粗骨料间断级配法在水泥混凝土路面上的应用

摘 要： 介绍了混凝土粗骨料间断级配的作用原理与优点，并结合工程实践阐述了间断级配混凝土的配合比设计，施工要点及质量控制方法。

关键词： 间断级配； 配合比设计； 路面施工； 质量控制

中图分类号： TU528 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）06-0048-01

1粗骨料间断级配法简介

混凝土配合比中的骨料分粗骨料和细骨料，亦即沙子和石子。对于石子来讲，一般粒径越大则价格越低，其价格与沙子相比较而言，大粒径石子比砂子便宜，而小粒径石子的价格则比砂贵。在这样的价格条件下，人们就考虑是否能够减少小粒径石子的用量，用大粒径的石子来代替，这样在混凝土级配中，就少了小粒径石子这一粒径的骨料，此法故名思议被称为粗骨料间断级配法。为了达到较大的密度，大一级粒子间的空隙，应当由小一级颗粒填充，依次所余空隙再由次小颗粒填充，但填充的颗粒的粒径不得大于其孔隙距离，否则颗粒之间就会发生干涉现象。在间断级配粗骨料设计中，假设颗粒间组合处于理想状态，粗骨料之间互相嵌挤，形成骨料结构框架。细骨料分布于其空隙内，这就形成乐骨架-填充的密实结构。

2水泥混凝土粗骨料间断级配配合比设计

水泥混凝土中的粗骨料主要指石子，在结构中起骨架作用；细集料主要指沙子，也包括矿粉，在水泥混凝土中起提高密度，增大强度作用。

所用碎石应满足下列要求：（1）碎石压碎值小于等于8.9%。(2)碎石针片状总含量小于7%。（3）碎石含泥量0.4%。间断级配，就是指在粗细骨料颗粒组成成分中，颗粒的粒径大小不是连续存在的，而在某个或某几个粒径范围内没有或者只有很少数量的粗细骨料构成的拌合混合料。这种拌合混合料不光有足够数量的粗骨料能够形成空间骨架，而且也有必要数量的细料填充在骨架间的空隙里，使得混合料具有较高的密实度，进而形成一种骨架密实的结构，其内摩擦力和粘结力都较高。根据混凝土的结构强度形成机理，要想得到具有良好路用性能的混凝土混合料，必须确保两个条件，第一主骨架充分嵌挤以形成骨架结构，以保证良好的内摩阻力。第二水泥砂浆应具有较大的粘结强度且充分填充主骨架的空隙，使混合料密实。这样就形成了间断密级配的设计思路:首先，确定好设计空隙率。一般情况下这个孔隙率设置为4%；然后，设计粗骨架，其中包括粗骨架的级配及数量，既然粗骨料的数量已知，则细骨料的数量亦可推算出来。最后，确定细骨料的断档位置及细骨料的级配。

具体设计程序如下：

（1）实测材料的物理性质:实测石料的表观密度。包括粗集料的表观密度ρtc、细集料的表观密度ρtf、矿粉的表观密度ρtp，实测沥青的密度和各项指标。

（2）用均匀设计法设计粗集料的级配并进行试验，实测紧装密度ρsc，以剩余空隙率Vvs为目标确定粗集料级配。

（3）根据粗骨架空隙率以及沥青混合料设计空隙率确定细集料用量和沥青用量，使细集料体积、沥青体积和沥青混合料设计空隙体积的总和等于主骨架的空隙的体积。根据这一思路我们可以引出体积法设计粗细集料用量百分数的公式。

qc+qp+qf=100 （1）

qc（Vvc-Vvs）/ρsc=100（ρf/ρtf+qp/ρtp+qα/ρa） （2）

式中Vvc为粗集料紧装空隙率百分数；Vvs为沥青混合料设计空隙率百分数。

（4）根据确定的粗集料级配以逐级填充的原则确定细集料的级配。

（5）调整级配成型各种试件，作对比试验最终确定最优级配。

3粗骨料间断级配法的施工

将骨料按照粒径的大小划分为四级，第一级粒径为10cm~15cm，第二级粒径为4cm~10cm，第三级粒径为2cm~4cm，第四级粒径为0.5cm~2cm。在间断级配中，只用一级和四级骨料，以达到节约资金的目的。由于在拌合大量使用了一级粗骨料（粒径较大），故无法使用搅拌机进行拌合，用人工常规方法拌合也较为困难。所以粗骨料间断级配混凝土通常采用下述方法施工：

