混凝土路面配合比設(shè)計研究范文

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《施工技術(shù)雜志》2015年第S1期

［摘要］

為提高露石水泥混凝土路用性能(抗滑、耐磨)，對露石水泥混凝土配合比設(shè)計進(jìn)行研究，結(jié)果表明:當(dāng)砂率為20%，粒徑4.75～9.5mm與9.5～13.2mm的集料比例為2∶1時，其路用性能最好。通過與普通混凝土路用性能比較發(fā)現(xiàn)，在保證耐磨的前提下，該級配露石水泥混凝土大大提高了混凝土路面的抗滑性能，吸聲系數(shù)也比普通混凝土提高1倍左右。

［關(guān)鍵詞］

公路工程;混凝土;露石水泥混凝土;構(gòu)造深度;摩擦系數(shù);降噪

隨著交通量的不斷增加，人們逐漸認(rèn)識到混凝土路面表面紋理對交通安全的重要性［1］。基于抗滑耐磨降噪的混凝土路面不斷興起，其中露石水泥混凝土路面除了保持普通混凝土路面強(qiáng)度高、使用壽命長等優(yōu)點，還具有其他如抗滑性好(雨天)、低噪聲(隧道內(nèi))、防眩性好等優(yōu)異的路用性能，能夠較大程度地改善混凝土路表功能［2-4］。目前，針對露石水泥混凝土的研究主要集中在施工工藝、技術(shù)要求等方面，如韓森等［5］對露石水泥混凝土鋪筑過程中材料選擇、沖洗時間、雙層鋪筑混凝土強(qiáng)度等關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行研究，最終確定適宜的沖洗時刻，并選擇兩層鋪筑路面以降低路面材料成本;朱建軍等［6］也專門針對露石水泥混凝土的沖洗時間和養(yǎng)護(hù)工藝進(jìn)行分析，為后續(xù)施工設(shè)計提供指導(dǎo)意義。但以提高露石水泥混凝土路面使用功能為目標(biāo)而進(jìn)行的材料設(shè)計尚不多見。本文以提高使用性能為目標(biāo)進(jìn)行露石水泥混凝土配合比設(shè)計，并通過與普通混凝土路用性能做比較，驗證了該配合比設(shè)計下的露石水泥混凝土路面具有優(yōu)異的抗滑降噪特性，試驗結(jié)果為以后露石水泥混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計提供理論依據(jù)。

1原材料與施工工藝

1.1原材料露石水泥混凝土粗集料采用性能較好的玄武巖碎石，粒徑范圍在4.75～9.5，9.5～13.2mm，表觀密度2970kg/m3，堆積密度1540kg/m3，飽和面干表觀密度2940kg/m3，飽和吸水率0.56%，針片狀含量7.2%，壓碎指標(biāo)3.9%;細(xì)集料采用細(xì)度模數(shù)2.33，表觀密度2.69g/cm3，含泥量0.8%河砂;水泥采用普通硅酸鹽水泥(P•O42.5)，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量27.3%，比表面積355m2/kg，初凝205min，終凝266min，28d抗壓強(qiáng)度48MPa，28d抗折強(qiáng)度7.4MPa，表觀密度3.00g/cm3，安定性合格。

1.2施工工藝采用500mm×700mm×150mm水泥混凝土大板試模，成型后用滾軸在表面勻速碾壓1遍，待表面水消失，將緩凝劑均勻灑布在試板上，覆蓋聚乙烯薄膜防止緩凝劑蒸發(fā)，養(yǎng)護(hù)17～18h，當(dāng)混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后用壓力水槍沖洗試板，使粗集料外露。放入(20±5)℃和95%RH以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)間保濕養(yǎng)護(hù)。露石混凝土外觀形貌如圖1所示，其中噴緩凝劑的目的是延緩試板表面水泥砂漿的凝結(jié)，但不影響混凝土整體的凝結(jié)硬化。

2露石水泥混凝土配合比設(shè)計

混凝土表面紋理分為細(xì)部構(gòu)造和粗部構(gòu)造兩部分，對于混凝土配合比設(shè)計而言，砂率(細(xì)部)和集料級配(粗部)對露石水泥混凝土路用性能有很大影響。良好的碎石級配與合適的砂率所配制的混凝土較為密實，工作性好，且不易產(chǎn)生離析。大粒徑骨料較多時，雖不易剝落，但會增加行車的噪聲，導(dǎo)致舒適性大大下降。小粒徑骨料較多，通過沖洗很容易剝落，直接影響混凝土的耐久性。為避免上述問題，本文試驗通過調(diào)整砂率及碎石比例(見表1)，以滿足路用性能為指標(biāo)，對露石水泥混凝土進(jìn)行最佳配合比設(shè)計。

