水泥质量控制要点.doc

水泥混凝土路面配合比设计的质量控制
水泥混凝土配合比设计的目的，就是根据对路面混凝土的强度、工作性、环境耐久性及经济性等要求，进行科学且合理的确定水泥混凝土的水泥、水、粗集料、细集料、外加剂和掺和料各组分的配合比.通过计算和试配调整，确保满足有关技术规范的要求。确定水泥混凝土配合比的方法有经验公式法和正交试验法，前者适用于一般路面工程或规模较小的工程，后者适用于重大工程或大规模工程，这样可以用较少的试验次数优选出满足要求的水泥混凝土配合比.本节介绍普通混凝土、钢纤维混凝土、碾压混凝土及贫混凝土配合比设计技术要求与配合比确定及调整。
一、各类型水泥混凝土配合比设计的基本要求
1.普通混凝土配合比设计的基本要求
普通混凝土配合比设计基本要求，适用于滑模摊铺机、轨道摊铺机、三辊轴机组及小型机具四种施工方式。普通混凝土路面的配合比设计在兼顾经济性的同时,应满足弯拉强度、工作性和耐久性等技术要求.
1） 弯拉强度
(1）各交通等级面板的28d计弯拉强度标准值，应符合《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2003)的规定。
（2）应按下式计算配制28d弯拉强度的均值。
式中:——配制28d弯拉强度的均值（MPa)；
—-设计弯拉强度标准值（MPa)；
s-—弯拉强度试验样本的标准差（MPa）；
t一保证率系数,应按表4-16确定；
Cv——弯拉强度变异系数，应按统计数据在表4—17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；如果施工配制弯拉强度超出设计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.
2)工作性
(1）混凝土路面滑模摊铺最佳工作性及允许范围，应符合表4-18的规定。
（2)轨道摊铺机、三辊轴机组、小型机具摊铺的路面混凝土坍落度及最大单位用水量，应满足表4—19的规定。
3)耐久性
（1）根据当地路面无抗冻性、有抗冻性或有抗盐冻性要求及混凝土最大公称粒径，路面混凝土含气量宜符合表4—20的规定。
（2）备交通等级路面混凝土满足耐久性要求的最大水灰(胶)比和最小单位水泥用量应符合表4—21的规定。最大单位水泥用量不宜大于400kg/m3；掺粉煤灰时,最大单位胶材总量不宜大于420kg/m3.
（3）严寒地区斓混凝土抗冻强度等级不宜小于F250，寒冷地区不宜小于F200.
(4）在海风、酸雨、除冰盐或硫酸盐等腐蚀环境影响范围内的混凝土路面和桥面，在使用硅酸盐水泥时，应掺加粉煤灰、磨细矿渣或硅灰掺和料，不宜单独使用硅酸盐水泥,可使用矿渣水泥或普通水泥。
4）外加剂的使用要求
（1）高温施工时，混凝土拌和物的初凝时问不得小于3h,否则应采取缓凝或保塑措施；低温施工时，终凝时间不得大于lOh，否则应采取必要的促凝或早强措施。
（2）外加剂的掺量应由混凝土试配试验确定。引气剂的适宜掺量可由搅拌机口的拌和物含气量进行控制。实际路面和桥面引气、混凝土的抗冰冻、抗盐冻耐久性，采用规范规定的钻芯法测定。测定位置:路面为表面和表面下50mm；桥面为表面和表面下30mm。测得的上下两个表面的最大平均气泡问距系数不宜超过表4。22的规定。
（3）引气剂与减水剂或高效减水剂等其他外加剂复配在同一水溶液中时,应保证其共溶性,防止外加剂溶液发生絮凝现象。如产生絮凝现象，应分别稀释、分别加入。
2。钢纤维混凝土配合比设计基本要求
本配合比设计基本要求适用于采用滑模摊铺机、轨道摊铺机、三辊轴机组及小型机具铺筑的钢纤维混凝土路面。钢纤维混凝土的配合比设计在兼顾经济性的同时应满足弯拉强度、工作性、耐久性技术要求.
1)弯拉强度
(1）钢纤维混凝土路面板28d设计弯拉强度标准值应符合设计规范的规定。
（2）钢纤维混凝土配制28d弯拉强度的均值计算，以和代替和.