（1）摊铺底基层。在已经碾压好的路基顶面上支好模板并洒水润湿路基，然后在模板内用四级粗骨料拌制的水泥混凝土摊铺8cm厚的路面底层并振捣严实。

（2）摊铺第一级粗骨料基层。使用人工将第一级粗骨料均匀的打入路面底基层，打入时，应注意将第一级粗骨料的最细端朝下，大面朝上，打入深度应大于3cm，每个骨料应紧密接触。骨料应距离模板3cm以上。

（3）摊铺路面上层。在第二步完成，及底基层中打入第一级粗骨料后，将使用第四级粗骨料拌制的混凝土浇筑在第一级粗骨料基层上面，浇筑完的高度应略高于所支模板的高度并振捣严实。

4施工过程中的质量控制措施

由于间断级配法中骨料的粒径不连续，第一级骨料为强度最大的代表值，故为了确保混凝土路面具有较高的强度和较好的耐久性，即满足路面抗压强度不小于30Mpa，抗剪强度不小于5Mpa。首先确保第一级粗骨料的抗压强度不小于60Mpa。同时应满足下列要求：

（1）面板厚度和混凝土标号。根据上述的强度要求，混凝土等级应在C30以上，同时考虑节约资金，就选择C30混凝土为路面混凝土。同时路面面板的厚度应不小于20cm。在确定混凝土配合比时，考虑到在水泥强度标号一定时，当水灰比在一定范围内变化时，混凝土的强度随着水灰比的增大而地降低，故为了确保混凝土的强度，应当把水灰比控制在合适的范围内，一般应控制在0.4~0.6之间。为了增强水泥砂浆与粗骨料之间的粘结力，骨料应当选用砾石。

（2）混凝土的拌合。在拌制混凝土时，首先要严格按照试验好的混凝土配合比进行配料，各种骨料，水泥均应当经过检验，确保原材料质量合格。其次要控制好用水量和搅拌时间，加水时应略高于配合比中的用水量，以确保水分在拌合、运输及摊铺过程中挥发以后仍满足含水要求。采用机械搅拌法时，每盘的拌合时间应当控制在2分钟左右；若采用人工搅拌，应先干拌2~3分钟，在湿拌5分钟左右，确保拌合充分。

（3）混凝土的运输。若采用厂拌法施工，拌合场距施工场所在100m以内时，可自行运输，但应注意减轻运输中的震动，防止混凝土发生离析；若运距大于100m，则应当采用专门的混凝土运输车运输。

（4）摊铺和振捣。摊铺和振捣是混凝土路面施工中最重要的一个环节，尤其对于间断级配混凝土路面，由于一级骨料粒径很大，其颗粒间空隙很大，若振捣不严实则会产生很大的内部孔洞，严重影响路面质量。因此在摊铺和振捣是应尤其注意，首先应洒水将路基湿润，并清理路基顶面的杂质。在摊铺时，应当边铺边振，摊铺的厚度根据一级骨料间空隙的大小略厚于设计厚度。摊铺过后，再强振两遍，最后弱振一遍收面，使得厚度达到设计要求。

（5）路面养护。振捣完毕后，待路面完成初凝，用湿润的麻布或者塑料薄膜覆盖路面，防止水分过分挥发，同时应定时洒水。洒水养护时间不少于14天。在路面完成终凝以前，各类机械不得在路面行驶，要做好保护工作。

5结语

间断级配混凝土路面在满足路面强度及耐久性要求的同时，可以节约大量资金，尤其在一些地方材料匮乏的地区，有很大的应用价值。

参考文献：

[1] 李云龙，李云波.关于3~7cm间断级配碎石铺筑22cm厚水泥路面工程的施工配合比组成设计的试验与研究[J].黑龙江交通科技，2003（2）.