路面水泥混凝土配合比设计
【摘要】：针对混凝土路面确定混凝土配比时“重设计、轻试配”的现状，结合配合比设计
的条件要素，从混凝土配合比设计、试配、调整等方面，浅述混凝土配合比的实验设计过程，强调试配过程中应注意的问题及环境因素，进一步明确混凝土配合比设计是在不同环境下进行试验和科学理论指导下的实践性过程。
【关键词】：水泥混凝土试配 设计 调整 配合比
我国公路水泥混凝土路面建设发展速度非常迅速，三十年来，水泥路面施工技术在交通部的国家有关部委的领导和支持下，各种施工工艺取得了实质性的进步，而且已经在我国高速公路、一级公路和二级公路的水泥路面铺筑施工中得到广泛应用，使我国的水泥路面施工质量和技术水平得到了稳步提高，积累了丰富的施工经验。目前，水泥混凝土路面因具有高强度、耐磨、耐久、养护费用低、使用寿命长、车行速度高等优点,仍占据道路交通的绝对位置。根据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2003）定义，路面水泥混凝土是指满足混凝土路面摊铺工作性（和易性）、弯拉强度、耐久性与经济性等要求的水泥混凝土材料。水泥混凝土路面包括普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、预应力混凝土、钢纤维混凝土、碾压混凝土等路面。其中应用最广泛的是就地浇筑的普通混凝土路面，简称混凝土路面。由于水泥混凝土面层暴露在复杂的大气环境下，受到温度和湿度反复变化的影响同时受到动荷载的反复冲击、摩擦和弯曲作用，因此面层混合料必须具有较高的抗弯拉强度及良好的耐冻性和抗磨性和尽可能小的胀缩性。要达到上述要求，混凝土配合比设计就显得十分重要。
所谓普通混凝土路面配合比设计就是按照工程设计和施工要求选择适用于制作所需混凝土的原材料，根据工程设计中指定的混凝土性能和经济原则，选择混凝土水泥和材料用量。混凝土路面配合比设计包括两方面内容：第一是选料，即按照道路设计和施工的要求，选择适合制备所需混凝土的各种原材料。第二是配料，即根据道路设计中指定的混凝土技术性能指标（工作性、抗弯拉强度、耐久性）和经济合理、可行的原则，选择混凝土各原材组成比例。
此次论文围绕鹤壁市境内107国道大修工程所选路面混凝土配合比设计方法来论述配合比设计过程。
国道107大修工程背景：
国道107线是我国南北公路运输的一条大动脉，也是亚洲公路网的重要干线公路之一。鹤壁市境内全长33.5公里，技术等级为二级公路。国道107线穿越鹤壁市淇滨区，该工程起点位于淇滨区黎阳路与G107线交叉口，向南经大赉店、花窝、吕村、终止于淇滨区与淇县交界，全长约公里。它于1992-1993年进行了改建，路面类型为水泥混凝土面层。由于汽车交通量大，特别是重型车辆的运输，致使公路路面损坏严重，水泥混凝土路面面板破碎、断板及沉陷等病害较多，给车辆通行和群众出行带来不便。该工程由河南省交通厅2008年批准，此次大修工程主要是对破损路面进行破碎和重新铺筑，开工日期为9月，预计工
期3个月，设计抗弯拉强度为5.0Ｍｐａ。因其属于公路养护大修，我单位全程参与施工过程，并在前期对混凝土配合比进行了组成设计。
因鹤壁市地处河南省北部，太行山脉东麓和华北平原的过渡地带。属暖温带半湿润型季风气候，四季分明，光照充足，温差较大。春季多风少雨，夏季湿润炎热，秋季秋高气爽，冬季寒冷多雾。年平均气温14.2-15.5℃ ，年降水量349.2-970.1mm，年日照时数1787.2--2566.7小时。市境内自然资源丰富，矿产资源具有地域组合良好、品位高、易开发的特点。已探明的矿藏主要有煤炭、瓦斯气、水泥灰岩、白云岩、石英砂岩、耐火粘土等30多种。当地水泥厂和石料厂较多，工程所用天然砂由河北邢台沙河砂厂出产。我们对鹤壁市周边水泥厂及众多石料厂进行了细致调查，并进行技术性能比较。
原材料说明：
由于水泥混凝土路面是在露天环境下承受车轮冲击、振动、疲劳的运载结构物，同时以要求达到20-30年的设计基准期，因此，原材料要求应比一般静载结构更高、更严格，原则上路面混凝土所使用的原材料应是目前我国内市场上能够供应的一等品或优等品。
