滑模水泥混凝土配合比设计和控制

庄均江1，慈凤娥1，滕建军2，

(1．中交路桥北方工程有限公司，北京100024；

2．山东省菏泽至关庄高速公路工程项目建设办公室，山东菏泽271000)

摘要：详细介绍了广西水南路三标混凝土原材料试验、试验室基准配合比设计、施工配合比控制和验证，指出了滑模混凝土配合比设计基本原理和技术要求。

关键词：基准配合比设计；施工配合比控制；配合比验证

中图分类号：U416．03

文献标识码：A

is

concluded．

Standard

concrete

Keywords：

mixtures

design；

Constructionqualitycontrol；Mixdesignverification

1

工程概况

广西河池(水任)至南宁公路是世行贷款公路项

目，第三合同段起止桩号K154+209．98～K192+600全长38．4km，整体式路基宽15m，其中行车道4．5×2=9m，硬路肩2．5×2=5m，浆砌片石路肩2×0．5=1m，底基层为16cm级配碎石，基层为18cm水泥稳定级配碎石，面层为26cm水泥混凝土路面，面积537600m2，混凝土方量14万In3，水泥混凝土采用美国CMI公司生产的SF一450B型摊铺机进行滑模施工。

Feng—e1，

SlipformConcrete

Mix

Design

andControl

ZHUANGJun—j

ian91，CI

TENGJi

(1．m沁乃弧Ip毗时洒Road

and

2原材料技术要求

2．1

an—jun2

Br／d—north厢曲鲫妇FLtd．&筝埘100024鼬d

水泥

三合同段采用广西华润红水河水泥有限公司“红

2．／／est---Gtmndum增tatlmmmny，c女日“正d☆孵四h矿sbmi4nFptov／ncE-

sIIMdD昭眦271000‰)

水河”牌普通硅酸盐水泥，标号42．5MPa，由旋窑生产，游离氧化钙小于1．0％，质量稳定，能满足工程要求。

普通硅酸盐水泥42．5MPa国标要求、工程要求和实测值见表1。

Wmaterialstest，mAbstracts：Concretemixturesdesign

in

labandconstructionquMi哆controlandverifications

introducedand

methodinGuangxiShuinanhighwayis

concrete

mixturesdesignbasicprincipleandrequirements

表1

普通硅酸盐水泥工程要求和实测值

收稿日期：2008—02-2l

2．2砂子

(1)三标选用广西武鸣河砂场河砂，砂子技术要

作者简介：庄均江(1968一)，男，河北衡水人。工程师。

一18—

山东交通科技

2008年第2期

2．3碎石

(1)碎石的颗粒形状、级配、矿物成分和表面特征对面层混凝土抗折强度、用水量、工作性、界面粘结有较大的影响，碎石在混凝土中的质量占50％以上，骨

架体积几乎充满混凝土整个空间，要求必须采用锤式二级破碎机械生产，严格控制碎石针片状含量、含泥量、碎石级配，确保碎石质量。

(2)碎石技术要求和检测结果见表4。

表4碎石技术要求和检测结果

2．4粉煤灰

三标采用广西来宾市电厂的Ⅱ级散装干粉煤灰，

电厂储灰池中的湿排灰，湿灰和结块粉煤灰不能使用，技术要求及检测结果见表6。

一19—

成均江，慈凤娥，滕建军：滑模水泥混凝土配合比设计和控制

2．5外加剂

(1)三桥试验室通过样晶对比试验，采用湖南湘浮宏远终加粼厂的“宏远”牌HF一100A型缓凝高效

保塑引气减水荆，质量稳定，满足滑模混凝土可滑性要求。

(2)外加热技术要求和试验绩聚觅表7。

寰7外加帮技术要求釉试验结果

2．6

永

砼用水用广西都安澄江河水，不含油污、泥和其

德有害杂质，泰憋技术要求秘检测结果觅表8。

袭8水的技术要求和检测结果

3配合比设计

3。|

在试配强度Rc相同条件下，(1)式计算的水灰(黢)毙过于镳小，(2)式计算的农(胶)毙攘大，取强个公式的平垮基，符合滑模混凝土技术要求。3．4计算用水量公式

Wo=104．97+O．309h+11．27(C／W)+0．61Sp

基本要求

滑模瀛凝土配合比要满足弯拉强度、王作性、耐

久性和经济性四项基本要求，滑模施工的最佳工作性及稳定性和可滑性是独特工艺要求。

3。2试配强度公式

Re=g／(1—1。04Cv)，式孛：琵为面屡设计强度。

式中：h为设计坍落度mill，S，为砂率％，要求眠

<150kg。

3．3计算水灰(胶)比公式

(1)碎石混凝土：W／C=1．5684／(Re+1．0079—0．3485R；)