2）工作性
(1)钢纤维混凝土的坍落度可比表4。18或表4。19的规定值小20mm。
（2）钢纤维混凝土掺高效减水剂时的单位用水量可按表4.23初选，再由拌和物实测坍落度确定。
3)耐久性
（1)钢纤维混凝土满足耐久性要求的最大水灰比和最小单位水泥用量,应符合表4-24的规定。
(2)钢纤维混凝土严禁用海水、海砂，不得掺加氯盐及氯盐类早强剂、防冻剂等外加剂.
(3）处在海风、酸雨、硫酸盐及除冰盐等环境中的钢纤维混凝土路面,宜掺用表4—5中的I、II级粉煤灰，桥面宜掺用硅灰与S95和S105级磨细矿渣。
3。 碾压混凝土配合比设计基本要求
碾压混凝土的配合比设计基本要求,在兼顾经济性的同时应满足相关技术要求。
1)弯拉强度
(1)碾压混凝土设计弯拉强度应符合表4—16的规定。
（2）碾压混凝土配制28d弯拉强度均值可按下式计算：
式中:--碾压混凝土配制28d弯拉强度均值(MPa)；
-—碾压混凝土压实安全弯拉强度,可按下式计算：
—-弯拉强度试件标准压实度(95％)；
—-路面芯样压实度下限值(由芯样压实度统计得出）;
—-相应于压实度变化1%的弯拉强度波动值（通过试验得出)。
其他符号意义同前.
2）工作性
碾压混凝土出搅拌机口的改进VC值宜为5～lOs；碾压时的改进VC值宜控制在30s±5s.试验中的试样表面出浆评分应为4-5分.
3）耐久性
（1）处于严寒和寒冷地区的碾压混凝土面层或基层，应掺引气剂。其含气量宜符合表4—20的规定。
（2)面层碾压混凝土满足耐久性要求的最大水灰（胶）比和最小单位水泥用量，应符合表4—25的规定。
4）粗集料
面层碾压混凝土粗、细集料合成级配宜符合表4-26的要求,基层应符合《公路路面基层施工技术规范》(JTJ 034—-2000）水泥稳定粒料的级配规定。
5）掺粉煤灰
碾压混凝土中所掺粉煤灰的技术要求和代替水泥的粉煤灰掺量，应符合有关技术规范的规定.粉煤灰超量取代系数k:I级厌可取1。4-1。8；II级灰可取1。6—2.0；碾压混凝土基层和复合式路面下面层用III级灰宜取1。8～2。2。
6)掺外加剂
碾压混凝土中外加剂的使用要求除满足原材料技术要求的规定外,应预先通过碾压混凝土性能试验优选品种和掺量，确认满足各项性能要求后方可使用.
4。贫混凝土配合比设计基本要求
基层贫混凝土配合比设计,应符合下列技术要求。
1)强度
基层贫混凝土设计强度应符合表4—27的规定。
2)工作性
贫混凝土的坍落度应满足表4-18或表4—19的要求.基层贫混凝土中应掺粉煤灰，粉煤灰的品质、掺量和超量取代系数应符合有关技术规范规定。
3)耐久性
(1)满足耐久性要求的贫混凝土最大水灰比宜符合表4—27的规定。
（2)在基层受冻地区，贫混凝土中应掺引气剂,并控制贫混凝土含气量为4％±1％。当水灰(胶)比不能满足抗冻耐久性要求时,宜使用引气减水剂。当高温摊铺坍落度损失较大时，可使用引气缓凝减水剂。
二、各类型水泥混凝土配合比设计过程控制
1．普通混凝土配合比设计过程控制
1)配合比参数的计算要求
（1）水灰比的计算和确定
①根据粗集料的类型，水灰比可分别按下列统计公式计算：
碎石或碎卵石混凝土：
卵石混凝土：
式中：-—水泥实测28d抗折强度（MPa）。
②掺用粉煤灰时，应计入超量取代法中代替水泥的那一部分粉煤灰用量(代替砂的超量部分不计入），用水胶比W/(C+F）代替水灰比W/C.
