全厚式碾壓混凝土路面混凝土配合比特性

“全厚式”碾壓混凝土路面混凝土配合比特性7一J)第9卷第3期中國公路1996年9月ChinaJournalofHighwayandTransportVo1.9No.3Sep.1996"全厚式"碾壓混凝土路面混凝土配合比特性李世牛開民瞬摘要:本文介紹滿足路面平整度及強(qiáng)虎要求的"ze~-<"碾壓混凝土路面的混凝土配合比特性.包括:稠度及配比強(qiáng)度的設(shè)計(jì)指標(biāo)和試驗(yàn)方法,粗集料的最太粒徑.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碾壓混凝土路面是采用瀝青混凝土路面施工機(jī)械將用水量很少的水泥混凝土攤鋪,碾壓成型的新型混凝土路面它兼有瀝青混凝土路面施工方便快速開放交通和水泥混凝土路面高強(qiáng),穩(wěn)定,耐久的優(yōu)點(diǎn),歐美一些國家及日本早在8O年代就重視開發(fā)應(yīng)用和研究但固長期存在"平整度"問題,至今主要用于低速重車貨場(chǎng),港口碼頭,停車場(chǎng)和低等級(jí)重交通路面.我國于80年代初開始碾壓混凝土路面的應(yīng)用研究.交通部在.七五期聞組織國家科技工作引導(dǎo)性項(xiàng)目《我國水泥混凝土路面發(fā)展對(duì)策及修筑技術(shù)》課題研究.在碾壓混凝土路面技術(shù)方面也取得了可喜成果新修訂的JTJ012—94《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》和GBJ收稿日期:1996-08078中國公路1996豐097～94《水泥混凝土路面施工及驗(yàn)收規(guī)范》已增列"碾壓混凝土路面",但只限用于二級(jí)及二級(jí)以下公路,并主要為復(fù)合式路面的下層結(jié)構(gòu).為充分發(fā)揮碾壓混凝土路面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,達(dá)到用于高等級(jí)公路的目的,"八五"國家重點(diǎn)科技項(xiàng)目(攻關(guān))"高等級(jí)公路水泥混凝土路面材料及應(yīng)用開發(fā)研究課題將"碾壓混凝土路面技術(shù)"分列為.材料,"施工技術(shù),"接縫技術(shù)"和"抗滑技術(shù)4個(gè)專題."建成耐久,舒適,安全,經(jīng)濟(jì)的高等級(jí)公路(全厚式)碾壓混凝土路面,形成成套實(shí)用技術(shù)"是4個(gè)專題的聯(lián)臺(tái)攻關(guān)目標(biāo).為完成攻關(guān)任務(wù),本"材料"專題在路面碾壓混凝土的"材料特性","原材料技術(shù)要求","稠度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)方法",配合比設(shè)計(jì)"及粉煤灰和加劑和應(yīng)用技術(shù)"等方面進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究,取得了豐碩成果本文扼要介紹有關(guān)配合比特性的主要研究成果.1混凝土稠度"稠度"是反映碾壓混凝土施工性能的重要品質(zhì)指標(biāo).經(jīng)研究國內(nèi)外資料認(rèn)為,碾壓混凝土路面所以存在"平整度"問題,混凝土稠度太低是"材料"方面的重要因素.實(shí)踐證明.加大稠度可減少碾壓產(chǎn)生的沉陷和推擠,提高平整度,但稠度太大則難以獲得足夠的壓實(shí)度.因此,把握適宜的稠度.是保證路面壓實(shí)質(zhì)量并解決.平整度難題的關(guān)鍵技術(shù).1.1稠鏖試驗(yàn)方法提出適用性好的稠度測(cè)試方法,是進(jìn)行稠度指標(biāo)研究的前提.