K为试验室28d水泥实测抗折强度。

(2)中豳琵靛视场设计院经验公式：W／C=1．04

一Re／(1．38Rj)

3．5计算水泥用置

Co=Wo／(W／C)3。6确定砂率

根据砂戆缨度模数选择最优砂搴觅表9。

袭9最优砂率选撵结果

3．7

确定碎石(5一16mm、16q1．5mm)掺配比

碎石级配优劣影响新拌混凝土的工作性、粘聚性、匀质性和振动密实性。良好级配提供的较大嵌锁

例

一∞一

山东交通科技

———————————————————————————————————___HHHH____——————_—___-________-_●—————●___●——________---_-●-_____●____________--_———’—————————______一

2008年第2期

力的骨磐密实结构直接关系到抗折强度大小、单位用

承量多少鞠水灰毙，网时决定着混凝±塑性收缀、硬亿混凝i的于缩变形性能和抗冻耐久性。树料精良，

级配良好才能保证滑模混凝土质避。(1)碎石密度试验结栗见表10

袭lO碎石密度试验结果

碎石比铡

20：80

碎否+容积楚重粒

32．7

容积蔑质量kg

2．76

容积篱体积L

20

碎石质量kg密凌kg／m’

1500

29．孵

30．44

30：7033．22．7620

1520

35：6533．4

2．762030．641530

40：60

33。卷

2。琵

2．76

2031。04

15鞠

1530

45：5533．4

2020

30．64

30．24

50：5033．02．76

1510

(2>碎石掺凝班：铡秘密度美系懿线觅图1

董

级配碎石密度l

kg／m3

l

瓣

图1碎石掺配比例和密度关系曲线

(3)碎石空隙率试验结果见裘11

爱11葵：fi-空豫豢浚羧维豢

碎石比例

20：80

表观密度5／cm’

2．73

碎石密度kg／m3

1500

空隙率％

45．1

30：粥

35：65

2。724

152044。2

2，7221530

43．8

40：60

2．7121550

42．8

45：55

2．7261530

43。944，9

50：50

2+7241510

(4)碎石掺西己比例和空隙率关系曲线见图2

—2l一

庄均江，慈风娥，滕建军：滑模水泥混凝土配合比设计和控制

级配碎石空隙窭％

20％30％35％40％45％50％小碎石比例

图2碎石掺配比例和空隙率关系曲线

试验室根据以上碎石比例、密度和空隙率关系图查出碎石最小空隙率和最大度确密定碎石最佳掺配比例(5—16mm：16--31．5mm=40：60)。3．8粉煤灰确定

粉煤灰水化靠水泥水化后释放出的氢氧化钙，产生二次水化，生成具有胶凝性能并提供后期强度的水化硅酸钙和水化铝酸钙，水泥当中能够产生的氢氧化钙是有限的，两者之间有一个最大或最优的匹配关系。国内外的研究已经确认，粉煤灰能够全部水化的最大量为纯硅酸盐水泥的28％。超出的部分不会对后期强度有贡献，与土和石粉一样有害无益：收缩大、开裂多、易断板。规范规定粉煤灰最大掺量和水泥中已掺的混合材用量之和不宜超过30％，普通水泥已掺

度、匀质性、抗冻性和抗渗性，增强了耐久性，防止混凝土泌水离析。试验室采用松香型引气剂掺量是水泥质量6％o，引气剂所含引气量增大了混凝土中水泥浆的体积，使滑模摊铺路面光滑密实、无麻面、平整度高、外观规矩，有利于提高滑模混凝土的路用品质。3．10减水剂