③应在满足弯拉强度计算值和耐久性两者要求的水灰比中取小值.
(2）砂率的确定
砂率应根据砂的细度模数和粗集料种类，查表4—29取值.在制作抗滑槽时，砂率在表4—29基础上可增大1%～2%。
（3）单位用水量的确定
根据粗集料种类和表4-18、表4-19中适宜的坍落度,分别按下列经验式计算单位用水量（砂石料以自然风干状态计）：
式中：——不掺外加剂与掺和料混凝土的单位用水量(kg/m3）;
——坍落度（mm）；
——砂率（％）;
W/C—-水灰比。
掺加外加剂的混凝土单位用水量按下式计算：
式中：——掺外加剂混凝土的单位用水量（kg/m3）；
--所用外加剂剂量的实测减水率（%)。
单位用水量应取计算值和表4-18或表4—19的规定值两者中的小值。若实际单位用水量仅掺引气剂不满足所取数值，则应掺用引气（高效）减水剂，三、四级公路也可采用真空脱水工艺.
(4)单位水泥用量的计算
单位水泥用量应由下式计算，并取计算值与表4-21规定值两者中的大值。
式中：C。——单位水泥用量(kg/m3).
(5）砂石料用量的计算
砂石料用量可按密度法或体积法计算.按密度法计算时，混凝土单位质量可取2400一2450kg/m3;按体积法计算时，应计人设计含气量。采用超量取代法掺用粉煤灰时,超量部分应代替砂，并折减用砂量。经计算得到的配合比，应验算单位粗集料填充体积率，且不宜小于70％。
（6)配合比优选
重要路面、桥面工程应采用正交试验法进行配合比优选.
2）真空脱水工艺要求
采用真空脱水工艺时，可采用比经验式计算值略大的单位用水量，但在真空脱水后,扣除每立方米混凝土实际吸除的水量，剩余单位用水量和剩余水灰(胶）比分别不宜超过表4—18最大单位用水量和表4—21最大水灰（胶）比的规定。真空脱水混凝土抗压强度试件成型方法参照有关规范规定.
3）掺用粉煤灰工艺要求
路面混凝土掺用粉煤灰时,其配合比计算应按超量取代法进行。粉煤灰掺量应根据水泥中原有的掺和料数量和混凝土弯拉强度、耐磨性等要求由试验确定。I、II级粉煤灰的超量系数可按表4—30初选。代替水泥的粉煤灰掺量：I型硅酸盐水泥宜≤30％；II型硅酸盐水泥宜≤25％；道路水泥宜≤20%；普通水泥宜≤15％；矿渣水泥不得掺粉煤灰。
2．钢纤维混凝土配合比设计过程控制
1)计算和确定水灰比
(1)以钢纤维混凝土配制28d弯拉强度替换，按普通水泥混凝土设计方法计算出基体混凝土的水灰比。
(2)取钢纤维混凝土基体的水灰比计算值与表4—2l规定值两者中的小值。
2）钢纤维掺量体积率的初选
钢纤维掺量体积率宜在0。60％~1。0％范围内初选,当板厚折减系数小时，体积率宜取上限;当长径比大时,宜取较小值；有锚固端者宜取较小值。
3）初选单位用水量
查表4—23,初选单位用水量。
4）掺用粉煤灰
掺用粉煤灰时应符合有关技术规范要求。
5)单位水泥用量的计算
钢纤维混凝土的单位水泥用量应按下式计算：
式中:——钢纤维混凝土的单位水泥用量（kg／m3）；
—-钢纤维混凝土的单位用水量（kg／m3）。
取计算值与表4—21规定值两者中的大值，但不宜大于500kg/m3。
6)砂率的计算
砂率可按下式计算,也可按表4-31初选。钢纤维混凝土砂率宜在38％—50％之间.
式中：-—钢纤维混凝土砂率（％);
—-钢纤维掺量体积率（％）.
7）砂石料用量计算
砂石料用量可采用密度法或体积法计算.按密度法计算时,钢纤维混凝土单位质量可取2450-2580kg/m3；按体积法计算时，应计入设计含气量.
8）配合比优选
重要路面、桥面工程应采用正交试验法进行钢纤维混凝土配合比优选.