為此,在參考國內(nèi)外資料的基礎(chǔ)上,反復(fù)進(jìn)行馬歇爾壓實(shí)法","土工擊實(shí)法"和"改進(jìn)VC法等碾壓混凝土常用稠度測(cè)試方法的適用性考察試驗(yàn),并重點(diǎn)進(jìn)行日本《碾壓混凝土路面技術(shù)指南》(草案)(簡稱:日本"指南"),我國《水工碾壓混凝土試驗(yàn)規(guī)程》和GBJ97—94《水泥混凝土路面施工及驗(yàn)收規(guī)范》幾種不同"改進(jìn)VC法"的對(duì)比,經(jīng)過大量室內(nèi)外試驗(yàn),研究提出比上述方法適用性更好的20kg壓重,半出漿改進(jìn)VC法.表l為三種不同.改進(jìn)VC法"的比較.表1三種不同"改進(jìn)VC法的比較試驗(yàn)結(jié)果表明:①"GBJ97～94"改進(jìn)VC法因圓盤配重太輕并以試樣"全面積出漿"判定改進(jìn)VC值.所以試驗(yàn)時(shí)間較長,不能適用于(滿足路面平整度要求的)稠度較大的路面碾壓混凝土;②本專題成果與日本"指南"的改進(jìn)VC法相比.雖然圓盤配重相同.但稠度判定標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試項(xiàng)目均有所改進(jìn)由于將稠度判定標(biāo)準(zhǔn)由"半周邊出漿"改為"半面積出漿",使測(cè)值的判斷性廈可比性明顯提高;又因采用"試樣表面出漿評(píng)分"取代"試樣振實(shí)率.使改進(jìn)Vc法可間接反映混凝土的易修整性,具有更好的實(shí)用性.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果也表明.VC試驗(yàn)的第3期李世綺等:"全厚式"碾壓混凝土路面混凝土配合比特性9"試樣壓實(shí)率"并不能靈敏反映混凝土用水量及粗,細(xì)集料臺(tái)成現(xiàn)場(chǎng)試級(jí)配的變化因此,對(duì)碉度質(zhì)量控制井未顯示出良好的效果.1.2稠度指標(biāo)為研究適宜的混凝土稠度指標(biāo),在廣西田陽和山西左云探索性試驗(yàn)路重點(diǎn)進(jìn)行囝1混凝土碼度與瑋面平整度廈壓實(shí)度的相關(guān)關(guān)系"混凝土稠度對(duì)路面平整度及壓實(shí)度影響"的考察試驗(yàn).田陽試驗(yàn)路的結(jié)果表明:(1)無論采用5～40ram還是5～20ram的粗集料,路面平整度均隨混凝土稠度的增大而提高,路面壓實(shí)度卻隨之而降低.(2)由于施工條件等因素的影響,路面平整度雖未達(dá)到<5mm的預(yù)定目標(biāo),但壓實(shí)度較高.為提高路面平整度,在確保路面壓實(shí)度的前提下,混凝土稠度在改進(jìn)VC值為35s的基礎(chǔ)上還可適當(dāng)提高.左云試驗(yàn)路的研究結(jié)果(示于圖1)表明:(1)路面平整度及壓實(shí)度與混凝土稠度改進(jìn)VC值具有一定的相關(guān)關(guān)系.(2)路面平整度達(dá)3mm時(shí),改進(jìn)VC值相應(yīng)為54s.但當(dāng)改進(jìn)VC值>40s時(shí),壓實(shí)度則顯著下降.綜臺(tái)田陽及左云探索性試驗(yàn)路的結(jié)果,為兼顧平整度及壓實(shí)度的要求,井考慮一定的質(zhì)量波動(dòng),混凝土稠度一改進(jìn)VC值以4O士5s為宜.廣西武鳴,合浦和山西長治工業(yè)性試驗(yàn)路的混凝土稠度指標(biāo)均為4O士5s.表2所示路面質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果表明,三段工業(yè)性試驗(yàn)路在混凝土碉度控制在4O士5s的情況下,路面平整度<3mm的百分率達(dá)8O～8左右,壓實(shí)度均>98,質(zhì)量均滿足要求.