我们首先对混凝土所用水泥进行选取。依据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2003）原材料技术要求规定，特重、重交通路面宜采用旋窑道路硅酸盐水泥，也可采用旋窑硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。因鹤壁各水泥厂均无旋窑道路硅酸盐水泥，故选用普通硅酸盐水泥。对两家质量稳定和年产量较高（大于200万吨）的水泥厂的普通硅酸盐42.5级（P.O42.5）取样（各取三组），进行了力学性质试验及物理性质指标试验：
普通硅酸盐42.5级水泥五项常规指标试验表
根据表一数据进行参数分析，河南省同力水泥有限公司生产的普通硅酸盐42.5级（P.O42.5）水泥各项指标优于河南省淇县云蒙水泥有限责任公司生产的普通硅酸盐42.5级（P.O42.5）水泥。
其化学成分指标采用厂家合格证提供数据，符合《公路水泥混凝土路面施工
技术规范》（JTG F30-2003）原材料技术要求规定。（表二）
普通硅酸盐42.5级（P.O42.5）水泥化学成分表
在价格无太大差别的情况下，我们选用了河南省同力水泥有限公司生产的普通硅酸盐42.5级（P.O42.5）水泥作为本工程指定水泥产品。
其次我们对采用什么类型的粗集料进行了分析，大家一致为采用碎石搅拌的混凝土混合料，其形成的抗弯拉强度要比采用碎卵石和卵石拌制的混凝土强度高，但在相同的水灰比情况下，流动性相对较小。这是因为粗糙的表面和较多的棱角，使碎石在提高与水泥及其水化产物的粘附性和胶结程度的同时，也加大了混合料拌和物内部摩擦阻力的缘故。另外由于粗集料中的针片状颗粒给混凝土混合料带来不利影响，会引起混凝土空隙率的增大，所以混凝土用的粗集料要限制针片状颗粒含量。还有粗集料的最大粒径对混凝土的抗弯拉强度和抗压强度均有影响，一方面随着粗集料粒径增大，单位用水量相应减少，在固定的用水量和水灰比条件下，加大最大粒径，可获得较好的和易性，或因为减小水灰比而提高混凝土的抗弯拉强度和耐久性；另一方面随着粗集料最大粒径的增大，将会减少集料与水泥浆接触的总面积，使界面强度降底，同时还会由于振捣不密实而降低混凝土强度。所以粗集料最大粒径的增加，带来双重影响，但造成不利影响的程度对混凝土抗弯拉强度要比抗压强度大一些。所以《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2003）明确规定碎石最大粒径不应大于31.5mm。其理由是：有利于得到较高的混凝土弯拉强度；有利于防止混凝土离析和塌边；有利于减少摊铺机的振捣棒、螺旋布料器、挤压底板和侧模的磨损；有利于提高混凝土的抗冻性、耐磨性和耐疲劳性。碎石中粒径小于0.075mm的石粉含量不宜大于1%。我们在鹤壁山城区石料厂（1号）及淇县通达石料厂（2号）和浚县屯子石料厂（3号）分别采取了大量粗集料-石灰岩碎石，规格分别为10-30mm、10-20mm、5-10mm碎石。依据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2003）原材料技术要求中规定粗集料应使用质地坚硬、耐久、洁净的碎石、碎卵石和卵石。高速公路、一级公路、二级公路及有抗冻要求的三、四级公路混凝土路面使用的粗集料级别不低于II级，吸水率不应大于2.0%。粗集料技术指标（表三）分别作了试验：
碎石技术指标
同时我们试验室分别对1、2、3号碎石进行了筛分试验、掺配。
根据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2003）原材料技术要求规定中用于路面混凝土的粗集料不得使用不分级的统料，应按最大公称粒径的不同采用2-4个粒级的集料进行掺配，并应符合表四合成级配的要求。
粗集料级配要求
淇县通达石料厂的10-30mm、10-20mm、5-10mm的骨料符合规范要求，且合成级配符合4.75-26.5mm连续级配要求。
细集料：依据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2003）原材料技术要求细集料应采用质地坚硬、耐久、洁净的天天然砂、机制砂或混合砂，并应符合表五的规定。二级公路及二级以上公路混凝土路面使用的砂应不低于II级砂。特重、重交通混凝土路面宜使用河砂，砂的硅质含量不应低于25%。
细集料技术指标
规定中选用河北邢台砂厂的0-4.75mm的河砂，细度模数为2.68，属于中砂。 水：饮用水。