3．碾压混凝土配合比设计过程控制
1）正交试验法
(1)不掺粉煤灰的碾压混凝土正交试验可选用水量、水泥用量、粗集料填充体积率3个因素;掺粉煤灰的碾压混凝土可选用水量、基准胶材总量、粉煤灰掺量、粗集料填充体积率4个因素。每个因素选定三个水平，选用正交表安排试验方案。
(2）对正交试验结果进行直观及回归分析.回归分析的考察指标：VC值及抗离析性、弯拉强度或抗压强度、抗冻性或耐磨性。根据直观分析结果并依据所建立的单位用水量及弯拉强度推定经验公式,综合考虑拌和物工作性，确定满足28d弯拉强度或抗压强度、抗冻性或耐磨性等设计要求的正交初步配合比。
（2)简捷法
（1）不掺粉煤灰的碾压混凝土配合比计算步骤:
①按下式计算单位用水量：
式中:—-碾压混凝土的单位用水量(kg/m3）；
VC--碾压混凝土拌和物改进VC值(s）。
②按下式计算灰水比，并取计算值与表4—25中规定值两者中的小值。
③按下式计算单位水泥用量，并取计算值与表4—25规定值两者中的大值。
式中：—-碾压混凝土单位水泥用量（kg／m3）。
④按表4—32选定配合比中粗集料填充体积率。
⑤按下式计算粗集料用量：
式中：——碾压混凝土粗集料单位体积用量（kg/m3）；
--碾压混凝土单位质量（kg/m3)；
—-粗集料填充体积率(%）。
⑥根据、、及相应原材料密度，按体积法计算用砂量，计算时应计人设计含气量.
⑦按下式计算单位外加剂用量：
式中：——碾压混凝土中单位外加剂用量（kg/m3）;
y-—外加剂掺量。
(2）掺粉煤灰的碾压混凝土配合比计算步骤：
①选定粗集料填充体积率(％）,由上面⑤式计算单位体积粗集料用量.
②初选粉煤灰超量取代系数七，并按经验或正交试验分析结果选定代替水泥的粉煤灰掺量.
③按下式计算单位用水量：
式中:——掺粉煤灰的碾压混凝土单位用水量(kg／m3）；
——代替水泥的粉煤灰掺量(％）。
④按下式计算基准胶材总量：
式中:J—-碾压混凝土中单位体积基准胶材总量（kg/m3）。
⑤按下式计算单位水泥用量，并应取计算值与表4—25规定值两者中大值。
⑥按下式计算单位粉煤灰总用量：
式中：Foc——掺粉煤灰的碾压混凝土单位水泥用量（kg/m3）；
——单位粉煤灰总用量（kg/m3）;
K—-粉煤灰超量取代系数。
⑦按下式计算总水胶比,应取计算值与表4—25规定值两者中小值。
式中：Jz-—碾压混凝土中总水胶比。
⑧根据、、、及相应原材料密度，按体积法计算单位用砂量，计算时应计入设计含气量。
⑨按下式计算单位外加剂用量：
式中：-—掺粉煤灰的碾压混凝土单位外加剂用量（kg／m3）；--掺粉煤灰的碾压混凝土外加剂掺量.
4．贫混凝土配合比设计过程控制
（1)配制28d抗压强度可按下式计算:
式中：-—贫混凝土配制28d抗压强度（MPa）;
-—混凝土28d设计抗压强度标准值（MPa），按表4-25取值；
t—-抗压强度保证率系数，高速公路应取1。645；一级公路应取1。28；二级公路应取1.04;.
s——抗压强度标准差,宜按不小于6组统计资料取值;无统计资料或试件组数小于6组时,可取1．5（MPa）。
（2)水灰比应按下式计算,并取计算值与表4—28规定值两者中的小值。
式中：—-水泥实测28d抗压强度（MPa);无实测值时，也可按下式计算:
——水泥抗压强度等级(MPa）；
γ-—水泥抗压强度富余系数,应按统计资料取值；无统计资料时可在1。08-1.13范围内取值；
A、B-—回归系数,碎石及碎卵石A=0.46,B=0.07;卵石A=0．48,B=0。33。
（3)贫混凝土单位水泥用量可按下式计算：
式中：——贫混凝土的单位水泥用量（kg/m3）；
ξ—-工作性及平整度放大系数，可取1.1—1。3;
—-路面混凝土单位水泥用量（kg/m3).