表2工業(yè)性試驗(yàn)路的路面檢測(cè)結(jié)果2混凝土抗折強(qiáng)度路面混凝土以抗折強(qiáng)度為配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)"振動(dòng)碾壓成型"的施工特性決定了路面碾1O國,厶\路1996年壓混凝土必須采用不同于一般的抗折試件成型方法及配比強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法.2.1試件成型方法以往路面碾壓混凝土稠度較低,一般采用振動(dòng)臺(tái)成型試件,在試件表面施加一定壓力并按"2倍數(shù)進(jìn)VC值時(shí)間振動(dòng)成型,效果良好.然而此種稠度較低的撮凝土難以滿足路面平整度要求.欲提高路面平整度必須加大混凝土稠度.但當(dāng)混凝土十分干硬時(shí),接上述方法成型的試件難以獲得一致的密實(shí)度,因而不能客觀反映混凝土的實(shí)際強(qiáng)度.為此,通過試驗(yàn)研究,提出用改進(jìn)表面振搗器.按'等壓實(shí)率'加壓振動(dòng)的抗折試件成型方法.如圖2所示.采用2種標(biāo)號(hào)的水泥,各按2個(gè)水泥用量(250,330kg/m)和2個(gè)用水量(97,106kg/m)配制4個(gè)不同灰水比的碾壓混凝土,進(jìn)行兩種成型方法的對(duì)比試驗(yàn).建立混凝土抗壓,抗折強(qiáng)度匏羅米經(jīng)驗(yàn)式如表3所示.衰3不同成型方法建立混凝土抗壓,抗折蛋度鮑羅米經(jīng)驗(yàn)式的比較由表3可見,"等壓實(shí)率成型法建立的混凝土抗壓,抗折強(qiáng)度鮑羅米經(jīng)驗(yàn)式都有極好的相關(guān)性和精度,而"2倍VC時(shí)間"法所建立混凝土鮑羅米經(jīng)驗(yàn)式,相關(guān)性和精度都顯著地差.可見,"2倍VC時(shí)間"法不適用于稠度較大的路面碾壓混凝土.2.2配比量度設(shè)計(jì)方法普通混凝土修整性好,容易振實(shí),施工時(shí)可獲得大體一定的密實(shí)度.確定配比強(qiáng)度其需考慮拌制時(shí)的質(zhì)量波動(dòng).但是,路面碾壓混凝土是超干硬性混凝土,施工中壓實(shí)率變化很大,由此產(chǎn)生的強(qiáng)度波動(dòng)達(dá)到用普通混凝土把手2用改翩平板掘搗器成型試件的加成系數(shù)難以考慮的程度.所以,確定路面碾壓混凝土配比強(qiáng)度必須同時(shí)考慮拌制及施工時(shí)的質(zhì)量波動(dòng).因此,路面碾壓混凝土配比強(qiáng)度n宜按下式確定:n一(n十一)×K.有關(guān)參數(shù)如下:(1)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)抗折強(qiáng)度n:按重交通或特重交通路面要求.F一5.0MPa.(2)壓實(shí)安全強(qiáng)度:是為彌補(bǔ)因路面壓實(shí)率不足所造成的強(qiáng)度損失.而在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度上附加的強(qiáng)度值.F一(l—.)口式中,Y——抗折試件標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)率;Yz一路面芯樣壓實(shí)率下限值;gf-一一相應(yīng)于壓實(shí)率變化1%的抗折強(qiáng)度渡動(dòng)值.'在廣西田陽,武鳴,合浦和山西長治試驗(yàn)路共鉆取96個(gè)路面芯樣,其平均壓實(shí)率為95.1%,標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.3%.