第六章水泥混凝土路面施工 §6—1路面混凝土 、路面混凝土的特殊性 与常规砼相比路面砼是承受冲击、振动、疲劳、磨损等作用的动载结构,其控制指标是弯拉 强度、耐疲劳性、耐久性、工作性等。技术指标比静载结构严格得多。 二、路面混凝土的技术要求 总体要求:高抗折强度、高耐疲劳极限、高耐久性、优良工作性、小变形性、经济性 (一)强度特性 指标:弯拉强度、弯拉弹性模量 规定: 1.设计弯拉强度标准值∫和弯拉弹性模量E。,P11表6-6 2.28d试配弯拉强度均值∫m= 1-104c 式中:c,——混凝土弯拉强度的变异系数,p106表5-20 混凝土弯拉强度试验样本的标准差 保证率系数,按照样本个数n和判别概率p确定,如下表 公路等级 判别概率 样本数n 高速公路 0.05 36 0.79 0.61 0.45 级公路 0.10 0.950.59 0.46 0.35 0.30 级公路 0.15 0.37 四级公路0.20 0.20 0.37 0.29 0.19 3.影响抗折强度的因素 (1)单位水泥用量:水泥用量、水泥标号高抗折强度高,图8-4 (2)水灰比:水灰比小抗折强度高,图8-1 (3)密实程度/空隙度:空隙的区别:引气孔和加气孔的区别,图8-3 (4)集料:碎石高于砾石、强度高的高于强度小的、细粒径大于粗粒径,球形率高、针片 状少、级配优良时好,粗砂好于细纱,图8- (二)工作性 指标:流动性、和易性 规定: 滑模摊铺机施工最佳工作性和允许范围 指标 坍落度s(mm) 界限 卵石混凝土 振动粘度系数n(Ns/m) 碎石混凝土 最佳工作性 200~500 允许工作范围 5~55 10~65 100~600 最大单位用水量 卵石不宜大于155kg/m3,碎石不宜大于160kg/m3 其他施工方式混凝土最佳工作性和允许范围 铺方式 轨道摊铺机摊铺三辊轴机组摊铺小型机具摊铺 出机坍落度(mm) 40~60 30~50 10~40 第1页共9页
第六章 水泥混凝土路面施工 第 1 页 共 9 页 §6—1 路面混凝土 一、路面混凝土的特殊性 与常规砼相比路面砼是承受冲击、振动、疲劳、磨损等作用的动载结构，其控制指标是弯拉 强度、耐疲劳性、耐久性、工作性等。技术指标比静载结构严格得多。 二、路面混凝土的技术要求 总体要求：高抗折强度、高耐疲劳极限、高耐久性、优良工作性、小变形性、经济性 （一）强度特性 指标：弯拉强度、弯拉弹性模量 规定： 1．设计弯拉强度标准值 r f 和弯拉弹性模量 E c ，P116 表 6－6 2．28d 试配弯拉强度均值 1 1.04 r rm v f f ts c = + − 式中： v c ——混凝土弯拉强度的变异系数，p106 表 5－20； s——混凝土弯拉强度试验样本的标准差； t——保证率系数，按照样本个数 n 和判别概率 p 确定，如下表 公路等级 判别概率 p 样本数 n 3 6 9 15 20 高速公路 0．05 1．36 0．79 0.61 0.45 0.39 一级公路 0．10 0．95 0．59 0.46 0.35 0.30 二级公路 0．15 0．72 0.46 0.37 0.28 0.24 三、四级公路 0．20 0．20 0.37 0.29 0.22 0.19 3．影响抗折强度的因素 （1）单位水泥用量：水泥用量、水泥标号高抗折强度高，图 8－4 （2）水灰比：水灰比小抗折强度高，图 8－1 （3）密实程度/空隙度：空隙的区别：引气孔和加气孔的区别，图 8－3 （4）集料：碎石高于砾石、强度高的高于强度小的、细粒径大于粗粒径，球形率高、针片 状少、级配优良时好，粗砂好于细纱，图 8－5 （二）工作性 指标：流动性、和易性 规定： 滑模摊铺机施工最佳工作性和允许范围 指标 界限 坍落度 s(mm) 振动粘度系数 2 ( . / ) N s m 卵石混凝土 碎石混凝土 最佳工作性 20～40 25～50 200～500 允许工作范围 5～55 10～65 100～600 最大单位用水量 （kg/m3） 卵石不宜大于 155 kg/m3 ，碎石不宜大于 160 kg/m3 其他施工方式混凝土最佳工作性和允许范围 摊铺方式 轨道摊铺机摊铺 三辊轴机组摊铺 小型机具摊铺 出机坍落度（mm） 40～60 30～50 10～40
