梅州市公路局公路工程质量监测站 广东梅州 514011
摘要:水泥混凝土路面在公路工程建设中得到广泛应用，其水泥混凝土配合比设计是一个关键技术问题，是实现水泥混凝土各项性能的一个重要环节。本文针对传统水泥混凝土的配合比设计基础上，提出了一种降低能源和材料消量少，较为经济环保的超薄型水泥混凝土路面面层，并探讨了该路面的原材料选用及水泥混凝土配合比设计方法，可供参考。
关键词:水泥混凝土路面；配合比；设计
随着社会经济的日益快速发展，国内公路交通量不断增大，大吨位车辆或超重荷载车辆也不断增加，人们群众对于公路混凝土结构工程的质量、施工工艺水平和混凝土结构的耐久性品质有了更高的要求。目前广泛采用的水泥混凝土路面大修、中修维修技术多为在原路面上浇筑水泥稳定碎石基层和水泥混凝土面层，通常其路面结构层厚度提高较大，据调查统计路面结构层厚度普遍提高45cm左右以上，存在整体路面标高提高、原路基宽度不能保证、经济成本较高、影响沿线两侧群众居民日常出入等不足之处，同时存在边施工边通车，新铺水泥稳定碎石基层和水泥混凝土面层养护难度大及边施工维持通车困难等问题存在，而超薄型水泥混凝土路面面层具有施工简便、成本相对低、便于及时恢复交通等优点，可以很好地解决以上存在问题，也可保证路面施工的质量。而水泥混凝土配合比设计是做好路面质量的一个重要环节，为此，本文将对超薄型水泥混凝土路面面层配合比设计进行探讨。
本项目为省道226线，公路等级二级，属于水泥混凝土路面养护维修工程，公路穿越圩镇2.2公里，路基宽8.5米，水泥混凝土路面宽7.5米，公路沿线两侧是群众居住或商店聚集经商地方，原路面标高比沿线两侧群众居住或商店经商地面高40cm-60cm不等,为了不影响群众日常生活出入，穿越圩镇2.2公里路段加铺一层10cm超薄型钢纤维水泥混凝土面层试验段．
1.超薄型水泥混凝土面层
超薄型水泥混凝土面层是一种厚度为50～100mm的水泥混凝土路面，大多浇筑于原有水泥混凝土路面而形成路面结构。该面层通过使用掺有钢纤维及掺合料的水泥混凝土降低层厚和材料用量，缩小成本；降低路面板内的荷载应力，满足路面各项力学性能要求，缩短养护龄期；在水泥混凝土配合比设计过程中加入掺合料及缓凝高效减水剂制成早强水泥混凝土，使水泥混凝土材料的优点得到充分发挥，保证控制参数满足设计要求，从而解决因车辆频繁制动或起动造成水泥混凝土路面剪切破坏的问题。这种面层节约资源，缩短施工工期，对开放交通有紧迫要求的修复公路混凝土很有意义；是改善交通环境公路路面维修的一种有效技术方案。
2.原材料
(1)水泥。水泥的性能直接影响水泥混凝土路面的力学性能及路用各项性能，对路面耐久性质量有较大影响，水泥混凝土面层所用水泥的技术标准除满足现行<<道路硅酸盐水泥>>(GB13693)或通用<<硅酸盐水泥>>(GB175)的规定外，尚需满足JTG F30-2014《公路水泥混凝土路面施工技术细则》的要求 。
(2)集料。集料在水泥混凝土中所占比例最多，其中粗集料应使用质地坚硬、耐久、干净的碎石，在普通水泥混凝土中粗集料的质量与水泥质量和细集料质量相加总和大致相近，粗集料品质质量在很大程度上决定水泥混凝土的功能；同时集料的质量反映水泥混凝土抗压强度及弹性模量，可依据体积分数和对应的弹性模量计算得到。集料具有骨架密实结构，在体积上占据了水泥混凝土的大部分空间。细集料应使用质地坚硬、耐久、洁净的天然砂或机制砂，粗、细集料的主要技术指标见表1、表2，其中粗集料满足JTG F30-2014中Ⅱ级的要求。
表1 粗集料的主要技术指标
(5)掺合料(复合矿粉)。掺用方法为等待水泥法，掺量应根据其水化反应速度、发热量、工作性、强度等由试验确定，复合矿粉一般宜为3%-10％的水泥用量，本项目掺量定为8.0％。
(6)外加剂．缓凝高效减水剂采用华新达(XHD-2R)，掺量原则上按说明书推荐范围取值，最佳掺量应通过试验室试验确定，本项目掺量1.8％。
(7)微膨胀剂。由于掺用掺合料(复合矿粉)和缓凝高效减水剂，大幅度降低用水量，会导致较大的自干燥收缩，在水泥混泥土配合比设计时应综合考虑补偿措施，需在水泥混凝土拌和物中掺一定比例膨胀剂，有效减缓收缩变形。本项目选用硫铝酸钙微膨胀剂，其相对密度约2.836，掺量定为胶凝材料用量的8％。
3.配合比设计
