通村公路低造价水泥混凝土配合比设计

董国栋

（沧州市交通运输局公路工程质量监督处，河北 沧州061000）

0 引言

公路水泥混凝土配合比设计的主要任务是将组成混凝土的原材料，即粗、细集料、水和水泥的用量，加以合理配合，使配制的混凝土能够满足强度、耐久性及和易性等技术要求，并尽可能节约水泥，以取得最大的经济效益。农村地区原有的通村公路统一使用设计抗弯拉强度为4.0MPa的路面配合比，标准单一，而通村公路的交通量各不相同，应首先对路面板强度进行优化，设计出低强度的配合比，以适应不同强度需求。可将水泥混凝土路面强度分为四个等级：3.0MPa、3.5MPa、4.0MPa、4.5MPa，以水泥混凝土弯拉强度标准值4.0MPa 为例，碎石混凝土工作性最佳时的坍落度为25～30mm，计算水泥混凝土实验室配合比。

1 初步配合比设计

1.1 确定公路混凝土的配制抗弯拉强度

式中：fc为混凝土配制28d 抗弯拉强度的均值（MPa）；fr为混凝土设计抗弯拉强度（MPa）；S为抗弯拉强度试验样本的标准差（MPa）；t为保证率系数，按表1 确定；Cv为抗弯拉强度变异系数，按统计数据在表2 的规定范围内取值（在无统计数据时，弯拉强度变异系数应按设计取值，如果施工配制强度超出给定的弯拉强度变异系数上限，则必须改进机械装备和提高施工控制水平）。

表1 保证率系数

1.2 计算水灰比（W/C）

公路水泥混凝土拌和物的水灰比，根据已知的混凝土配制抗弯拉强度fc和水泥的实际抗弯拉强度fs由式（2）来确定。

式中：fs为水泥实测28d抗弯拉强度（MPa）。

山区通村公路最大水灰比不得超过0.47，因此，水灰比取0.47。

1.3 计算单位用水量（mw0）

混凝土拌和物每立方米用水量mw0（kg）可按下式确定：

式中：SL为新拌混凝土拌和物坍落度（mm）；SP为砂率（%），可参照表3选定。

按式（4）、（5）计算得的用水量是按集料为自然风干状态计。

表3 砂的细度模数与最优砂率关系

1.4 计算单位水泥用量（mc0）

每立方米混凝土拌和物水泥用量mc0（kg）按下式计算：

为保证混凝土路面的耐久性，上式计算的水泥用量不得小于300kg/m3。但对道路混凝土而言，水泥用量也不宜太多，如果用量太多不仅不经济，而且容易产生塑性裂缝，路面的耐磨性也会降低，所以在达到质量要求的范围内，水泥用量一般不宜大于420kg/m3。

1.5 计算砂石材料单位用量（ms0、mg0）

砂石材料用量可采用质量法按下式计算：

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

按质量法计算得到初步配合比：

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 提出基准配合比

2.1 试拌

取施工现场实际材料，配制0.03m3混凝土拌和物。

2.2 测定工作性

测定坍落度，并观察黏聚性和保水性。

2.3 调整配比

如流动性不符合要求，在水灰比不变情况下，增减水泥浆用量；如黏聚性和保水性不符合要求，调整砂率。

2.4 提出基准配合比

调整后，提出一个流动性、黏聚性和保水性均符合要求的基准配合比。

2.5 制备抗弯拉强度试件

按基准配合比，增加和减少水灰比0.03，再计算两组配合比，用三组配合比制备抗弯拉强度试件与抗压强度试件。试验所用配合比如表4所示。

表4 调整后基准配合比

按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30—2005）的规定进行水泥混凝土的坍落度试验。

3 测定试验配合比

本试验制作试块共12 组，每组分别有3 块抗压试块和抗弯拉试块，在围场县满族蒙古族自治县公路工程中心试验室制作。在标准条件下，经7d、28d养护后，按标准方法对其抗弯拉强度进行测定。硬化水泥混凝土的抗弯拉强度是本文道路水泥混凝土设计的关键指标，根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30—2005）进行水泥混凝土抗弯拉强度、抗压强度试验，测试结果如表5所示。

表5 试验强度测试结果

表5（续）

根据试验所得结果，确定符合工作性和强度要求并且最经济合理的试验室配合比，如表6所示。

表6 水泥混凝土基体配合比

通过大量的试验研究，课题组得到4种路面强度的配合比设计。由试验数据可知，当设计强度为3.0MPa时，在一定保证率系数下，28d的抗弯拉强度仍高于4.0MPa，可保证在可靠度范围内路面不造成破坏，因此，山区通村公路路面强度统一设计为4.0MPa，对于部分交通量偏低，交通组成轴载偏轻的农村来说，造成了资源的浪费。因此，可针对不同的交通量选取不同的设计强度进行通村公路的修建。

4 结论

（1）选取当地修建水泥混凝土路面所需的原材料进行各项指标测试，材料的使用性能较好，集料符合级配要求。

（2）通村公路统一使用设计抗弯拉强度为4.0MPa 的路面配合比，标准单一，而通村公路的交通量各有不同，应先从路面板强度进行优化，设计出低强度的配合比，以适应不同强度的需求。本文将水泥混凝土路面强度分为四个等级：3.0MPa、3.5MPa、4.0MPa、4.5MPa，结合山区公路筑路材料特点，将级配理论用于山区通村公路水泥混凝土路面的材料设计，通过室内路用性能试验研究，分别获得了不同集料类型的超低强度水泥混凝土的配合比。

（3）由试验数据可知，在一定保证率系数下，当设计强度为3.0MPa时，28d的抗弯拉强度仍高于4.0MPa，可保证在可靠度范围内路面不造成破坏，因此，山区通村公路路面强度统一设计为4.0MPa，对于部分交通量偏低、交通组成轴载偏轻的农村来说，造成了资源浪费。由此，可针对不同的交通量选取不同的设计强度进行通村公路的修建。

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