减水剂最优掺量(饱和掺量)根据减水剂掺量与混凝土减水率关系曲线图确定。超过饱和掺量，减水剂不起作用。

3．11计算砂石用量

按假定密度法，取Ph=2450ks／m3，根根据公式(1)Co+wo+So+Go=ph，(2)So／(So+Go)×100=SP％求得so、Go。

根据以上技术参数求出室内基准配合比，要求碎石充填体积率不小于70％，碎石的体积份数大于0．67，作为满足碎石嵌锁力是否标准。

有6％一15％的混合材，正常粉煤灰掺量宜在10％一

15％，三标试验室采用标号42．5MPa水泥，粉煤灰掺量占水泥质量的15％，混凝土工作性好。3．9引气剂

滑模混凝土使用引气剂它可增大新拌混凝土的粘聚性，改善和易性、耐候性，提高混凝土的抗折强

3．12试配

根据基准配合比水灰(胶)比减少和增加0．02，单位用水量不变进行试配，三个配合比试验结果见表12。

表12配合比试验结果

3．13试验室用推荐配合比试验结果

试验室用推荐配合比做混凝土拌和物凝结时间，

试验结果见表13。

一22—

山銮塞通科技2008年第2期

表13试验赛朋推荐配合比试验绪粜

黼

h

靛蜊

h14：25

5

擎

。

冀鬻篓教25燹mm入蘧Z龋霎m篙篓姜笑瑟

2

(N)

免(N)

25S

67

250

252．5

100

2．5

(N)

MPa

柏

l酪

15：25

6

39

67

l黼

195

162。550

3。2

16：嬲738

200125

197．5504．0

9：2517：25S

3567

l铸

255

135．0

25

5。4

18：25932

270535

262．5

25

10．5

19：25

3067

5鳓

750

547．525

21．9

20：251128

67

740

745．025

29．8

以单位面积贯入阻力为纵坐标，测试时间为横坐标，绘制单位筒积贯入阻力与测试时间关系曲线见网3。

30

赛

25

入

20

阻

15

力Mpa

10

5

O

4

6

810

12测试孵溺馥)

圈3单位面积贯人阻力与测试时间关系曲线

经3．5MPa及28MPa画两条平行横坐标的直线，直线鸯睦线提交点黪横坐标隽初凝及终凝时闯，查表初凝6：21h，终凝10：37h，满足施工要求。

用推荐基准配合比做混凝土拌和物含气量试验(改良气基法)冤裘l毒。

3．14基准配合比做混凝土拌和物含气量试验

表14禽气曩试验结果

凌窳舞藩疫mm

5055

压力表凌数MPa

0．0520．052

铰器涎考气量A，鲐

4．34．3

匿力袭凌

0。0750．075

MPa蒙辩客气豢e％

1．21．2

势嚣穆客气量矗％

3．13．1

—23—

庄均江，慈风娥，膝建军：滑模永泥滋凝±配合比设计翻控麓

根据压力表读数从压力和含气量关系曲线中查

含气量A。为4．3％见图4。

禽气蹙

％

图4压力和含气量必系曲线

3，15混凝土拌和耪振动粘瘦系数试验

髑推荐基准配合比做混凝i拌和物振动粘度系

表15

数试验觅表15。

混凝土拌和物振动粘度系数试验

P。=W／V=W／(xrR2H)=46．5／(叮r-14．75228．2)。2．41+10～，R畿示容器直径29．5cm

——

一24一

丛递壅圭堑塑塑堡叠整蕉墨墼!玉兰欺!窭：堇三!鲨翌熊：堇!

1．892+9．847．5}(2．41～0．074)

／m2．S1013／9}28．2=306N

q=2r：gt(只一Pb)／(9H)=2

振动粘度系数符合规范盯Gr垫-2003中的混凝土最佳工作性200—500N／m2．S要求

4施工配合比控制

4．1标定搅拌楼

搅拌楼在投人生产前，必须通过法定计量部门标

定会掇。施工中搅拌楼配料计壁误差如超过要求，试验窒和拌和蛄人员及时效验搅拌楼计量精度，分析原因，排除故障，保证施工配合比的准确性见表16。

山东交通科技2008年第2期

4．2水泥质量控涮

4。5粉煤灰质量控裁

散装水泥的出厂温度不大于55℃，运到工地搅拌滑模施工采用散装干粉煤灰，进货必须有等级检时的水泥温度不大于50℃。在冬季低温施工时，水泥验报告单，不得使用湿排灰或潮瀑粉煤灰，禁止用已的温度不宜低于10℃。混凝土出搅拌视的溢度控铺