现阶段水泥混凝土路面配合比设计应以质量比表示，并通过计算和试配选定，试配时应根据实际采用的材料，配制的水泥混凝土拌和物应满足和易性等要求，制成的混凝土应满足强度、耐久性要求。
3.1 普通水泥混凝土配合比设计
传统普通水泥混凝土配合比设计按水泥28天抗压强度控制，仅适用于工业与民用建筑及一般构造物，而水泥混凝土路面设计按水泥28天抗折强度控制，因此普通水泥混凝土配合比设计不适用于用弯拉强度控制的水泥混凝土路面．
3.2 超薄型水泥混凝土路面配合比设计
3.2.1 水灰比的确定
用已知的设计弯拉强度计算28d试配弯拉强度，采用经验公式法计算钢纤维混凝土水灰比．
3.2.2 外加剂掺量
依据掺合料材料(复合矿粉)和水泥的品种性质，选定缓凝高效减水剂品种(XHD-2R)和掺量1.8%，进行减水剂与水泥相容性试验，在条件允许情况下，经试验计算得出减水率，在没有条件情况下，参考合格产品说明书的减水率．
3.2.3 单位用水量
依据碎石最大粒径按施工要求坍落度和查表，确定每立方米普通混凝土用水量，然后根据外加剂试验得出减水率计算掺用缓凝高效减水剂的用水量。为使超薄水泥混凝土具有快速硬化和早强的功能，在确定超薄水泥混凝土单位用水量时还需考虑复合矿粉对水泥混凝土的影响。由于掺用掺合料(复合矿粉)和缓凝高效减水剂，大幅度降低用水量，会导致较大的自干燥收缩，此时在水泥混凝土配合比设计时应考虑补偿措施，需在水泥混泥土拌和物中掺一定比例膨胀剂，有效减缓收缩变形。膨胀剂掺入为8.0％的水泥用量。
3.2.4 单位水泥用量
依据式(1)计算超薄水泥混凝土的单位水泥用量C0，将计算得到的单位水泥用量与满足耐久性要求的最小水泥用量进行对比，取两者中的最大值。
C0 = (C/W)W0?(1)
式中:C/W 为钢纤维混凝土灰水比;W0为钢纤维混凝土单位水用量。
3.2.5 砂率
超薄钢纤维混凝土砂率Spf按下式计算:
Spf=Sp+10ρf?
式中:Sp 为普通混凝土的砂率;ρf为外掺钢纤维体积率(%)，缺少经验时，参照规范推荐取值，也可通过公式计算求得；砂率宜在38％－50％范围，经试拌坍落度校正后确定。
3.2.6 砂石料用量
砂石用量可采用密度法或体积法确定。依据密度确定砂石用量的计算公式为:
C0+F0+W0+S0+G0=γfc
Spf=S0/(S0+G0)×100%
式中:C0、F0、W0、S0、G0分别为超薄砼中水泥、外掺材料(复合矿粉)、水、砂和石子的每立方单位用量(kg/m3);γfc为超薄砼的假定密度。钢纤维混凝土单位质量可取基体混凝土单位质量加掺入钢纤维单位质量．
依据体积确定砂石用量的计算公式为:
C0/γc+F0/γf+W0/γw +S0/γs+G0/γg+ 10a=1000
式中:γc、γf、γw、γs、γg 分别为超薄水泥混凝土水泥、外掺材料、水、砂和石子的(实测)表观密度(kg/m3);a为超薄水泥混凝土的含气量(%)。
3.2.7通过上述计算或经验试验法拟定水泥混凝土配合比的控制性参数，初次试验控制性参数指标(混凝土的坍落度、弯拉强度、工作性、耐久性)跟实际情况不相符时，依据试验结果进行直观及回规分析，经过多次调整检验参数指标符合要求时，确定最佳配合比。
4.结语
本项目按超薄型水泥混凝土路面配合比设计，采用三辊轴机组铺筑，通车三年来，目前整个水泥混凝土路面路况完好，实践证明超薄型水泥混凝土配合比设计控制参数是比较成功．
综上所述，超薄型水泥混凝土加铺技术是一种以相对较少资源来恢复旧路面使用功能的技术，比较适合水泥混凝土路面大修、中修养护工程，它可以缩短施工工期，满足开放交通有紧迫要求的修复公路混凝土，是改善交通条件公路路面维修的一种有效技术方案，最大限度地减少路面维修对交通的影响，使路面结构稳定，具有良好的经济效益与社会效益，因而其发展前景十分广阔。因此要对超薄型水泥混凝土路面配合比设计进行深入的研究和总结，使混凝土配合比设计体系更加科学合理、方便快捷，具有积极推广意义，从而推动超薄型水泥混凝土路面的发展。
参考文献:
[1] 公路工程水泥混凝土外加剂与掺合料应用技术指南．
[2] 刘烘鑫.水泥混凝土路面混合料的最佳配合比试验研究[J].
论文作者:胡广升
论文发表刊物:《防护工程》2017年第29期
论文发表时间:2018/2/28
标签：混凝土论文; 水泥论文; 路面论文; 面层论文; 用量论文; 质量论文; 用水量论文; 《防护工程》2017年第29期论文;