道路工程水泥混凝土配合比设计探析

【摘 要】 本文分析了水泥混凝土面临的问题，指出传统配合比设计方法中的不足，并结合工作经验及路用性能，提出了现代水泥混凝土配合比设计的影响因素。

【关键词】 混凝土；配合比设计；影响因素

1水泥混凝土在道路工程中的新特点

目前，我国道路工程中水泥混凝土具有以下特点：

1.1混凝土品种更加丰富。近年来，不同性能混凝土的研究和应用日益受到人们重视，出现了高性能混凝土、轻混凝土、纤维增强混凝土等。其中高性能混凝土是近期混凝土技术发展的主要方向。

1.2混凝土的成分增多。粉煤灰等掺和料和外加剂等被广泛使用到混凝土的配制中，混凝土的应用更加广泛。

1.3对结构物寿命的要求延长。工程实践证明，在正常使用条件下普通混凝土的使用期限可达50年～100年；而在恶劣环境条件下经十几年或更短时间就遭到严重破坏，需要修补，甚至更新重建。

1.4施工工艺多样化。水泥混凝土面层可以采用多种施工方法进行铺筑。如小型机具、轨道式摊铺机、滑模式摊铺机摊铺和振实，配以其他工序的配套机械等。

2 道路工程水泥混凝土设计要点

目前道路工程中，水泥混凝土路面的板厚设计是根据水泥混凝土的抗弯拉强度来计算的，因而水泥混凝土的配合比设计应该按照弯拉强度、耐久性、工作性要求以及经济性的原则来选择原材料，通过计算、试验等方法，可以做出一定的调整，用来确定水泥混凝土单位体积中各种原材料的用量而设计配合比。然后再依据实际浇筑的环境和条件，如材料供应情况（级配、含水量等）、摊铺方法、机具和气候条件等因素做出相关的调查，提出相应的施工配合比。

而混凝土配合比设计方法是一种基于经验的方法,混凝土结构对材料性能提出的要求比较简单,配制混凝土的原材料种类也比较少,因此水泥混凝土配合比设计方法还存在许多不足之处。随着现代建筑工程技术要求的提高，配合比设计的指导思想应从强度设计向多种性能设计转化，从可行性设计向优化设计转化

2.1现用水泥混凝土设计方法不足之处

1）配合比设计具有随机性。混凝土原材料在选择时，虽然考虑各组成材料的技术性质，但多数是依据个人经验知识进行的，带有很大的主观性。每人的经验知识不同，知识量也不等，设计具有随意性的特点。

2）初步配合比设计赖于经验。初步配合比设计中一般都采用需水性定则、水灰比定则和绝对体积法或假定容重法。为了完成设计，各种方法都引进了不同的关系式。我国引入了砂率；前苏联引入了砂浆拨开系数；英国引入了骨灰比；美国引入了粗集料最佳用量。

3）性能设计归功于试配工作。理想的配合比设计应能实现对混凝土的主要性能的设计，虽然目前的各种设计方法基本都考虑到了这三方面的性能，但是似乎还没有一种方法真正做到了对这三方面性能的设计。虽然最终都可能配出满足三方面性能要求的混凝土，但这似乎不能归功于该配合比设计体系的先进性，而应取决于设计人员的大量试配。

4）新拌混凝土工作性检测尚不完善。新拌混凝土工作性是一项综合技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性等含义。目前国际上还没有一种能够全面表征工作性的测定方法，我国工作性检测方法规定采用坍落度试验和维勃稠度试验。但这两种试验都不能全面有效地反映新拌混凝土的工作性。

2.2水泥混凝土配合比设计主要影响因素

1）水灰比。水与水泥组成水泥浆体。水泥浆体的性能，在水与水泥性质固定的条件下，就决定水与水泥的比例，这一比例就称为水灰比。有关水灰比、水泥品种、外加剂、粗集料级配等因素对路面混凝土性能影响的试验表明，无论28d抗折强度还是抗压强度，上述因素的主次为：水灰比、水泥品种、外加剂、粗集料级配。由此可见，水灰比对路面强度的影响是很大的。水灰比过大，多余水在硬化后的混凝土中形成气孔，减小了混凝土抵抗荷载作用的有效断面，在孔隙周围产生应力集中。水灰比愈小，混凝土的强度也愈高，因此在满足和易性要求的前提下，应尽可能采用小的水灰比。此外，路面混凝土水灰比大小还应考虑道路等级、气候因素等。

2）砂率。砂率就是砂的用量占砂石总用量的质量百分率。其大小主要影响混凝土的稠度，在水灰比低时这种影响表现得比较迟钝，但砂率的改变会使混凝土的空隙率和集料的总表面积有显著改变，直接影响硬化混凝土的品质。砂率过大，在水泥浆用量不变的情况下，会使混凝土的水泥浆显得过少，成型的路面表现砂浆层过厚，对耐磨耗、减少收缩不利。另外，从混凝土抗断裂的角度考虑，砂浆也不宜过大。试验表明，混凝土的抗裂能力随粗集料的增加而增加，因此在正常砂率的基础上，适当减少砂率，增加粗集料用量，对提高路面混凝土的抗折性能是必要的。

3）单位用水量。混凝土拌和物性能，在水泥浆与集料性质固定的条件下，就取决于水泥浆与集料的比例，称为浆集比。 但现行混凝土配合比设计方法对水泥浆与集料之间的比例关系，是用单位用水量来表示。当水灰比固定的条件下，用水量既定，水泥用量亦随之确定。在1 m3拌和物中，水与水泥用量既定，当然集料的总用量亦确定。故用水量即表示水泥浆与集料之间的用量比例关系。对混凝土强度的影响在混凝土强度较高时表现得较明显，当水灰比相同时，混凝土随浆集比的减小呈增长趋势，这与集料数量增大、集料吸收的水分量增大、实际水灰比变小有关，与混凝土内部孔隙总体积减小有关，还与较高标号混凝土水泥用量较大有关。在适当减小浆集比后，水泥胶结作用和集料的连锁作用得到了充分的发挥。

3 结语

合理的配合比设计应该在符合相关规范给出的强度、耐久性、工作性、和经济性等要求的前提下,确定各种成分的用量,获得最经济和适用的混凝土。水泥混凝土路面配合比设计深入系统的研究,使混凝土配合比设计体系更加科学合理、方便快捷,从而推动水泥混凝土科学的发展。

参考文献

[1]JTG F30—2003，水泥混凝土路面施工及验收规范[S]

[2]傅沛兴.论混凝土配合比的合理设计方法[J].建筑技术.2008.(1)

[3]顾世安.水泥混凝土配合比设计方法[J].黑龙江交通科技.2009.(9)

（作者单位：长沙理工大学/郑州交通职业学院）