2.1露石水泥混凝土不同配合比路用性能研究

2.1.1抗滑性能分析現(xiàn)行規(guī)程中評價路面抗滑性能的方法有很多，如手工鋪砂法、電動鋪砂法、激光構(gòu)造深度儀法、擺式儀法、制動距離法和摩擦系數(shù)測試車法(縱向力系數(shù)法、橫向力系數(shù)法)［7］。本文采取手工鋪砂法(測構(gòu)造深度)和擺式儀法(測擺式摩擦系數(shù))2種常用的方法進(jìn)行抗滑性能試驗。構(gòu)造深度是研究路面粗糙度的重要指標(biāo)，在大板上選取骨料均勻處進(jìn)行測試。不同砂率、不同級配的露石混凝土構(gòu)造深度如圖2所示。可以看出，砂率和級配對露石水泥混凝土構(gòu)造深度影響較大。同一級配下砂率越大，混凝土表面平滑度越高，構(gòu)造深度越小。相同砂率下，粗集料公稱最大粒徑13.2mm的數(shù)量越多，表面越粗糙，造成構(gòu)造深度越大。由于現(xiàn)行規(guī)范中水泥混凝土路面對構(gòu)造深度提出了要求(高速公路、一級公路為0.7～1.1mm)。另外文獻(xiàn)［3］指出構(gòu)造深度在0.8～1.0mm范圍時，路面抗滑值較好。本文通過對構(gòu)造深度的測試，符合要求的混凝土板如表2所示。根據(jù)上述5種混凝土板進(jìn)行擺式摩擦系數(shù)測試，擺式摩擦系數(shù)與構(gòu)造深度間關(guān)系如圖3所示，由圖3可知:隨著構(gòu)造深度的增加，摩擦系數(shù)也在不斷變化。其中S25A21，S15A10，S20A21，S25A114塊露石混凝土板的摩擦系數(shù)相差不大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于S20A10混凝土板。故本文針對露石混凝土抗滑性分析的優(yōu)化結(jié)果如表3所示。總之，集料的級配與砂率對露石混凝土表面抗滑性產(chǎn)生不同程度的影響。

2.1.2耐磨性能分析耐磨試驗采用TMS-04型水泥膠砂耐磨性試驗機(jī)，依據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》，以試件磨損面上單位面積的磨損量作為評定水泥混凝土耐磨性的相對指標(biāo)。針對上述抗滑性優(yōu)化后的幾種露石水泥混凝土板進(jìn)行耐磨試驗，試驗結(jié)果如圖4所示，由圖4可知S20A21的混凝土板磨耗量最小。當(dāng)路面表面特性以抗滑和耐磨為優(yōu)化目標(biāo)時，測試結(jié)果得出的露石水泥混凝土最佳砂率和級配為S20A21(砂率為20%，集料粒徑4.75～9.5mm與9.5～13.2mm的級配為2∶1)。

2.1.3最佳配合比露石水泥混凝土與普通混凝土性能比較通過對S20A21最佳配合比的露石混凝土與普通混凝土路用性能做對比(見圖5)，從摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度上進(jìn)行分析，可知露石混凝土的抗滑性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通混凝土，大幅度提高了路面的安全性。另外對磨耗損失量進(jìn)行分析，普通混凝土略高于露石混凝土。這說明最佳配合比的露石混凝土在保證耐磨的前提下，既能解決傳統(tǒng)混凝土路面的抗滑性，又能提高混凝土路面的使用壽命，減少因表面功能下降而維修的費用，提高路面使用的經(jīng)濟(jì)性。

2.2降噪性能分析本節(jié)噪聲測試主要是為了對露石水泥混凝土與普通水泥混凝土吸聲水平進(jìn)行比較分析，從而驗證露石水泥混凝土的降噪特性。試驗儀器采用VA-Lab噪聲振動測試系統(tǒng)軟件(見圖6)進(jìn)行材料吸聲系數(shù)測試，傳聲器選擇1和2時，可測得的吸聲系數(shù)頻率范圍為250～1600Hz;傳聲器選擇0和2時，可測得的吸聲系數(shù)頻率范圍為63～500Hz。本節(jié)試驗所用的測試頻率范圍在250～1600Hz，測試結(jié)果如圖7所示。表4為不同混凝土部分頻率的吸聲系數(shù)以及總的平均吸聲系數(shù)。通過試驗可以發(fā)現(xiàn)，露石水泥混凝土吸聲系數(shù)比普通水泥混凝土提高1倍左右。因此，使用最佳配合比的露石水泥混凝土代替普通水泥混凝土，既能提高混凝土的抗滑耐磨性能，又起到了良好的降噪效果，具有重要的現(xiàn)實意義和實用價值。

3結(jié)語

1)通過對不同級配、不同砂率的露石水泥混凝土進(jìn)行抗滑、耐磨等使用性能研究，得出以下結(jié)論:砂率為20%，骨料粒徑4.75～9.5mm與9.5～13.2mm的級配為2∶1時，路用性能最好。本文對露石水泥混凝土最佳砂率和級配做了初步探討，對工程實踐具有一定的指導(dǎo)作用。2)通過對最優(yōu)配合比的露石水泥混凝土和普通混凝土各方面性能作比較，可以看出，露石水泥混凝土在保證耐磨的前提下，大大提高了混凝土的抗滑性能，吸聲系數(shù)也比普通混凝土提高1倍左右。再一次驗證了露石水泥混凝土的優(yōu)良特性。

參考文獻(xiàn):

［1］李波，韓森，滕旭秋．混凝土路面的表面紋理與抗滑性［J］．交通標(biāo)準(zhǔn)化，2008(7):154-157．

［2］韓森，李志玲，張東省，等．露石水泥混凝土路面性能［J］．長安大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2004(4):6-9．

［3］秦旻，梁乃興，陸兆峰，等．露石水泥混凝土路面性能研究［J］．公路，2009(10):72-76．

［4］韓森，董雨明，陳海峰，等．露石水泥混凝土路面降噪特性［J］．交通運輸工程學(xué)報，2005(2):32-34．

［5］韓森，李志玲，張東省，等．露石水泥混凝土路面關(guān)鍵技術(shù)研究［J］．中國公路學(xué)報，2004(4):20-23．

［6］朱建軍，陳永惠．露石水泥混凝土路面施工工藝研究［J］．商品混凝土，2013(5):156-157．

［7］宋永朝，潘曉東，梁乃興，等．露石水泥混凝土路面質(zhì)量評價指標(biāo)研究［J］．華東交通大學(xué)學(xué)報，2008(1):12-15．

作者：閆倩倩 李雪峰 田波 侯子義 謝晉德 單位：交通運輸部公路科學(xué)研究院 河北工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院 道路結(jié)構(gòu)與材料交通行業(yè)重點實驗室