第六章水泥混凝土路面施工 摊铺坍落度(mm) 20~40 10~30 0~20 最大单位用水量(kg/m3)碎石卵石碎石卵石碎 卵石 工作性影响因素:润滑泥浆量,粗集料性质和级配,细集料含量(砂率),含气量 (三)耐久性 指标:抗(盐)冻性、抗水(化学物质)渗透性、抗疲劳性、表面抗滑耐磨性 规定:除抗冻性要求严寒区达到F250,寒冷区达到F200以外,其他性质要求采用间接指标: 集料最大公称粒径、胶接料成分、最大单位水泥用量、最大水胶比、最小含气量 满足耐久性要求的混凝土一般满足强度要求,满足强度要求的混凝土不一定满足耐久性要 耐久性影响因素 a抗冻性影响因素:水泥用量和水灰比、孔隙率和形式(引气剂的使用)、水泥安定性。 b抗疲劳性影响因素:砾石好于碎石、细石好于粗石(豆石混凝土)、水泥用量和水灰比 c.表面性质影响因素:砂浆水灰比,砂浆耐磨性,砂浆强度 (四)经济性:限制最大胶接料用量。 经济性影响因素:结合地产材料,全面实现指标要求 三、材料的选择 (一)水泥 1.品种:各级公路应该优先使用道路硅酸盐水泥(道路硅酸盐水泥标准GB13693-92); 速、一级公路必须使用旋窑水泥,不许用立窑水泥 于使用散装水泥 正常施工条件宜于使用普通型水泥,不宜使用R型水泥 以实测抗折强度来选择和使用水泥 2.强度等级:特重交通57.5级,28d抗折强度大于7.5MPa; 重交通525级,28d抗折强度大于70MPa: 中、轻交通42.5级,28d抗折强度大于65MPa 化学成分与物理性能 水泥性能 特重、重交通路面 轻交通路面 吕酸三钙 不宜>7.0% 不宜>9.0% 铁铝酸四钙 不宜>15.0% 不宜>120% 游离氧化钙 不得>1.0% 不得>5.0% 减含量 Na2O+0.658K2O≤0.6% 怀疑有碱活性集料时,≤06% 无碱活性集料时,≤1.0% 混合材种类 不得掺窑灰、煤矸石、火山灰和粘土 不得掺窑灰、煤矸石、火山灰和粘土 有抗盐冻要求时不得掺石灰、石粉 有抗盐冻要求时不得掺石灰、石粉 出磨时安定性雷氏夹或蒸煮法检验必须合格 蒸煮法检验必须合格 标准稠度需水量|不宣>28% 不宜>30% 不得>3.0% 比表面积 宜在300~450m/kg 宜在300~450m2 细度(80μm)筛余量不得>10% 筛余量不得>10% 处凝时间 不早于1.5h 不早于1.5h 终凝时间 不迟于10 第2页共9页
第六章 水泥混凝土路面施工 第 2 页 共 9 页 摊铺坍落度（mm） 20～40 10～30 0～20 最大单位用水量（kg/m3） 碎石 156 卵石 153 碎石 153 卵石 148 碎石 150 卵石 145 工作性影响因素：润滑泥浆量，粗集料性质和级配，细集料含量（砂率），含气量 （三）耐久性 指标：抗（盐）冻性、抗水（化学物质）渗透性、抗疲劳性、表面抗滑耐磨性 规定：除抗冻性要求严寒区达到 F250，寒冷区达到 F200 以外，其他性质要求采用间接指标： 集料最大公称粒径、胶接料成分、最大单位水泥用量、最大水胶比、最小含气量 满足耐久性要求的混凝土一般满足强度要求，满足强度要求的混凝土不一定满足耐久性要 求。 耐久性影响因素： a.