因此,以芯樣平均壓實(shí)率為試件標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)率,即-一95%,而保證率為95%的壓證率下限值Yz一95.1%一1.64×1.3—93%.第3期李世綺等:"奎厚式"碾壓混凝土路面混凝土配合比特性11通過試驗(yàn)得出路面碾壓混凝土抗折強(qiáng)度F與灰水比c/w及壓實(shí)率的相關(guān)關(guān)系為: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)由上式可見.壓實(shí)率每降低1%.抗折強(qiáng)度相應(yīng)下降0.27MPa.因此取=0.3MPa.則壓實(shí)安全強(qiáng)度'一(95—93)×0.3=0.6MPa.'(3)強(qiáng)度加成系數(shù):與強(qiáng)度保證率系數(shù)t及質(zhì)量變異系數(shù)c有關(guān):=1/(1一tC).經(jīng)參考國內(nèi)外有關(guān)資料,混凝土強(qiáng)度保證率一般為8O%.則t=0.84;根據(jù)廣西和山西5個(gè)試驗(yàn)路在拌和場(chǎng)檢測(cè)機(jī)口混凝土質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果.C=7%～14%.3配合比特性為確保碾壓混凝土路面具有良好的平整度,足夠的壓實(shí)度和質(zhì)量均勻性,混凝土拌合料不僅應(yīng)有適宜的稠度.而且應(yīng)有良好的抗離析性,易修整性和可壓實(shí)性.這些煎工性能的要求決定了路面碾壓混凝土具有不同于普通混凝土的配合比特性.3.1用水量碾壓混凝土稠度主要受單位用水量的影響.實(shí)踐表明,混凝土稠度過高則不能被充分壓實(shí).并加大離析程度.致使路面強(qiáng)度降低.影響質(zhì)量均勻性;稠度過低.碾壓時(shí)則易出現(xiàn)波浪,影響路面平整度.圖3示出碎石,礫石路面碾壓混凝土和普通混凝土滿足施工稠度要求的單位用水量.試驗(yàn)所用粗集料的最大粒徑及混凝土稠度指標(biāo)如下:普通混凝土為40mm,坍落度約3cm;碾壓混凝土為20ram,改進(jìn)VC值為40±5s.試驗(yàn)結(jié)果表明:在以集料飽和面干計(jì)算配合比的條件下,采用碎石時(shí).普通砼的單位用水量約需150kg/m.而碾壓砼僅需100kg/m左右,約為前者的7O;如采用礫石.還可進(jìn)一步減少用水量.3.2水泥用量150喜磊7550皿O一曲苧:薹0瞢碎瞢礫疆啐礫口用水量(kg/~)+比率(%)囤3碎石,礫石路面碾壓砼和普通砼的單位用水量比較與普通路面混凝土相比,路面碾壓混凝土用水量很少因此,滿足一定強(qiáng)度要求的水泥用量也較少.室內(nèi)試驗(yàn)及試驗(yàn)路的配合比表明:在采用525#或425#水泥的情況下,路面碾壓混凝土的水泥用量一般為25O～320kg/m.可比普通路面混凝土減少水泥1O%～3O.由圖4所示結(jié)果可見:(1)普通混凝土和碾壓混凝土的抗折強(qiáng)度與水泥用量均有良好的相關(guān)關(guān)系,在水泥用量相同的條件下,碾壓混凝土的抗折強(qiáng)度一般高于普通混凝土0.5～】.0MPa;在抗折強(qiáng)度一定的條件下.碾壓混凝土約可節(jié)約水泥l(xiāng)5%～25.(2)混凝土抗折強(qiáng)度隨水泥用量的增大而顯著提高,但當(dāng)水泥用量增大至一定量時(shí),抗折強(qiáng)度的增長幅度趨近平緩,如繼續(xù)加大水泥用量,抗折強(qiáng)度非但不提高還有下降的趨勢(shì).l2中國公路1996年圖4顯示的極限水泥用量,碾壓混凝土約為330kg/m;普通混凝土約為350kg/m.