路面水泥混凝土配合比设计
【摘要】：针对混凝土路面确定混凝土配比时“重设计、轻试配”的现状，结合配合比设计
的条件要素，从混凝土配合比设计、试配、调整等方面，浅述混凝土配合比的实验设计过程，强调试配过程中应注意的问题及环境因素，进一步明确混凝土配合比设计是在不同环境下进行试验和科学理论指导下的实践性过程。
【关键词】：水泥混凝土试配 设计 调整 配合比
我国公路水泥混凝土路面建设发展速度非常迅速，三十年来，水泥路面施工技术在交通部的国家有关部委的领导和支持下，各种施工工艺取得了实质性的进步，而且已经在我国高速公路、一级公路和二级公路的水泥路面铺筑施工中得到广泛应用，使我国的水泥路面施工质量和技术水平得到了稳步提高，积累了丰富的施工经验。目前，水泥混凝土路面因具有高强度、耐磨、耐久、养护费用低、使用寿命长、车行速度高等优点,仍占据道路交通的绝对位置。根据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2003）定义，路面水泥混凝土是指满足混凝土路面摊铺工作性（和易性）、弯拉强度、耐久性与经济性等要求的水泥混凝土材料。水泥混凝土路面包括普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、预应力混凝土、钢纤维混凝土、碾压混凝土等路面。其中应用最广泛的是就地浇筑的普通混凝土路面，简称混凝土路面。由于水泥混凝土面层暴露在复杂的大气环境下，受到温度和湿度反复变化的影响同时受到动荷载的反复冲击、摩擦和弯曲作用，因此面层混合料必须具有较高的抗弯拉强度及良好的耐冻性和抗磨性和尽可能小的胀缩性。要达到上述要求，混凝土配合比设计就显得十分重要。
所谓普通混凝土路面配合比设计就是按照工程设计和施工要求选择适用于制作所需混凝土的原材料，根据工程设计中指定的混凝土性能和经济原则，选择混凝土水泥和材料用量。混凝土路面配合比设计包括两方面内容：第一是选料，即按照道路设计和施工的要求，选择适合制备所需混凝土的各种原材料。第二是配料，即根据道路设计中指定的混凝土技术性能指标（工作性、抗弯拉强度、耐久性）和经济合理、可行的原则，选择混凝土各原材组成比例。
此次论文围绕鹤壁市境内107国道大修工程所选路面混凝土配合比设计方法来论述配合比设计过程。
国道107大修工程背景：
国道107线是我国南北公路运输的一条大动脉，也是亚洲公路网的重要干线公路之一。鹤壁市境内全长33.5公里，技术等级为二级公路。国道107线穿越鹤壁市淇滨区，该工程起点位于淇滨区黎阳路与G107线交叉口，向南经大赉店、花窝、吕村、终止于淇滨区与淇县交界，全长约公里。它于1992-1993年进行了改建，路面类型为水泥混凝土面层。由于汽车交通量大，特别是重型车辆的运输，致使公路路面损坏严重，水泥混凝土路面面板破碎、断板及沉陷等病害较多，给车辆通行和群众出行带来不便。该工程由河南省交通厅2008年批准，此次大修工程主要是对破损路面进行破碎和重新铺筑，开工日期为9月，预计工
期3个月，设计抗弯拉强度为5.0Ｍｐａ。因其属于公路养护大修，我单位全程参与施工过程，并在前期对混凝土配合比进行了组成设计。
因鹤壁市地处河南省北部，太行山脉东麓和华北平原的过渡地带。属暖温带半湿润型季风气候，四季分明，光照充足，温差较大。春季多风少雨，夏季湿润炎热，秋季秋高气爽，冬季寒冷多雾。年平均气温14.2-15.5℃ ，年降水量349.2-970.1mm，年日照时数1787.2--2566.7小时。市境内自然资源丰富，矿产资源具有地域组合良好、品位高、易开发的特点。已探明的矿藏主要有煤炭、瓦斯气、水泥灰岩、白云岩、石英砂岩、耐火粘土等30多种。当地水泥厂和石料厂较多，工程所用天然砂由河北邢台沙河砂厂出产。我们对鹤壁市周边水泥厂及众多石料厂进行了细致调查，并进行技术性能比较。
原材料说明：
由于水泥混凝土路面是在露天环境下承受车轮冲击、振动、疲劳的运载结构物，同时以要求达到20-30年的设计基准期，因此，原材料要求应比一般静载结构更高、更严格，原则上路面混凝土所使用的原材料应是目前我国内市场上能够供应的一等品或优等品。
