1、浅谈水泥混凝土路面的配比设计【摘要】:随着我国经济的大力发展，城市道路建设也有了一定的发展要求，城市水泥混凝土路面具有强度高、韧度好、耐磨损和成本低廉等优点，是我国常见的公路路面。设计工作是城市水泥混凝土路面施工的先导环节，应该加强城市水泥混凝土路面设计工作，为了保证水泥土路面的的高强度和抗裂性等性能，以及高质量的路面性能，尤其必须进行合理的配合比设计。 【关键词】：水泥混凝土路面；原材料；配比设计 中图分类号：U416.216 文献标识码： A 文章编号： 引言 随着我国国民经济快速健康发展，公路承载的交通量日益增加，这就对公路路面的主要承重层也就是路面基层提出了更高的要求，而水泥混凝土具有
2、强度高、整体性强、刚度大、稳定性和抗冻性好、抗行车疲劳能力强等特点，因此广泛用于高等公路基层建设。近年来施工现场水泥用量呈现增加趋势，造成基层强度过大，导致基层收缩开裂现象相当严重。铺筑面层后，在行车荷载和环境因素作用下，基层裂缝进一步反射到沥青面层上来形成反射裂缝，进而影响到路面的使用性能和使用寿命，这就对水泥混凝土配比设计提出了更高的要求，以满足路面性能的高要求。本文就水泥混凝土路面强度如何形成的原理，以及配比设计对路面性能的影响进行了分析研究。 一、水泥混凝土的原材料及强度原理 水泥混凝土是一种刚性材料，具有良好的力学性能和整体性、稳定性、抗冻性以及耐久性，能较好地满足目前高级公路对基层
3、的要求，所以近年来广泛应用于重载交通以及连续交通的路面施工中，不仅可以收益提前，工期缩短，而且还减少了道路的全寿命周期的费用。 1、水泥混凝土强度形成原理 水泥混凝土的强度主要是由它自身的性质决定的，主要有嵌挤作用和水泥的硬化作用形成。水泥和集料按照一定的比例在最佳含水量下密实而成的混合料称为水泥混凝土，它是具有一定的颗粒按照大小排列组合而成的，小颗粒填补大颗粒的空隙原则设计的，因此当受到外力作用时，碎石便能够紧密的嵌挤在一起，颗粒间嵌挤和摩擦而形成内摩阻力，使水泥混凝土具有一定的强度和稳定性。水泥矿物质和水发生剧烈的水化和水解反应，并从溶液中分解出氢氧化钙，同时生成其他的水化物。各种水化物生
4、成以后，有的硬化便形成了水泥石骨架，有的则与碎石中的其他矿物质发生碳酸化作用和硬凝反应，从而增强了水泥混凝土的强度。 2、水泥混凝土的原材料 水泥混凝土基层施工的关键在于选用的水泥，按照相关规范的要求普通的硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥以及火山岩质硅酸盐水泥均可用于水泥混凝土的基层施工，并且水泥的初凝时间和终凝时间要在三小时和六小时以上，原则上不应采用早强、快硬水泥。碎石的最大粒径要求不得超过 31.5mm，同时要求骨料压碎值不能大于 30%；石料颗粒扁平及中细长的颗粒含量不得超过 15%，而且不得掺有软质的破碎物或者其他杂质。结合料用来充填碎石空隙，通常以粉煤灰作为结合料来填充碎石空隙，以增加混
5、凝土的和易性并且节约水泥。水泥混凝土对于水没有什么特别的要求，凡是饮用水即可。 二、水泥混凝土配合比设计分析 水泥混凝土集料的自身强度和级配组成是影响半刚性基层承载力的重要因素。虽然水泥混凝土具有强度高、整体性好的优点，是用于高等级公路基层、底基层的常用材料，但水泥混凝土基层也具有易产生裂缝的缺点，而引起沥青面层的反射裂缝。因此，为了保证水泥混凝土基层的高强度和抗裂性性能，必须进行合理的配合比设计。选择良好的集料级配，适当的水泥碎石比例，确定混合料中合理的集料、结合料含量，从而设计出具有良好路用性能的混合料。要选用最大干密度的结合料(粉煤灰)填充集料(碎石)间的空隙，来提高混合料的最大干密度，
