探讨道路工程水泥混凝土配合比设计

摘要：水泥混凝土在工程建设中的广泛使用是众所周知的，本文通过研究水泥混凝土面临的问题来探讨一下在道路工程施工中水凝混凝土配合比设计问题。

关键词：混凝土配合比设计；影响因素；

中图分类号：TV331文献标识码： A

引言

混凝土具有强度高、原材料储量大、可塑性能优异、成本低廉，在土木工程中起着极其重要的作用，是现代应用最广泛的建筑材料。它是由水泥、砂、石、添加剂、外加剂和适量水混合逐渐硬化形成的人工石材，因此原材料的种类、性质和用量等因素直接关系到混凝土的质量、成本和性能，进而关系到土木结构物的品质、造价和寿命。

一、水泥混凝土面临的问题

(1）混凝土品种增多，出现了高性能混凝土、轻骨料混凝土、纤维混凝土、防水混凝土、加气混凝土、低温混凝土、泵送混凝土和喷射混凝土等。近年来，不同性能混凝土的研究和应用日益受到人们重视，其中高性能混凝土是近期混凝土技术发展的主要方向。

(2）混凝土的成分更加丰富，粉煤灰及其他掺合料和外加剂等被广泛使用到混凝土的配制中，使混凝土的应用更加广泛。

(3）混凝土需要满足的性能指标提高，从单一的强度指标扩展到若干龄期的强度、工作性能和耐久性能等多项指标。

(4）对结构物寿命的要求延长。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很容易遭到严重破坏，需要修补，甚至更新重建。高性能混凝土应调整使用时间且还需要具有广泛的环境适应性。

（5）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。

二、混凝土配合比设计方法的不足

传统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，因此传统的配合比设计方法还存在许多不足之处。混凝土配合比设计理应是一个完善的体系，包括原材料选择、配合比计算、性能设计和性能检测。

1、在原材料选择中，多数是依据个人经验知识进行的，带有很大的主观性。各人的经验知识不同，知识量也不等。

2、 在配合比设计计算中，各种没计方法的计算方法互不相同。

配合比计算的实质就是四元（单位混凝土中水、水泥和粗细集料用量）一次方程组求解。从数学角度来讲，四元一次方程组求解需要四个独立方程式的联立才能解出。而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，这就提供了三个方程式；各配合比设计方法的不同在于第四个方程式的确定。为了完成配合比设计，各种方法都引进了不同的关系式。因对高性能混凝土的认识不足，对它的配合比设计主要依赖于经验和大量的试配，计算过程在各种设计方法中似乎都不甚重要。

3、 在性能设计中，理想的配合比设计应能实现对混凝土的主要性能（即：工作性能、强度和耐久性）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。

4、在性能检测中，每一种配合比设计体系也都是不甚完善的。

对混凝土力学性能和耐久性的检测相对来说还比较完善，而对新拌混凝土性能（主要是工作性）的检测应该说是不合理、不完善的。各个设计体系大都采用Abrams的坍落度试验（塑性混凝土）和维勃稠度试验（干硬性混凝土）来检测新拌混凝土的工作性。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。

三、水泥混凝土配合比设计的基本要求

1、.设计抗弯拉强度

为了保证结构物的可靠性，在配制水泥混凝土时必须考虑到结构物的重要性、施工单位的施工水平等因素，确定一个比设计强度高的“配制强度”以满足设计强度的要求。

2、耐久性和耐磨性

根据结构物所处环境条件，为了保证结构物的耐久性和耐磨性，在设计时必须做到：控制“最大水灰比”，保证“最小水泥用量”，并适当降低“砂率”。

3、施工和易性

根据路面断面尺寸、配筋部位、配筋疏密程度和施工方法，逐步调整各组成材料的用量，使所配制的水泥混凝土拌合物的坍落度符合设计要求，以保证混合料的浇筑质量。

4、经济合理

在满足上述要求的前提下，尽量降低高价材料（水泥）的用量，并考虑就地取材和应用工业废料，以配制成性能优越、价格便宜的水泥混凝土。

四、如何提高水泥混凝土配合比设计

对于水泥混凝土来说，同样的水泥、水、细集料（砂）和粗集料（石），配合比不好，则可使混凝土的强度下降，甚至直接导致工程质量事故；而好的配合比，则既能节约水泥用量，又能提高混凝土的强度，进而延长了建筑物的使用寿命。现根据以下几方面来讲述提高水泥混凝土配合比设计的方法：

1、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。

2、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。

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。

4、集灰比。

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，混凝土随集灰比的增长呈增长趋势，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少有关，还与较高标号混凝土水泥用量较大有关。在适当增大集灰比后，水泥胶结作用和集料的连锁作用得到了充分的发挥。

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

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