抗冻性影响因素：水泥用量和水灰比、孔隙率和形式（引气剂的使用）、水泥安定性。 b.抗疲劳性影响因素：砾石好于碎石、细石好于粗石（豆石混凝土）、水泥用量和水灰比 c.表面性质影响因素：砂浆水灰比，砂浆耐磨性，砂浆强度 （四）经济性：限制最大胶接料用量。 经济性影响因素：结合地产材料，全面实现指标要求 三、材料的选择 （一）水泥 1．品种：各级公路应该优先使用道路硅酸盐水泥（道路硅酸盐水泥标准 GB 13693—92）； 高速、一级公路必须使用旋窑水泥，不许用立窑水泥； 宜于使用散装水泥 正常施工条件宜于使用普通型水泥，不宜使用 R 型水泥； 以实测抗折强度来选择和使用水泥。 2．强度等级：特重交通 57.5 级，28d 抗折强度大于 7.5MPa； 重交通 52.5 级，28d 抗折强度大于 7.0MPa； 中、轻交通 42.5 级，28d 抗折强度大于 6.5MPa 3．化学成分与物理性能： 水泥性能 特重、重交通路面 中、轻交通路面 铝酸三钙 不宜>7.0% 不宜>9.0% 铁铝酸四钙 不宜>15.0% 不宜>12.0% 游离氧化钙 不得>1.0% 不得>1.5% 氧化镁 不得>5.0% 不得>6.0% 三氧化硫 不得>3.5% 不得>4.0% 碱含量 2 2 Na O K O + 0.658 0.6% 怀疑有碱活性集料时，≤0.6％ 无碱活性集料时，≤1.0％ 混合材种类 不得掺窑灰、煤矸石、火山灰和粘土 有抗盐冻要求时不得掺石灰、石粉 不得掺窑灰、煤矸石、火山灰和粘土 有抗盐冻要求时不得掺石灰、石粉 出磨时安定性 雷氏夹或蒸煮法检验必须合格 蒸煮法检验必须合格 标准稠度需水量 不宜>28% 不宜>30% 烧失量 不得>3.0% 不得>5.0% 比表面积 宜在 300～450m2 /kg 宜在 300～450m2 /kg 细度（80μm） 筛余量不得>10% 筛余量不得>10% 处凝时间 不早于 1.5h 不早于 1.5h 终凝时间 不迟于 10h 不迟于 10h
第六章水泥混凝土路面施工 28d干缩率 不得>0.09% 不得>0.10% 不得大于>36kg/m 不得>36kg/h 注:*28d干缩率和耐磨性试验方法采用《道路硅酸盐水泥》(GB13693)标准 (二)粗集料(粒径5mm或4.75mm以上) 品种:坚硬、致密、洁净的碎石、卵石、碎卵石(破口石) 宜于使用非碱活性,避免使用活性岩石:微晶石英、玉髓、微晶白云石、火山玻璃等 级配:符合《施工技术规范》表3.3.2 技术指标:压碎值、坚固性、针片状含量、含泥量、泥块含量、有机物含量、硫化物、岩石 抗压强度、表观密度、松散堆积密度、空隙率、碱集料反应等 符合《施工技术规范》表3.3 (三)细集料(小于475mm) 品种:坚硬、致密、洁净的天然河砂、淡化海砂、机制砂或混合砂 级配:符合《施工技术规范》表342 技术指标:压碎值、氯化物、含泥量、泥块含量、有机物含量、硫化物、表观密度等 符合《施工技术规范》表3.3.1 (四)水 品种:教材pl68 技术指标:硫酸盐含量、含盐量、PH值 (五)外加剂 品种:减水剂、早强剂、缓凝剂、引气剂 技术指标:符合《施工技术规范》表36.1,教材P169 (六)掺和料 品种:粉煤灰、硅灰〔硅铁矿冶炼废渣)、磨细(水淬髙炉)矿渣 技术指标:符合《施工技术规范》表3,2.1 四、路面混凝土配合比 (一)各种材料运用的总体趋势 安定性好的水泥,较小的水灰比、密实的骨料级配、粗的细集料、适当的外加剂(减水 引气、缓凝或早强) (二)混合料组成设计 1.正交试验设计法 规范:重要路面、桥面工程(一般是指工程规模较大的高等级公路或预计有特重、重交通的 般公路))应采用正交试验法进行配合比设计 可以选用水量、水泥用量、粗集料体积填充率3个因素,每个因素选用3个水平,用 L2(3+)正交表安排试验。 正交表是一系列规格化的表格,每个表都有一个记号,如4(2),43(3)等,(见表 1和表2)。以4(3)为例,L表示正交表,9是正交表的行数,表示需要做的试验次数 4是正交表的列数,表示最多可以安排的因素的个数。3是因素水平数,表示此表可以安排 三水平的试验。 第3页共9页
