所示。表 3.3可碾性和濕密度試驗記錄表組別混合料上 部筒高平 均值（cm）混合料厚 度值（ cm）混合料體 積3V （cm 3）濕密度（g/cm3）水灰比W/C可碾性 評分117.62.51139.842.1990.541217.92.2

14、1003.072.4900.745317.82.31048.662.3800.432417.62.51139.842.1930.463517.72.41094.262.2850.494通過以上試驗，采用 RA 法測定了在膠凝材料中不摻水泥時，固定砂率，看 不同水膠比對碾壓混凝土可蹍性能的影響， 初步確定了本試驗范圍內(nèi)合適的水膠 比及砂率。在接下來的試驗中，采用 VC 值法分別做了以下五組試驗，試驗記錄如碾壓 混凝土工作性記錄表 1、表 2 所示。確定膠凝材料的總量為 300g，同時固定砂率 都為 0.41。前三組膠凝材料中只摻加了粉煤灰和石灰， 未摻加水泥， 看該情況下 不同水膠比對碾壓混凝土

15、可蹍性能的影響； 后兩組在膠凝材料中只摻加水泥， 看 此種情況下不同水灰比對碾壓混凝土可蹍性能的影響。通過進一步的試驗，又分別做了六組試驗，試驗記錄如碾壓混凝土工作性記 錄表 3、表 4 及表 5 所示。此時，固定用水量為 160g，水灰比為 0.53，砂率為 0.40，膠凝材料的總量都為 300g。在前三組試驗在膠凝材料中未摻加水泥， 后三 組試驗的膠凝材料中摻加了水泥， 且三組水泥各占膠凝材料總量的 17%、33%和 50%。通過這六組試驗，保持水灰比、砂率及用水量不變，看不同比例的膠凝材 料用量對碾壓混凝土性能的影響。綜合以上試驗，確定出了五種適合于本工程的碾壓混凝土實驗室配合比，其 中

16、 VC 值法所用材料總用量為 2.43kg，確定的配合比參數(shù)為：水膠比 0.53，砂率 0.40，并采用表 3、表 4及表 5 中的第 1、2、4、5、6 組試驗材料用量作為強度 試驗中的五種配合比，以此來進行碾壓混凝土抗壓強度試驗試件的制備。通過以上幾組試驗可以看出，第 5 組情況下的可壓實性效果較好，并結(jié)合現(xiàn) 場施工可蹍性的設計試驗，得出其壓實率為： 2.255/2.285=97.8%。（二）碾壓混凝土抗壓強度試件的制備試驗1 各材料用量由上面配合比設計試驗中所確定的水灰比和砂率，以及試模大小尺寸，稱取5L 的材料用量，各材料用量如表 3.4 所示。表 3.4材料用量數(shù)據(jù)表材料粉煤灰（ F

17、）石灰砂子（ S）石子（ G）水（W）質(zhì)量（ g）1400350415057008502 試驗所用儀器（1）臺秤；（2）砼拌合物維勃稠度測定儀、方形配重盤；（ 3） 200mm200mm200mm 立方體試模；量筒、燒杯、搗棒等。3 試驗主要操作過程（1）稱料拌合通過表 3.3可以看出，第 5 組的材料配合比能夠達到較好的碾壓效果，因此， 本試驗的各材料用量分別取第 5 組各材料用量的 5 倍（5 L）。將稱量好的各材料倒在拌合板上，先不加水將各材料拌合均勻，然后加水進行充分拌合。（2）裝料將拌合好的碾壓混凝土裝入 200mm200mm200mm 立方體試模內(nèi)，分兩 次裝滿，并每次用搗棒各倒

18、50下（由外向內(nèi)螺旋次序振搗） 。隨后將其表面刮平， 在振動臺上固定好試模， 將預定重量的方形配重盤 （21kg）加在刮平的碾壓混凝 土上部。（3）振動啟動儀器，用秒表計時，振動 20s 即暫停，去掉配重后查看表面的平整性， 并結(jié)合表 3.2 進行可蹍性評分。根據(jù)振實情況，如果表面不很平整及無漿泌出，可考慮繼續(xù)振實1020s；如果表面很平整且有足夠漿泌出， 即可認為已達到最佳密實情況， 并做好相關數(shù) 據(jù)的記錄。（4）配合比調(diào)整 通過上一組的試驗，若表面很平整且有水泥漿泌出，即可認為已達到最佳密 實情況，可以用該組的配合比來進行強度試驗；若表面不很平整且無漿體泌出， 則需考慮改變相關混合料的質(zhì)量