盡管試驗(yàn)結(jié)果表明,路面碾壓混凝土水泥用量為250kg/m時(shí),抗折強(qiáng)度可達(dá)6.0MPa.但施工配臺(tái)比的水泥用量一般為280～320kg/m,很多情況是考慮增加粉料含量以改善旋工性能而定的.因此,在有條件的情況下,適量(10～2O)摻用品質(zhì)不低于2級(jí)的粉煤灰,不僅可改善路面碾壓混凝土的旋工性能,還利于提高其經(jīng)濟(jì)性.3.3粗集料最大粒徑及粗,細(xì)集料合成級(jí)配混凝土粗集料粒徑越大,經(jīng)濟(jì)性越好.然而所用粗集料的最大粒徑又與混凝土性狀及施工條件有關(guān).試驗(yàn)結(jié)果表明,粗集料最大粒徑對(duì)路面碾壓混凝土的離析程度,壓實(shí)度及強(qiáng)度均勻性均有顯著影響.采用最大粒徑40ram的粗集料時(shí),不僅路面平整度難以達(dá)到要求,而且壓實(shí)度和強(qiáng)度變異大,為保證路面質(zhì)量,要求混凝土配比強(qiáng)度較高.不僅路面質(zhì)量難以保證,而且并不經(jīng)濟(jì).因此,路面碾壓混凝土粗集料的最大粒徑不應(yīng)超過20mm.粗,細(xì)集料合成級(jí)配對(duì)路面碾壓混凝土拌臺(tái)料的稠度,可壓實(shí)性,抗離析性,表面易修整一7堊6唾羹s524(I2602帥3帥320340360380水泥啊■C(~./m3)圖4路面碾壓砼與普通砼抗折強(qiáng)度～水泥用量相關(guān)性的比較篩孔尺寸(m)囝5本專題研究提出的路面碾壓混凝土租,蛔集料合成級(jí)配范圍性及抗壓,抗折強(qiáng)度等多項(xiàng)路用性能均有程度不同的影響通過正交設(shè)計(jì)試驗(yàn),根據(jù)以上6項(xiàng)考核指標(biāo)的綜合分析結(jié)果,研究提出路面碾壓混凝土臬料合成級(jí)配范圍如圖5所示.此范圍的砂率上限比JTJ0l2—94《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》提高2,比日本"指南降低9;下限與日本.指南"同,比JTJ01294提高5.在粗,細(xì)集料質(zhì)量滿足要求的前提下,適宜的砂率范圍為35～45%,石子填充體積相應(yīng)為85～7O;最佳砂率為4O,石子填充體積相應(yīng)為8O.3.4外加劑減水劑和引氣劑作為混凝土常用外加劑,不僅可降低混凝土用水量和水泥用量,改善其施工性能,而且可提高混凝土強(qiáng)度和耐久性,路面碾壓混凝土用水量很少,稠度經(jīng)時(shí)變化對(duì)其施工性能影響極大.作為路面碾壓混凝土的外加劑特性,"緩凝"比"減水"更顯重要.試驗(yàn)研究結(jié)果表明,高效減水劑并不適用于路面碾壓混凝土為使路面有足夠時(shí)間以充分碾壓,宜采用緩凝型減水劑;試驗(yàn)結(jié)果還表明,復(fù)臺(tái)摻用引氣劑,不僅有效地提高了路面碾壓混凝土的抗凍性,并可進(jìn)一步提高各項(xiàng)路用性能,具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益3.5粉煤灰試驗(yàn)研究結(jié)果表明,適量采用品質(zhì)不低于2級(jí)的粉煤灰,可以提高路面碾壓混凝土的經(jīng)濟(jì)性,對(duì)混凝土強(qiáng)度,含氣量,壓實(shí)率及抗凍性均無不良影響.但當(dāng)摻量超過2O時(shí),混凝土●0第3期李世特等:"奎厚式"碾壓混凝土路面混凝土配合比特性抗折強(qiáng)度,抗壓強(qiáng)度及抗凍性均急劇下降.因此,粉煤灰摻量以1O～1j為宜,最大不宜超過2O.在適宜砂率的條件下,粉煤灰超代系數(shù)1.5～2.0為宜,超代系數(shù)太小或過大都會(huì)導(dǎo)致混凝土壓實(shí)事及強(qiáng)度明顯下降4結(jié)語(1)混凝土配合比對(duì)路面質(zhì)量