第六章 水泥混凝土路面施工 第 3 页 共 9 页 28d 干缩率* 不得>0.09% 不得>0.10% 耐磨性 不得大于>3.6kg/m2 不得>3.6kg/m2 注：*28d 干缩率和耐磨性试验方法采用《道路硅酸盐水泥》（GB 13693）标准 （二）粗集料（粒径 5mm 或 4.75mm 以上） 品种：坚硬、致密、洁净的碎石、卵石、碎卵石（破口石）； 宜于使用非碱活性，避免使用活性岩石：微晶石英、玉髓、微晶白云石、火山玻璃等。 级配：符合《施工技术规范》表 3.3.2 技术指标：压碎值、坚固性、针片状含量、含泥量、泥块含量、有机物含量、硫化物、岩石 抗压强度、表观密度、松散堆积密度、空隙率、碱集料反应等 符合《施工技术规范》表 3.3.1 （三）细集料（小于 4.75mm） 品种：坚硬、致密、洁净的天然河砂、淡化海砂、机制砂或混合砂 级配：符合《施工技术规范》表 3.4.2 技术指标：压碎值、氯化物、含泥量、泥块含量、有机物含量、硫化物、表观密度等 符合《施工技术规范》表 3.3.1 （四）水 品种：教材 p168 技术指标：硫酸盐含量、含盐量、PH 值 （五）外加剂 品种：减水剂、早强剂、缓凝剂、引气剂 技术指标：符合《施工技术规范》表 3.6.1，教材 P169 （六）掺和料 品种：粉煤灰、硅灰（硅铁矿冶炼废渣）、磨细（水淬高炉）矿渣 技术指标：符合《施工技术规范》表 3.2.1 四、路面混凝土配合比 （一）各种材料运用的总体趋势 安定性好的水泥，较小的水灰比、密实的骨料级配、粗的细集料、适当的外加剂（减水、 引气、缓凝或早强） （二） 混合料组成设计 1．正交试验设计法 规范：重要路面、桥面工程（一般是指工程规模较大的高等级公路或预计有特重、重交通的 一般公路））应采用正交试验法进行配合比设计 可以选用水量、水泥用量、粗集料体积填充率 3 个因素，每个因素选用 3 个水平，用 4 9 L (3 ) 正交表安排试验。 正交表是一系列规格化的表格，每个表都有一个记号，如 ， 等，（见表 1 和表 2）。以 为例， 表示正交表，9 是正交表的行数，表示需要做的试验次数。 4 是正交表的列数，表示最多可以安排的因素的个数。3 是因素水平数，表示此表可以安排 三水平的试验
第六章水泥混凝土路面施工 表1正交表4(2) 表2正交表4( 列号 列数 1234567 1234 试验号 试验号 132 l112212 2111 2122111 3123 3 1222221 1221 12112 2111221 6 3212 2322 2221212 3331 正交表的特点 (a)每列中数字出现的次数相同,如42(3)表每列中数字1,2,3均出现三次:如43(2) 表每列中数字1,2均出现四次。 (b)任取两列数字的搭配是均衡的,如4(3)表里每两列中(1,1),(1,2,…,(3, 3),九种组合各出现一次:如(2)表里每两列中(1,1),(1,2),(2,1)和(2,2) 各出现两次。 例如:配制弯拉强度最高的混凝土,可以选用单位体积用水量A、单位体积水泥用量B、粗 集料体积填充率C,3个因素,每个因素选用3个水平,用L(3)正交表安排试验。 表3 单位体积用水量单位体积水泥量粗集料体积填充率 水平 145 360 75 152 380 3 85 如果做全面试验,则需3=27次,若用正交表L(34),仅做9次试验。将三个因素A B,C分别放在L(34)表的任意三列上,如将A,B分别放在第1,2列上,C放在第3列 上。将表中A,B,C所在的三列上的数字1,2,3分别用相应的因素水平去替代,得9次 试验方案。以上工作称为表头设计再将9次试验结果数据列于表上(见表4),并在表上进 行计算 因素 试验号 弯拉强度 145(1) 360(1) 145(1) 380(2) 第4页共9页