19、，進行配合比的調(diào)節(jié)，確定出一組新的摻量值， 再次稱量，并重復試驗步驟（ 1）、（2）、（3），直至拌合物的碾壓性能夠達到實驗 室要求，從而確定出最優(yōu)的每立方各個材料的用量， 在實際施工過程中， 只需按 所給材料的物理性能參數(shù)進行相關系數(shù)的調(diào)整即可。4 試驗結(jié)果及分析試驗數(shù)據(jù)記錄如表 3.5 所示。表 3.5可碾性和濕密度試驗記錄表試模內(nèi)砼 組別 上部高度 組別 平均值（cm）混合料厚 度值（ cm）混合料體 積V （cm 3）濕密度（g/cm3）水灰比W/C可碾性 評分1 6.213.855202.2550.494振動 20s 后取掉配重，可以觀察到表面返漿明顯，說明用水量稍許偏多。拆 除模具

20、后， 可以觀察碾壓砼四周內(nèi)側(cè)上表面均密實， 下表面有少許部分呈蜂窩不 平狀。撥開砼后，發(fā)現(xiàn)砼內(nèi)部已基本全部擠密壓實了，由此可以看出，對于制備抗壓強度試驗所需的試件，該試驗方法是合理、可行的5 其他該試驗過程中試驗設備參數(shù)如表 3.6、表 3.7 所示。表 3.6 砼拌合物維勃稠度測定儀圓筒的尺寸參數(shù)表名稱圓筒內(nèi)壁高度（ cm ）圓筒內(nèi)徑（cm）圓筒底面積（cm3）尺寸20.124.1455.94表 3.7 試驗配重的質(zhì)量參數(shù)表名稱儀器原配 帶桿塑料 圓盤單個薄鐵 圓盤單個厚鐵 圓盤帶螺絲桿 體單個薄方 鐵盤單個厚方 鐵盤質(zhì)量（ g）27202470477061030005910碾壓混凝土工作性

21、記錄表試驗編號試驗配合比 （g）水灰 比粉煤石灰水泥砂子石子水灰124060080011701400.47224060080011701600.53324060080011701500.50工作性測定最佳砂率振動總 時間工作性評濕密度（kg/m3）干密度（kg/m3）含水率（%）（s）分（ 15）202199319130.413022028192540220511942204213219910.41305222120756.64052287213720219971917303203919530.416.24032123199180422402101試驗日期： 2012-7-28備注1）第 1組

22、材料總量 2410g，第 2組材料總量 2430g，第 3組材料總量 2420g，第 4組材料總量 2410g，第 5組材料總量 2430g； （2）圓筒內(nèi)底面積取值為 455.94cm2；配重： 3 4770（厚圓板） +2470（薄圓板） +2720（原配桿） =19500g。試驗有關事項說明碾 壓 混 凝 土 工 作 性 記 錄 表 2試驗日期： 2012-7-28試驗 編號試驗配合比 （g）水灰 比砂率工作性測定濕密度3（kg/m3）干密度3（kg/m3）最佳 含水率（%）備注粉煤 灰石灰水泥砂子石子水振動總 時間 （s）工作性評 分（15）40030080011701400.470.

23、41202203319155.8302203319154022057193750030080011701600.530.41203215719876.63042317216540525382371試驗有關事項 說明（1）第 1組材料總量 2410g，第 2組材料總量 2430g，第 3組材料總量 2420g，第 4 組材料總量 2410g，第 5組材料總量 2430g； （ 2）圓筒內(nèi)底面積取值為 455.94cm2，配重： 3 4770（厚圓板） +2470（薄圓板） +2720（原配桿） =19500g。碾 壓 混 凝 土 工 作 性 記 錄 表 3試驗日期： 2012-7-29（上午）試驗 編號試驗配合比 （g）水灰 比砂率工作性測定濕密度3（kg/m3）干密度3（kg/m3）最佳 含水率（%）備注粉煤 灰石灰水泥砂子石子水振動總 時間 （s）工作性評 分（15）124060078011901600.530.40104222120746.62052317216530524232263405221090078011901600.530.40102210719686.6203215820163042287213740423922259試驗有關事項 說明（1）材料總用量：第 3 組為 2440g，其余組均為 2430g；（2）圓筒內(nèi)底面積取值為 455.94cm2，配重： 3