董國(guó)棟

（滄州市交通運(yùn)輸局公路工程質(zhì)量監(jiān)督處，河北 滄州061000）

0 引言

公路水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是將組成混凝土的原材料，即粗、細(xì)集料、水和水泥的用量，加以合理配合，使配制的混凝土能夠滿足強(qiáng)度、耐久性及和易性等技術(shù)要求，并盡可能節(jié)約水泥，以取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。農(nóng)村地區(qū)原有的通村公路統(tǒng)一使用設(shè)計(jì)抗彎拉強(qiáng)度為4.0MPa的路面配合比，標(biāo)準(zhǔn)單一，而通村公路的交通量各不相同，應(yīng)首先對(duì)路面板強(qiáng)度進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)出低強(qiáng)度的配合比，以適應(yīng)不同強(qiáng)度需求?？蓪⑺嗷炷谅访鎻?qiáng)度分為四個(gè)等級(jí)：3.0MPa、3.5MPa、4.0MPa、4.5MPa，以水泥混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值4.0MPa 為例，碎石混凝土工作性最佳時(shí)的坍落度為25～30mm，計(jì)算水泥混凝土實(shí)驗(yàn)室配合比。

1 初步配合比設(shè)計(jì)

1.1 確定公路混凝土的配制抗彎拉強(qiáng)度

式中：fc為混凝土配制28d 抗彎拉強(qiáng)度的均值（MPa）；fr為混凝土設(shè)計(jì)抗彎拉強(qiáng)度（MPa）；S為抗彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)樣本的標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）；t為保證率系數(shù)，按表1 確定；Cv為抗彎拉強(qiáng)度變異系數(shù)，按統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)在表2 的規(guī)定范圍內(nèi)取值（在無(wú)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)，彎拉強(qiáng)度變異系數(shù)應(yīng)按設(shè)計(jì)取值，如果施工配制強(qiáng)度超出給定的彎拉強(qiáng)度變異系數(shù)上限，則必須改進(jìn)機(jī)械裝備和提高施工控制水平）。

表1 保證率系數(shù)

1.2 計(jì)算水灰比（W/C）

公路水泥混凝土拌和物的水灰比，根據(jù)已知的混凝土配制抗彎拉強(qiáng)度f(wàn)c和水泥的實(shí)際抗彎拉強(qiáng)度f(wàn)s由式（2）來(lái)確定。

式中：fs為水泥實(shí)測(cè)28d抗彎拉強(qiáng)度（MPa）。

山區(qū)通村公路最大水灰比不得超過0.47，因此，水灰比取0.47。

1.3 計(jì)算單位用水量（mw0）

混凝土拌和物每立方米用水量mw0（kg）可按下式確定：

式中：SL為新拌混凝土拌和物坍落度（mm）；SP為砂率（%），可參照表3選定。

按式（4）、（5）計(jì)算得的用水量是按集料為自然風(fēng)干狀態(tài)計(jì)。

表3 砂的細(xì)度模數(shù)與最優(yōu)砂率關(guān)系

1.4 計(jì)算單位水泥用量（mc0）

每立方米混凝土拌和物水泥用量mc0（kg）按下式計(jì)算：

為保證混凝土路面的耐久性，上式計(jì)算的水泥用量不得小于300kg/m3。但對(duì)道路混凝土而言，水泥用量也不宜太多，如果用量太多不僅不經(jīng)濟(jì)，而且容易產(chǎn)生塑性裂縫，路面的耐磨性也會(huì)降低，所以在達(dá)到質(zhì)量要求的范圍內(nèi)，水泥用量一般不宜大于420kg/m3。

