通村公路低造價水泥混凝土配合比設計

董國棟

（滄州市交通運輸局公路工程質(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計的主要任務是將組成混凝土的原材料，即粗、細集料、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)濟效益。農(nóng)村地區(qū)原有的通村公路統(tǒng)一使用設計抗彎拉強度為4.0MPa的路面配合比，標準單一，而通村公路的交通量各不相同，應首先對路面板強度進行優(yōu)化，設計出低強度的配合比，以適應不同強度需求?？蓪⑺嗷炷谅访鎻姸确譃樗膫€等級：3.0MPa、3.5MPa、4.0MPa、4.5MPa，以水泥混凝土彎拉強度標準值4.0MPa 為例，碎石混凝土工作性最佳時的坍落度為25～30mm，計算水泥混凝土實驗室配合比。

1 初步配合比設計

1.1 確定公路混凝土的配制抗彎拉強度

式中：fc為混凝土配制28d 抗彎拉強度的均值（MPa）；fr為混凝土設計抗彎拉強度（MPa）；S為抗彎拉強度試驗樣本的標準差（MPa）；t為保證率系數(shù)，按表1 確定；Cv為抗彎拉強度變異系數(shù)，按統(tǒng)計數(shù)據(jù)在表2 的規(guī)定范圍內(nèi)取值（在無統(tǒng)計數(shù)據(jù)時，彎拉強度變異系數(shù)應按設計取值，如果施工配制強度超出給定的彎拉強度變異系數(shù)上限，則必須改進機械裝備和提高施工控制水平）。

表1 保證率系數(shù)

1.2 計算水灰比（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度fc和水泥的實際抗彎拉強度fs由式（2）來確定。

式中：fs為水泥實測28d抗彎拉強度（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）計算得的用水量是按集料為自然風干狀態(tài)計。

表3 砂的細度模數(shù)與最優(yōu)砂率關(guān)系

1.4 計算單位水泥用量（mc0）

每立方米混凝土拌和物水泥用量mc0（kg）按下式計算：

為保證混凝土路面的耐久性，上式計算的水泥用量不得小于300kg/m3。但對道路混凝土而言，水泥用量也不宜太多，如果用量太多不僅不經(jīng)濟，而且容易產(chǎn)生塑性裂縫，路面的耐磨性也會降低，所以在達到質(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 提出基準配合比

2.1 試拌

取施工現(xiàn)場實際材料，配制0.03m3混凝土拌和物。

2.2 測定工作性

測定坍落度，并觀察黏聚性和保水性。

2.3 調(diào)整配比

如流動性不符合要求，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 提出基準配合比

調(diào)整后，提出一個流動性、黏聚性和保水性均符合要求的基準配合比。

2.5 制備抗彎拉強度試件

按基準配合比，增加和減少水灰比0.03，再計算兩組配合比，用三組配合比制備抗彎拉強度試件與抗壓強度試件。試驗所用配合比如表4所示。

表4 調(diào)整后基準配合比

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

3 測定試驗配合比

本試驗制作試塊共12 組，每組分別有3 塊抗壓試塊和抗彎拉試塊，在圍場縣滿族蒙古族自治縣公路工程中心試驗室制作。在標準條件下，經(jīng)7d、28d養(yǎng)護后，按標準方法對其抗彎拉強度進行測定。硬化水泥混凝土的抗彎拉強度是本文道路水泥混凝土設計的關(guān)鍵指標，根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG E30—2005）進行水泥混凝土抗彎拉強度、抗壓強度試驗，測試結(jié)果如表5所示。

表5 試驗強度測試結(jié)果

表5（續(xù)）

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

表6 水泥混凝土基體配合比

通過大量的試驗研究，課題組得到4種路面強度的配合比設計。由試驗數(shù)據(jù)可知，當設計強度為3.0MPa時，在一定保證率系數(shù)下，28d的抗彎拉強度仍高于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)通村公路路面強度統(tǒng)一設計為4.0MPa，對于部分交通量偏低，交通組成軸載偏輕的農(nóng)村來說，造成了資源的浪費。因此，可針對不同的交通量選取不同的設計強度進行通村公路的修建。

4 結(jié)論

（1）選取當?shù)匦藿ㄋ嗷炷谅访嫠璧脑牧线M行各項指標測試，材料的使用性能較好，集料符合級配要求。

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

（3）由試驗數(shù)據(jù)可知，在一定保證率系數(shù)下，當設計強度為3.0MPa時，28d的抗彎拉強度仍高于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)通村公路路面強度統(tǒng)一設計為4.0MPa，對于部分交通量偏低、交通組成軸載偏輕的農(nóng)村來說，造成了資源浪費。由此，可針對不同的交通量選取不同的設計強度進行通村公路的修建。

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