碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)

1、碾壓混凝土實(shí)驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)1 試驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)所用原材料的物理力學(xué)性能指標(biāo)，然后進(jìn)行碾壓混凝土實(shí)驗(yàn)室的配合比設(shè)計(jì)。2 試驗(yàn)方案本試驗(yàn)根據(jù)配合比設(shè)計(jì)所需的技術(shù)資料，首先對(duì)選定的材料進(jìn)行物理力學(xué)性能指標(biāo)的測(cè)定試驗(yàn)，再依據(jù)配合比設(shè)計(jì)規(guī)程及原則來進(jìn)行配合比的設(shè)計(jì)，對(duì)于碾壓混凝土，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮其三大參數(shù)的要求。本試驗(yàn)流程圖如圖2.1所示。原材料的物理力學(xué)性能試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)原理與方法碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)可碾壓性易壓實(shí)性強(qiáng)度不滿足技術(shù)要求確定實(shí)驗(yàn)室配合比滿足技術(shù)要求圖2.1 試驗(yàn)流程圖3 試驗(yàn)方法3.1 原材料的物理力學(xué)性能試驗(yàn)本試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)所用的原材料主要有：水泥、粉煤灰、

2、石灰、粗細(xì)集料、水及外加劑等。水泥試驗(yàn)水泥試驗(yàn)主要包括：水泥細(xì)度試驗(yàn)、水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量試驗(yàn)、水泥凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)、水泥體積安定性試驗(yàn)、水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)等。水泥細(xì)度試驗(yàn)采用手工干篩法來檢驗(yàn)水泥細(xì)度；水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量試驗(yàn)、水泥凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)及水泥體積安定性試驗(yàn)（雷氏夾法）按GB/T 1346-1989水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法，用沸煮法，對(duì)該水泥進(jìn)行了安定性試驗(yàn)；水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)通過ISO法來測(cè)定水泥的強(qiáng)度等級(jí)。通過試驗(yàn)，得到本試驗(yàn)所用水泥的物理性能見表1.1。表1.1 水泥的物理性能表水泥品種初凝（h:min）終凝（h:min）安定性（mm）篩余量（%）標(biāo)準(zhǔn)稠度（%）抗壓（Mpa

3、）抗折（Mpa）3d28d3d28d2.1 粉煤灰試驗(yàn)根據(jù)用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB159691以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1751999，GB13441999，GB129581999中的規(guī)定，需對(duì)粉煤灰的細(xì)度、密度、凝結(jié)時(shí)間、體積安定性和強(qiáng)度及強(qiáng)度等級(jí)等主要技術(shù)性質(zhì)經(jīng)行測(cè)定。通過試驗(yàn)，該粉煤灰的物理性能見表1.2。表1.2 粉煤灰的物理性能表粉煤灰等級(jí)密度（g/cm3）堆積密度（g/cm3）細(xì)度（%）比表面積（g/cm2）需水量（%）28d抗壓強(qiáng)度比（%）級(jí)2.30226集料試驗(yàn) 集料試驗(yàn)主要包括測(cè)定砂、石的近似密度試驗(yàn)、砂、石的堆積密度試驗(yàn)、砂、石的空隙率計(jì)算和砂、石的篩分析試驗(yàn)等。通過試驗(yàn)，測(cè)得

4、所用砂子、石子的物理性能見表1.3、表1.4。表1.3 砂子的物理性能表近似密度（g/cm3）堆積密度（g/cm3）細(xì)度模數(shù)含泥量（%）空隙率（%）2.6231.6032.138.9表1.4 石子的物理性能表近似密度（g/cm3）堆積密度（g/cm3）顆粒級(jí)配含泥量（%）壓碎值空隙率（%）2.6091.44044.8 石灰試驗(yàn) 按現(xiàn)行建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑生石灰JC/T47992、建筑生石灰粉JC/T48092的規(guī)定，需對(duì)生石灰中的鈣、鎂含量及其等級(jí)、細(xì)度、體積安定性等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。通過試驗(yàn)，測(cè)定石灰的物理性能指標(biāo)如表1.5所示。表1.5 石灰的物理性能表等級(jí)密度（g/cm3）堆積密度（g/cm

