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黄国华等;水泥混凝土路面抗折强度影响因素分析
水泥混凝土路面抗折强度影晌因素分析
黄国华,吕贵宾
中国水电建设集团路桥工程有限公司,北京100048)
【摘要】由于混凝土路面面层板承受行车荷载和温度应力的弯曲作用,面层底面所产生的弯拉应力和弯
拉强度控制了面层所需厚度。文中从水泥、集料、外加剂、配合比等方面对水泥混凝土抗折强度进行研究,从而为
水泥混凝土路面的设计提供参考。
【关键词】水泥混凝土路面;抗折强度;原材料;外加剂;配合比设计
【中图分类号】TU528.45
【文献标识码】B【文章编号】1001-6864(2012)09-0023-03
0引言
不宜采用低标号水泥配制高强度混凝土,这样不仅会
水泥混凝土是一种抗压强度较高,抗拉强度较低增加水泥用量,而且会造成混凝土收缩过大,混凝土
的脆性材料。由于水泥混凝土抗压性能好,对混凝土路面的耐久性也不能得到保证;二是不宜采用高标号
路面而言,弯拉强度和劈裂强度能够更好的体现混凝水泥配制低强度混凝土,在这种情况下,当水泥用量
土的强度水平。相关研究表明,水泥混凝土的抗折强较少时,混凝土和易性等工作性能得不到保证,而如
度通常为抗压强度的8%~16%。在同等条件下,混果要增加水泥用量,由于路面工程量大,会造成成本
凝土的抗折强度的提高,能够有效的延长混凝土路面的大幅提高。对P.Ⅱ52.5和P.Ⅱ42.5两种水泥标号
的使用寿命。不同等级的道路因为其设计交通荷载进行对比试验,结果如图1所示,在水泥混凝土抗折强
和环境荷载的不同,对混凝土路面的抗折强度值有着度相同的情况下,P.I52.5水泥比P.Ⅱ42.5水泥节
不同的要求,但根据经验一般都会在4.0~5.5MPa范省40~60kg/m3。
围内。道路交通量越大,对抗折强度值的要求越高。
由于本项目是双向四车道高速公路,在实际工程
选择合适的水泥混凝土原材料和配合比,使得混凝土中选用的是金鹰52.5级水泥。该水泥的铁铝酸四钙
不仅具体高抗折强度,也具有良好的施工和易性,是(C、AF)明显小于规范规定值,铁铝酸四钙是水泥中的
对混凝土配合比进行设计的关健。
一种矿物成分,对水泥的韧性有利,能够有效的提供
文中主要以广东省某新建高速公路项目为依托,混凝土的抗折强度。下图为项目前期所做的同一配
通过试验和路面混凝土生产施工实践,从原材料、外合比下不同水泥标号与抗折强度关系。
加剂以及配合比等因素对混凝土抗折强度的影响来1.2粗集料
进行研究。
2.1粗集料的种类
1原材料
粗集料的分类根据来源不同可分为天然集料和
1.1水泥
人工集料。天然集料是岩石与矿物的混合物,岩石按
水泥的选择主要包括水泥品种的选择和水泥强形成的条件可分为火成岩(如花岗岩、玄武岩)、沉积
度等级的选择两个方面。
岩(如石灰岩、页岩)和变质岩(如大理岩、板岩)。人
在我国道路与桥梁工程中比较普遍应用的水泥工集料也可分为人工轻集料和人工重集料两种,其中
有:硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、人工集料中,再生混凝土集料因其经济性和实用性正
火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸在逐渐引起人们的关注,不过由于再生混凝土集料性
盐水泥六大通用水泥品种。对水泥有特殊要求的道能离散性较大,这在很大程度上制约了它的推广和应
路路面工程,也可选用道路水泥。在某些特殊工程用。本项目所用石材为粗晶体的花岗岩,石材中含石