第六章 水泥混凝土路面施工 第 4 页 共 9 页 表 1 正交表 表 2 正交表 列号 试验号 1 2 3 4 5 6 7 列数 试验号 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 2 1 2 2 1 2 1 2 2 1 1 2 1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 1 1 2 1 1 1 1 1 2 2 2 1 2 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 3 2 2 1 1 1 3 1 2 3 1 2 2 1 2 2 3 3 3 2 1 2 1 3 1 3 2 3 2 2 3 3 3 1 正交表的特点： （a）每列中数字出现的次数相同，如 表每列中数字 1，2，3 均出现三次；如 表每列中数字 1，2 均出现四次。 （b）任取两列数字的搭配是均衡的，如 表里每两列中（1，1），（1，2），…，（3， 3），九种组合各出现一次；如 表里每两列中（1，1），（1，2），（2，1） 和（2，2） 各出现两次。 例如：配制弯拉强度最高的混凝土，可以选用单位体积用水量 A、单位体积水泥用量 B、粗 集料体积填充率 C，3 个因素，每个因素选用 3 个水平，用 4 9 L (3 ) 正交表安排试验。 表 3 因 素 水 平 单位体积用水量 A 单位体积水泥量 B 粗集料体积填充率 C 1 2 3 145 152 160 360 380 400 75 80 85 如果做全面试验，则需 3 3=27 次，若用正交表 L9（3 4），仅做 9 次试验。将三个因素 A， B，C 分别放在 L9（3 4）表的任意三列上，如将 A，B 分别放在第 1，2 列上，C 放在第 3 列 上。将表中 A，B，C 所在的三列上的数字 1，2，3 分别用相应的因素水平去替代，得 9 次 试验方案。以上工作称为表头设计.再将 9 次试验结果数据列于表上（见表.4），并在表上进 行计算。 因素 试验号 A B C 弯拉强度 1 2 145(1) 145(1) 360(1) 380(2) 80(2) 75(1) 5.1 7.1
第六章水泥混凝土路面施工 4003) 85(3) 3456789K 152(2) 360(1) 75(1) 152(2) 380(2) 85(3) 152(2) 4003) 160(3) 360(1) 85(3) 7.7 160(3) 380(2) 2 8.5 160G) 4003) 75(1) 8.4 210 195 201 204 7.0 7.0 7.5 8.2 6.7 6.8 因素A在第一水平(即80℃)时试验所得收率之和:K1=5.1+7.1+5.8=1 因素A在第二水平(即85℃)时试验所得收率之和:K2=8.2+6.9+5.9=21.0 因素A在第三水平(即90℃)时试验所得收率之和:K=7.7+8.5+8.4=24.6。 