结块的湿排予燥粉煤灰。如更换厂家，经试验室检骏在10q5℃之间。每批水泥使用前安定性、凝结时

合格后才能使用，不能使用价格低的三级灰或等外阕、标准稠度用承鏊、抗辑强度、抗嚣强度、续度主要灰。

技术指标必须检验合格后，才能使用。水泥的总存放

4．6水质量控制

期不得越过3个月。

混凝土拌和和养生用水采用饮用软水。(1)影响4．3砂子质量控制

混凝主秘易往及凝结对闻的承不艉使用；(2)降低耐砂子细度模数控制在2．3--3．2之间，含泥量不久性，造成侵蚀和钢筋锈蚀的水不能使用；(3)有损予超过2％，同一配含比用砂的缨度模数变化范隰不应强度其发震的水不能使用；(4)污染混凝土表面，且改超过0．3，否则，应分别堆放，并调整配合比中的砂率变混凝土色泽的水不能使用。后使用。通过0．15ram筛的石粉含量不大于1％。

4．7减水剂质量控制

4．4碎石质量控籍

耨释藏承荆计算方法。经试验室检溯液体减水混凝土碎石最大粒径不超过31．5ram，超径粒料剂密度为1．29／cm3，水密度为1．Og／cm3，减水剂与水含量不大予5％。不得使用不分级的统料，至少采用按体积比1：1稀释，减水剂在混合液中的浓度为两级掺配。碎石含泥量包括石粉含量，它对抗折强1．2／(1+1．2)=54．5％。根据基准配合比中每方水度、塑性收缩开裂和干缩有重大影响，严格控制含泥泥、减水剂、水用量换算拌和站施工配合比每方减水基不大予l％。辩堆底部采臻胶结豺糍进行硬化，防剂秘承髑量，每方稀释减承翔重量隽(312×0。011)÷

止进场材料在拌和站二次溺染。试验室经常在摊铺0．545=6．3

kg，每方砼水重量为147—6．3×(1—

现场取混凝±样在试验室用水冲洗于净烘干进行筛0。545)=144kg。

分，如有舜常及时通知拌和站人员溺整，严格控糊碎为保证稀释减水翔的质量，用含固量和体积比曲石级配，使混凝土形成有嵌锁力的骨架密实结构，确线进行控制见表17，图5。

保瑟层质量。

袭17减水剂的质量控制

躺勰

加

撼挖臻释含莺量％

84

O

l：l

l：2

l：3

l：4l：5l：6

体积毖

图5减水剂含固懋和体积比控制曲线

一25一

庄均江，慈凤娥，滕建军：滑模水泥混凝土配合比设计和控制

校掰稀释外加剂含霞量结祭驮控制瑟线圈中查减水剂岛水的体积比，不符合要求不能使用，严格控籁稀释辩搬剩凌羹，不熊像_I藏瓣。

4．8混凝土水灰(胶)比、坍落度和含气量控制

<1)试验室根据愿材j|{睾变化经常调整施工配合比，保持水灰(胶)比和批复基准配合比～致，由于气滠、水泥温度等暇材料影响，控制最大水灰(胶)比不超过0。44，保证滑模水泥混凝土的耐久性；(2)试验室根据哭气温度、运料所耗时间、钢筋网间距、摊铺机性麓控销后台拌和视出盘坍落度为(30—50mm)，偏大或偏小的坍落度及时处理不准运到施正现场，防止混凝±穗现塌迭溜窟稷麻面；(3)麓工配合毙弓|气荆

掺量吃室内基准配合眈掺量多0．5％一l％，因为试验

室小型搅拌机和现场大型搅拌机容积、搅拌方式、时阂不一样多，掺萼|气裁出盘混凝主含气蟹才符会基准配合比要求；(4)实践证明，没有引气剂计量装避的拌和站，用人工单独把引气荆加入终搬剂洮中毖厂家在桶内混合好效粜好；(5)试验室用专人在前台检测砼坍落度和容重，有问题及时反馈后台，前后台密切配合共同控制混凝土质鬃。