1.5 計(jì)算砂石材料單位用量（ms0、mg0）

砂石材料用量可采用質(zhì)量法按下式計(jì)算：

式中：ms0、mg0分別為每立方米混凝土拌和物中砂、碎石的用量（kg/m3）。

按質(zhì)量法計(jì)算得到初步配合比：

碎石混凝土：mc0∶mw0∶ms0∶mg0=337∶158∶629∶1276

卵石混凝土：mc0∶mw0∶ms0∶mg0=323：155∶634∶1288

2 提出基準(zhǔn)配合比

2.1 試拌

取施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際材料，配制0.03m3混凝土拌和物。

2.2 測(cè)定工作性

測(cè)定坍落度，并觀察黏聚性和保水性。

2.3 調(diào)整配比

如流動(dòng)性不符合要求，在水灰比不變情況下，增減水泥漿用量；如黏聚性和保水性不符合要求，調(diào)整砂率。

2.4 提出基準(zhǔn)配合比

調(diào)整后，提出一個(gè)流動(dòng)性、黏聚性和保水性均符合要求的基準(zhǔn)配合比。

2.5 制備抗彎拉強(qiáng)度試件

按基準(zhǔn)配合比，增加和減少水灰比0.03，再計(jì)算兩組配合比，用三組配合比制備抗彎拉強(qiáng)度試件與抗壓強(qiáng)度試件。試驗(yàn)所用配合比如表4所示。

表4 調(diào)整后基準(zhǔn)配合比

按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E30—2005）的規(guī)定進(jìn)行水泥混凝土的坍落度試驗(yàn)。

3 測(cè)定試驗(yàn)配合比

本試驗(yàn)制作試塊共12 組，每組分別有3 塊抗壓試塊和抗彎拉試塊，在圍場(chǎng)縣滿族蒙古族自治縣公路工程中心試驗(yàn)室制作。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，經(jīng)7d、28d養(yǎng)護(hù)后，按標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)其抗彎拉強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。硬化水泥混凝土的抗彎拉強(qiáng)度是本文道路水泥混凝土設(shè)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)，根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E30—2005）進(jìn)行水泥混凝土抗彎拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果如表5所示。

表5 試驗(yàn)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

表5（續(xù)）

根據(jù)試驗(yàn)所得結(jié)果，確定符合工作性和強(qiáng)度要求并且最經(jīng)濟(jì)合理的試驗(yàn)室配合比，如表6所示。

表6 水泥混凝土基體配合比

通過大量的試驗(yàn)研究，課題組得到4種路面強(qiáng)度的配合比設(shè)計(jì)。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)設(shè)計(jì)強(qiáng)度為3.0MPa時(shí)，在一定保證率系數(shù)下，28d的抗彎拉強(qiáng)度仍高于4.0MPa，可保證在可靠度范圍內(nèi)路面不造成破壞，因此，山區(qū)通村公路路面強(qiáng)度統(tǒng)一設(shè)計(jì)為4.0MPa，對(duì)于部分交通量偏低，交通組成軸載偏輕的農(nóng)村來(lái)說(shuō)，造成了資源的浪費(fèi)。因此，可針對(duì)不同的交通量選取不同的設(shè)計(jì)強(qiáng)度進(jìn)行通村公路的修建。

4 結(jié)論

（1）選取當(dāng)?shù)匦藿ㄋ嗷炷谅访嫠璧脑牧线M(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試，材料的使用性能較好，集料符合級(jí)配要求。

（2）通村公路統(tǒng)一使用設(shè)計(jì)抗彎拉強(qiáng)度為4.0MPa 的路面配合比，標(biāo)準(zhǔn)單一，而通村公路的交通量各有不同，應(yīng)先從路面板強(qiáng)度進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)出低強(qiáng)度的配合比，以適應(yīng)不同強(qiáng)度的需求。本文將水泥混凝土路面強(qiáng)度分為四個(gè)等級(jí)：3.0MPa、3.5MPa、4.0MPa、4.5MPa，結(jié)合山區(qū)公路筑路材料特點(diǎn)，將級(jí)配理論用于山區(qū)通村公路水泥混凝土路面的材料設(shè)計(jì)，通過室內(nèi)路用性能試驗(yàn)研究，分別獲得了不同集料類型的超低強(qiáng)度水泥混凝土的配合比。

（3）由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在一定保證率系數(shù)下，當(dāng)設(shè)計(jì)強(qiáng)度為3.0MPa時(shí)，28d的抗彎拉強(qiáng)度仍高于4.0MPa，可保證在可靠度范圍內(nèi)路面不造成破壞，因此，山區(qū)通村公路路面強(qiáng)度統(tǒng)一設(shè)計(jì)為4.0MPa，對(duì)于部分交通量偏低、交通組成軸載偏輕的農(nóng)村來(lái)說(shuō)，造成了資源浪費(fèi)。由此，可針對(duì)不同的交通量選取不同的設(shè)計(jì)強(qiáng)度進(jìn)行通村公路的修建。

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