因素A各列的k,k,k分别是本列的K,K2,K3分别除以3得到的平均收率 同理,计算因素B在三个水平下试验所得收率之和及平均收率K,K2,K3和 k,k2,k3;因素C在三个水平下试验所得收率之和及平均收率K,K2,K3和k,k,k 在这个试验中,指标弯拉强度是愈高愈好,经过直观比较各因素的K,K2和 K,我们看出,对因素A,最髙平均弯拉强度是8.2,它出现在第三水平A3,对 因素B,最髙平均弯拉强度是7.5,它出现在第二水平B2。对因素C,最髙平均 弯拉强度是7.9,它出现在第二水平C2。因此,从现在的九次试验看,最好的 试验条件应是水平组合(A3,B2,C2),也就是单位体积用水量160kg/m,单位 水泥量380kg/m,粗集料体积填充率80%时弯拉强度最髙。 需要注意的是,这个试验水平的组合,是已经做过的九次试验中没有出现过 的。它是否真正符合客观实际,还需要通过试验或生产实际来得到验证。 正交试验的过程要求非常严谨,由一个数据错误将会导致整个试验的失败, 不适用于本身变异性就非常大的试验。一般由专门科研部门才能完成。 试验程序 第一步,明确试验目的,确定试验指标,挑选因素选取水平。 第二步,用正交试验法安排试验 第三步,表头设计。 第四步,列出试验方案。 第五步,分析试验结果(直观分析法) 2.简捷经验设计法 (1)经验配合比,p191,表8-11 (2)计算配合比 第5页共9页
第六章 水泥混凝土路面施工 第 5 页 共 9 页 3 4 5 6 7 8 9 145(1) 152(2) 152(2) 152(2) 160(3) 160(3) 160(3) 400(3) 360(1) 380(2) 400(3) 360(1) 380(2) 400(3) 85(3) 75(1) 85(3) 80(2) 85(3) 80(2) 75(1) 5.8 8.2 6.9 5.9 7.7 8.5 8.4 K1 K2 K3 18 21 24.6 210 225 201 195 237 204 k1 k2 k3 6.0 7.0 8.2 7.0 7.5 6.7 6.5 7.9 6.8 因素 A 在第一水平（即 80℃）时试验所得收率之和：K1=5.1+7.1+5.8=18， 因素 A 在第二水平（即 85℃）时试验所得收率之和： K2=8.2+6.9+5.9=21.0， 因素 A 在第三水平（即 90℃）时试验所得收率之和：K3=7.7+8.5+8.4=24.6。 因素 A 各列的 k1,k2,k3分别是本列的 K1,K2,K3分别除以 3 得到的平均收率。 同理，计算因素 B 在三个水平下试验所得收率之和及平均收率 K1,K2,K3和 k1,k2,k3；因素 C 在三个水平下试验所得收率之和及平均收率 K1,K2,K3和 k1,k2,k3。 在这个试验中，指标弯拉强度是愈高愈好，经过直观比较各因素的 K1,K2和 K3，我们看出，对因素 A，最高平均弯拉强度是 8.2，它出现在第三水平 A3，对 因素 B，最高平均弯拉强度是 7.5，它出现在第二水平 B2。对因素 C，最高平均 弯拉强度是 7.9 ，它出现在第二水平 C2。因此，从现在的九次试验看，最好的 试验条件应是水平组合（A3，B2，C2），也就是单位体积用水量 160kg/m3，单位 水泥量 380 kg/m3，粗集料体积填充率 80％时弯拉强度最高。 需要注意的是，这个试验水平的组合，是已经做过的九次试验中没有出现过 的。它是否真正符合客观实际，还需要通过试验或生产实际来得到验证。 正交试验的过程要求非常严谨，由一个数据错误将会导致整个试验的失败， 不适用于本身变异性就非常大的试验。一般由专门科研部门才能完成。 试验程序： 第一步，明确试验目的，确定试验指标，挑选因素选取水平。 第二步，用正交试验法安排试验。 第三步，表头设计。 第四步，列出试验方案。 第五步，分析试验结果（直观分析法） 2．简捷经验设计法 （1）经验配合比，p191，表 8－11 （2）计算配合比