4．9混凝土运输、摊铺时间控制

混凝±运输允许最长时阁短于摊铺允许最长时间0．5h，摊铺宪毕允许最长时间，根据气温及摊铺现场拌穰物趣定戆时闻确定觅表|8。

裳18摊锩现场拌和物规定时间确定

4，lO混凝土弯拉强度控制

试验室制作试件撤据现场施工啜进度，小于500m取1组，大予或等予500m取2组，大于或等于1000m取3组。试验员制作试件在前台随视取样，必须用振动台成型。用振捣棒插入成型后，振捣孔严重降低混凝±嵌锬麓力，辩混凝i弯拉强度影响禳大，所以不能用振捣棒成型。抗折试件按照标准方法(温度20±3。C；摆对湿度粥％)养护28d，先测弯拉强度，再测两断块抗压强度(断头抗压强度仅作参考)，弯拉强度根据l四07l一98标准附录C评定。当标准小梁平均弯拉强度、最小弯拉强度和统计变辩系数巾有一个数据不符合评定要求时，征求监理工程师同意在不

合格路段每公里钻取3个以上qbl50mm的芯样实测

劈裂强度，用公式．厂c=1．86辨。。舯1换算驽拉强度，其平

均弯披强度和最小值必须合格，否则返工重铺。

5配合比验证

(1)混凝士配合比通过(K192+200一K192+400)试验段试拌、试铺，混凝土坍落度、弯拉强度、振动粘度系数、岔气量、平整度、抗滑构造深度、厚度等各项指标符合规范要求，辫模摊镶的混凝主无塌边溶肩和麻面、可滑性、稳定性好、外观规矩，试验段一次摊镱成功。试验段各项指蠡梭测结果鳃表19。

表19试验段各项指标检测结果

序号

钻芯桩号试件尺寸mm劈裂倚载kN劈裂强度MPa换算抗折强度MPa芯样脬度cln

一26～

山东交通科技

2008年第2期

经过质检检查，面层弯拉强度、厚度评定全部合格。在施工过程中抽检弯拉强度满足设计要求。全线混凝土面板没有发生一块断板，经过实践验证配合比能满足施工要求。

6

锁力，抗折强度较高；使用粒径较小的粗集料并增加其含量，可增大嵌锁力，提高抗折强度；使用细度模数较大的中粗砂，有利于加大嵌锁力，抗折强度也提高。增强集料的嵌锁力和界面在提高抗折强度的同时，能提高耐疲劳极限，减少混凝土温湿变形，增强耐久性，保证路面混凝土质量。

6．5

总结

(1)单位水泥用量较小；(2)用砂的细度模数控

6．1滑模混凝土配合比特点

制砂率；(3)混凝土掺引气剂提高了可滑性；(4)使用振动粘度系数和坍落度共同控制塌边、拉裂和麻面；(5)机械化施工混凝土振捣密实、节省人力、效率高。6．2配合比经济性

科学经济的配合比要求，实现单位质量能够全部水化并贡献最大强度，这个水灰比在0．40左右，过大强度和耐久性不足，过小则经济性和体积稳定性不佳。

6．3最优砂率的总比面积原理

细度模数在2．3_3．2之间的砂率是混凝土达到骨架密实嵌锁结构的最优砂率。

6．4路面混凝土结构的集料嵌锁力和界面

试配抗折强度的混凝土除了低水灰比和适宜砂率外，强化路面混凝土材料结构的集料嵌锁力和界面很重要。路面混凝土使用骨架密实嵌锁结构，最大限度地减少水泥浆和细砂在混凝土中的体积份数，使用较低砂率可以强化界面和提供足够的混凝土结构嵌

随时调整保证工程质量

根据配合比各种材料施工中的变化，采用不同砂

率、碎石比例、水(灰)胶比做配合比变化试验，施工时随时调整保证工程质量。

滑模混凝土配合比在设计、控制和施工方面与普通混凝土技术要求不同，尤其滑模混凝土中使用了适宜引气剂混凝土弯拉强度能提高10％一15％，混凝土含气量在控制4％，使混凝土总量节省4％左右，能为企业带来显著的经济效益。

参考文献：

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傅智．水泥混凝土路面滑模施工技术[M]．北京：人民．rrGF30—2003，公路水泥混凝土路面施工技术规范

交通出版社，1999．

一27—