中,还使用高铝水泥、膨胀水泥、快硬水泥等。为了延英较多。
长道路的使用寿命,即增强混凝土路面的耐久性,也1.2.2粗集料的性质
可以有针对性的选择水泥种类,选择一些早期强度
粗集料的物理性质包括集料的密度、孔隙率、粒
高、耐磨性强、抗冻性好的水泥如普通硅酸盐水泥、硅径、形状、表面结构以及级配等;化学性质包括矿物组
酸盐水泥、或专用道路水泥等。对于设计抗折强度低成、岩相和有害物质等;力学性质有强度、压碎指标和
于4.5MPa的中等或轻交通路面,也可以采用矿渣水级配、弹性模量等;耐久性质包括抗冻融性、耐酸、碱
泥。在水泥路面工程中有两点需要特别注意的:一是和侵蚀性物质性以及碱集料活性等。
低温建筑技术
012年第9期(总第171期)
粗集料的形貌和表面特征对混凝土性质具有很土的抗折强度。所以大多数规范都规定了集料中针
大影响。当针片状颗粒较多时,在混凝土振动成型过片状颗粒含量不能超过15%。
程中,这些颗粒易于定向水平排列,然后在集料下部
在本项目工程实例中,粗集料针片状含量在5%
形成泌水或空隙,从而影响混凝土强度,尤其是混凝左右
→-PJI52.5水泥一P.I42.5水
→-7-28
7d-28d
0
?6.5
6.0
6.0
5.9
A 5.5
S.5
与5.0
5.0
邶5.3
4.5
4.5
7d
4.0
4.0
031.5405063
6-1111-2222-29
养护时间d
粗集料最大粒径/mm
粗集料级配mn
图1不同水泥标号与抗折强度关系
图2粗集料最大粒径与抗折强度关系
图3粗集料级配与抗折强度关系
1.2.3粗集料的最大粒径
量和单位水泥用量的增加,从而引起混凝土干缩过
粗集料最大粒径对混凝土抗折强度的影响主要大,对于混凝土抗折强度的保证十分不利。研究发
通过对混凝土拌合物和易性的作用体现出来。当粗现随着砂细度模数增加,抗折强度均略有增大。在
集料粒径过大时极易造成混凝土拌合物离析泌水,从对细集料选用时应同时考恵细集料级配和细度模数
而引起砂浆与集料界面的粘结强度的降低,进而导致两项指标,宜采用级配处于Ⅱ区的中砂。工程实践证
水泥混凝土抗折强度降低。但粗集料的最大粒径并明,道路混凝土用砂的细度模数应在2.6~2.8之间
非越小越好,当粒径过小时,会使集料和砂浆的比表为宜。
面积过大,从而使得单位用水量和水泥浆量增加,不
本项目在实际工程中采用的细集料规格为Ⅱ级
仅会提高成本,也会造成混凝土干缩量变大。
中砂,细度模数为2.73,含泥量为1.6%。
项目试验的试验研究表明;当水灰比相同时,随2外加剂
着粗集料最大粒径的增大,水泥混凝土的抗折强度逐
水泥混凝土外加剂主要包括减水剂、引气剂、缓
渐降低,当粗集料最大粒径从20mm增至63m,混凝凝剂、早强剂等几种常用的外加剂。外加剂的选择必
土抗折强度下降了30%左右,如图2所示。
须满足混凝土设计强度、工作性、耐久性以及经济性
1.2.4粗集料的级配
等性能要求。在路面混凝土中掺用引气剂,除了可以
集料的级配包括连续级配和间断级配两种。虽提高其工作性和平整度外,在一定程度上和范围上还
然间断级配具有更小的空隙率,可有效的节约水泥,可以提高其抗折强度。本项目的外加剂试验表明,与
但由于集料粒径大小过于悬殊,集料难以分布均匀。混凝土抗折强度具有较大关联的外加剂指标为外加
在水灰比相同的情况下,单粒级碎石混凝土的抗剂的含气量,混凝土抗折强度先随含气量的增加而增
折强度比连续级配碎石混凝土的要低。所以不宜用加,在到达峰值以后随之减小,在含气量4%~5%之
单粒级粗集料配制道路路面混凝土,无连续级配的粗间有最大值。这说明,使用引气剂,并不一定带来抗
集