6、从而改善混合料的力学特性，提高了水泥混凝土基层各方面的路用性能指标。 1、各种不同粒径的集料，按照一定的比例搭配起来，才能达到较高的密实度和较大的摩擦力。因此，要求碎石有一定的级配，但是施工时所用的碎石颗粒不均匀，易造成原材料不符合工程要求，所以在实际工程中，要对碎石进行级配设计和级配调整，使其尽量满足设计级配的要求，水泥混凝土的混合料颗粒组成应符合相关的规定。 2、初步拟定配合比后，结合混合料的抗拉性、耐久性、刚度、抗裂性以及抗疲劳性等路用性能，得出最佳水泥、集料等含量，从而得出最佳配合比。 3、按照规范和设计要求配置室内试验试件，采用重型击实法确定最大干密度以及最佳含水量。具体试验方法参照
7、公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTGE51-2009)，养生温度 202，养生湿度 90%，在养生期的最后一天浸水 24 小时 4、根据确定的最大干密度和最佳含水量，控制水泥混凝土混合料，按要求压实度制备混合料，在标准条件下养护六天，浸水一天后取出做无侧限抗压强度试验。 三、路面性能研究 1、路面性能研究 水泥混凝土基层的力学性能主要有无侧限抗压强度和劈裂强度。混合料要形成较好的强度,既要有足够的结合料粘结集料，又要有合理级配的集料形成坚实的骨架。经实践检验，结构密实性对混合料的后期强度影响较大。骨架结构对混合料早期强度产生影响的主要原因是，在抗压试验中，初期的破坏主要表现为石料与石料之
8、间的分离，原因是硬化后的水泥细集料强度不够高，以至于不能给粗集料骨架提供必要的约束。后期粗集料骨架的约束作用逐渐变大，粗集料的骨架作用得以充分发挥。所以混合料粗集料形成良好的骨架结构，抗压强度高一些。混合料中粗集料是否相互嵌挤形成骨架，以及集料之间内磨阻力对劈裂强度影响不大。对无机结合料稳定粒料土劈裂强度影响更多的是混合料中的粘结力以及水泥石与集料交界面过渡区的抗拉强度。劈裂强度的一般规律是级配越粗，劈裂强度就越低。 水泥混凝土刚度特性主要是研究分析水泥混凝土的抗压回弹模量值。试验证明随着龄期的增长，水泥混凝土混合料的抗压回弹模量总体上呈上升的趋势，集料在混合料中所占的体积不变时，混合料的抗压
9、回弹模量变化也就不大。 至于影响水泥混凝土的温缩特性的因素，主要包括各组成矿物的含量和热胀缩性质以及结构的强度。各种胶结物、粘土矿物及次生矿物具有较大的热胀缩系数，而集料中的原生矿物一般有较小的热胀缩系数。 2、路面性能综合分析 公路路面基层施工技术规范中评定路面质量的主要技术指标是路面平整度，它关系到行车安全、以及路面所受冲击力的大小和使用寿命。因此为保证路面性能有必要对各种指标进行综合分析，以确定各种指标间的关系，保证设计施工时，将各种指标都考虑进去。除此之外，还要综合考虑抗压强度、抗压回弹模量、劈裂强度、温缩开裂系数、干缩开裂系数、抗冲刷性能等一系列的指标，然后找到最大限度的满足上面各种
10、性能的配合比。 结束语 水泥混凝土路面配比设计控制不好，就不能充分发挥其长处，会给工程带来很大的麻烦，造成严重的道路施工质量事故。为了保证水泥混凝土基层的高强度和抗裂性性能，必须进行合理的配合比设计，保证路面的平整度。重视路基，加强施工管理，完善施工工艺，提高工程施工水平，还要要做到材料优良，配置合理，工艺先进，组织严密，就能实现高质量的路面性能。 参考文献： 贺东青，任志刚.混凝土配合比设计方法研究综述J.国外建材科技，2006，27(4):32-34. 冯浩，朱清江.混凝土外加剂工程应用手册K.北京:中国建筑工业出版社，2005. 谢洪学.混凝土配合比实用手册M.北京：中国计划出版社，2002. 中华人民共和国行业标准.公路路面基层施工技术规范JTJ034-2000.