（4）掺用粉煤灰时，单位胶材总量可按下式计算：
式中：——单位胶材总量（kg/m3);
——代替水泥的粉煤灰掺量，可取0。15~0．30；
K——粉煤灰超量取代系数。
（5）不掺粉煤灰贫混凝土的单位水泥用量宜控制在160~230kg/m3之间；在基层受冻地区最小单位水泥用量不宜低于180kg/m3。掺粉煤灰时,单位水泥用量宜在130～175kg/m3之间；单位胶材总量宜在220-270kg/m3之间；基层受冻地区最小单位水泥用量不宜低于150kg/m3。
(6）根据水灰（胶）比和单位水泥（胶材)用量，计算单位用水量.（7)砂率可按表4—33初选。
(8)砂、石料用量可用密度法或体积法计算。在采用体积法计算时,应计人含气量。
三、混凝土配合比确定与调整
由上述各经验公式推算得出的普通混凝土、钢纤维混凝土、碾压混凝土和贫混凝土配合比，应在试验室内按下述步骤和《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTGE30-—2005）规定方法进行试配检验和调整。
(1）首先检验各种混凝土拌和物是否满足不同摊铺方式的最佳工作性要求。检验项目包括含气量、坍落度及其损失、振动黏度系数、改进VC值、外加剂品种及其最佳掺量。在工作性和含气量不满足相应摊铺方式要求时，可在保持水灰比不变前提下调整单位用水量、外加剂掺量或砂率,不得减小满足计算弯拉强度及耐久性要求的单位水泥用量、钢纤维体积率。
(2）对于采用密度法计算的配合比，应实测拌和物视密度，并应按视密度调整配合比，调整时水灰比不得增大，单位水泥用量、钢纤维掺量不得减小，调整后的拌和物视密度允许偏差为2．0%。实测拌和物含气量α（％）,其偏差应满足表4—20的规定;不满足要求时，应调整引气剂掺量直至达到规定含气量。
（3）以初选水灰（胶）比为中心，按0。02增减幅度选定2~4个水灰（胶)比，制作试件,检验各种混凝土7d和28d配制弯拉强度、抗压强度、耐久性等指标（有抗冻性要求的地区，抗冻性为必测项目，耐磨性及干缩为选测项目）。也可保持计算水灰(胶）比不变，以初选单位水泥用量为中心，按15～20kg/m3增减幅度选定2～4个单位水泥用量;钢纤维混凝土还应以选定的钢纤维掺量为中心,按0.1％增减幅度选定2～4个钢纤维掺量，制作试件并做上述各项检验。
(4）施工单位通过上述各项指标检验提出的配合比，在经监理或建设方中心试验室验证合格后，方可确定为试验室基准配合比。
试验室的基准配合比应通过搅拌楼实际拌和检验和不小于200m试验路段的验证，并应根据料场砂石料含水量、拌和物实测视密度、含气量、坍落度及其损失,调整单位用水量、砂率或外加剂掺量。调整时，水灰（胶）比、单位水泥用量、钢纤维体积率不得减小.考虑施工中原材料含泥量、泥块含量、含水量变化和施工变异性等因素，单位水泥用量应适当增加5~lOkg。满足试拌试铺的工作性、28d（至少7d）配置弯拉强度、抗压强度和耐久性等要求的配合比,经监理和建设方批准后方可确定为施工配合比。
(5）施工期间配合比的微调与控制应符合下列要求：
① 根据施工季节、气候和运距等的变化可以微调缓凝(高效）减水剂、引气剂、保塑剂的掺量,保持摊铺现场的坍落度始终适宜于铺筑，且波动最小。
②降雨后,应根据每天不同时间的气温及砂石料实际含水量变化，微调加水量，同时微调砂石料称量,其他配合比参数不得变更,维持施工配合比基本不变。雨天或砂石料变化时应加强控制,保持现场拌和物工作性始终适宜摊铺和稳定。
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