我们首先对混凝土所用水泥进行选取。依据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2003）原材料技术要求规定，特重、重交通路面宜采用旋窑道路硅酸盐水泥，也可采用旋窑硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。因鹤壁各水泥厂均无旋窑道路硅酸盐水泥，故选用普通硅酸盐水泥。对两家质量稳定和年产量较高（大于200万吨）的水泥厂的普通硅酸盐42.5级（P.O42.5）取样（各取三组），进行了力学性质试验及物理性质指标试验：
普通硅酸盐42.5级水泥五项常规指标试验表
根据表一数据进行参数分析，河南省同力水泥有限公司生产的普通硅酸盐42.5级（P.O42.5）水泥各项指标优于河南省淇县云蒙水泥有限责任公司生产的普通硅酸盐42.5级（P.O42.5）水泥。
其化学成分指标采用厂家合格证提供数据，符合《公路水泥混凝土路面施工
技术规范》（JTG F30-2003）原材料技术要求规定。（表二）
普通硅酸盐42.5级（P.O42.5）水泥化学成分表
在价格无太大差别的情况下，我们选用了河南省同力水泥有限公司生产的普通硅酸盐42.5级（P.O42.5）水泥作为本工程指定水泥产品。
其次我们对采用什么类型的粗集料进行了分析，大家一致为采用碎石搅拌的混凝土混合料，其形成的抗弯拉强度要比采用碎卵石和卵石拌制的混凝土强度高，但在相同的水灰比情况下，流动性相对较小。这是因为粗糙的表面和较多的棱角，使碎石在提高与水泥及其水化产物的粘附性和胶结程度的同时，也加大了混合料拌和物内部摩擦阻力的缘故。另外由于粗集料中的针片状颗粒给混凝土混合料带来不利影响，会引起混凝土空隙率的增大，所以混凝土用的粗集料要限制针片状颗粒含量。还有粗集料的最大粒径对混凝土的抗弯拉强度和抗压强度均有影响，一方面随着粗集料粒径增大，单位用水量相应减少，在固定的用水量和水灰比条件下，加大最大粒径，可获得较好的和易性，或因为减小水灰比而提高混凝土的抗弯拉强度和耐久性；另一方面随着粗集料最大粒径的增大，将会减少集料与水泥浆接触的总面积，使界面强度降底，同时还会由于振捣不密实而降低混凝土强度。所以粗集料最大粒径的增加，带来双重影响，但造成不利影响的程度对混凝土抗弯拉强度要比抗压强度大一些。所以《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2003）明确规定碎石最大粒径不应大于31.5mm。其理由是：有利于得到较高的混凝土弯拉强度；有利于防止混凝土离析和塌边；有利于减少摊铺机的振捣棒、螺旋布料器、挤压底板和侧模的磨损；有利于提高混凝土的抗冻性、耐磨性和耐疲劳性。碎石中粒径小于0.075mm的石粉含量不宜大于1%。我们在鹤壁山城区石料厂（1号）及淇县通达石料厂（2号）和浚县屯子石料厂（3号）分别采取了大量粗集料-石灰岩碎石，规格分别为10-30mm、10-20mm、5-10mm碎石。依据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2003）原材料技术要求中规定粗集料应使用质地坚硬、耐久、洁净的碎石、碎卵石和卵石。高速公路、一级公路、二级公路及有抗冻要求的三、四级公路混凝土路面使用的粗集料级别不低于II级，吸水率不应大于2.0%。粗集料技术指标（表三）分别作了试验：
碎石技术指标
同时我们试验室分别对1、2、3号碎石进行了筛分试验、掺配。
根据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2003）原材料技术要求规定中用于路面混凝土的粗集料不得使用不分级的统料，应按最大公称粒径的不同采用2-4个粒级的集料进行掺配，并应符合表四合成级配的要求。
粗集料级配要求
淇县通达石料厂的10-30mm、10-20mm、5-10mm的骨料符合规范要求，且合成级配符合4.75-26.5mm连续级配要求。
细集料：依据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2003）原材料技术要求细集料应采用质地坚硬、耐久、洁净的天天然砂、机制砂或混合砂，并应符合表五的规定。二级公路及二级以上公路混凝土路面使用的砂应不低于II级砂。特重、重交通混凝土路面宜使用河砂，砂的硅质含量不应低于25%。
细集料技术指标
规定中选用河北邢台砂厂的0-4.75mm的河砂，细度模数为2.68，属于中砂。 水：饮用水。