5、3）細(xì)度（%） 水 要求PH4，采用自來水即可。3.2碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)原理與方法混凝土的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)按國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程JGJ55的有關(guān)規(guī)定，根據(jù)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、耐久性和工作性等要求進(jìn)行。對(duì)于有特殊要求的混凝土，其配合比設(shè)計(jì)尚應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的專門規(guī)定。在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮其三大參數(shù)：（1）水灰比，主要控制混凝土的強(qiáng)度和耐久性；（2）單位用水量，主要控制混凝土的流動(dòng)性；（3）砂率，它表明了粗細(xì)骨料的組合關(guān)系，主要控制混凝土和易性中的粘聚性和保水性要求。對(duì)于碾壓混凝土，其配合比設(shè)計(jì)至今都沒有統(tǒng)一的方法，目前國(guó)內(nèi)外比較公認(rèn)的設(shè)計(jì)方法有正交設(shè)計(jì)法和日本建設(shè)部

6、關(guān)東技術(shù)事務(wù)所與水泥協(xié)會(huì)共同推薦的碾壓式混凝土配合比設(shè)計(jì)方法。其設(shè)計(jì)思想都是：盡可能減小碾壓混凝土的孔隙率，用碾壓混凝土最優(yōu)含水量，確定最佳的水灰比。采用標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)實(shí)驗(yàn)確定最佳含水率，再確定碾壓混凝土的單方用水量，再結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，確定基準(zhǔn)配合比，最后從中選擇適合本工程施工技術(shù)要求的施工配合比。本試驗(yàn)在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)中主要采用了碾壓式混凝土配合比設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是將多個(gè)主要因素聯(lián)系在一起，根據(jù)混凝土學(xué)原理，按照細(xì)骨料和粗骨料的空隙分別由水泥漿和砂漿填充的原則，引入水泥漿填充系數(shù)（水泥漿富余系數(shù)）Kp和砂漿填充系數(shù)（砂漿富余系數(shù)）Km，即：Kp = 水泥凈漿體積/細(xì)骨料空隙體積1Km

7、= 砂漿體積/粗骨料空隙體積>1通過試驗(yàn)研究，在一定的密實(shí)功下當(dāng)填充性良好時(shí)，Kp，Km值可分別取1.11.4和1.21.6，本試驗(yàn)的Kp、Km取值為1.3、1.6。確定出Kp，Km值后，碾壓混凝土的各種材料用量可按下式來進(jìn)行計(jì)算：式中 Va含氣量，%；Ws，WG干細(xì)骨料、粗骨料在充分密實(shí)下的單位質(zhì)量，kg/m3；Vs， VG 干細(xì)骨料、粗骨料在充分密實(shí)下的空隙率，%；s，G，c細(xì)骨料、粗骨料、水泥的密度，g/cm3；G，S，W，C 粗骨料、細(xì)骨料、水、水泥用量，kg/m3。碾壓混凝土的主要參數(shù)有：水灰比W/C；砂漿富余系數(shù)Km；水泥漿富余系數(shù)KP；粉煤灰摻量f，W/C和粉煤灰用量是影響

8、碾壓混凝土可碾性、強(qiáng)度、耐久性的主要因素，若在碾壓混凝土中加入其他材料，如減水劑、緩凝劑等，就應(yīng)考慮添加材料對(duì)碾壓混凝土性能的影響。3.3 碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)（一）碾壓混凝土實(shí)驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)1試驗(yàn)所用原材料及其物理性質(zhì)（見章節(jié)3.1）（1）膠凝材料：粉煤灰、石灰、水泥；（2）集料：砂子、石子；（3）自來水等。2 試驗(yàn)所用儀器：（1）臺(tái)秤，電子天平（稱量1000g，感量1g）；（2）砼拌合物維勃稠度測(cè)定儀、圓形配重盤；（3）量筒、燒杯、秒表等。3 基準(zhǔn)配合比設(shè)計(jì)基準(zhǔn)配合比設(shè)計(jì)過程中，所用各材料用量如表3.1所示。表3.1 各組材料用量數(shù)據(jù)表組別粉煤灰（g）石灰（g）砂子（g）石子（g）

9、水（ml）混合料總質(zhì)量 （g）12005074013801352370217575740123018522203280708301140150232042807083011401602320528070830114017023204 可碾性、易壓實(shí)性及強(qiáng)度的測(cè)定方法和試驗(yàn)裝置由于碾壓混凝土屬于特干硬性水泥混凝土，因此工作性指標(biāo)的選擇、檢驗(yàn)與控制對(duì)于其壓實(shí)度、彎拉強(qiáng)度及平整度至關(guān)重要。（1）可碾性的測(cè)定可碾性的測(cè)定方法可用改進(jìn)VC值法來評(píng)價(jià)。試驗(yàn)中的“試樣表面出漿評(píng)分”宜為45分，并不應(yīng)低于4分。試樣表面評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)值見表3.2。表3.2 試樣表面出漿評(píng)分表評(píng)分54321表面狀況平整出漿很好平整出漿

10、較好平整基本出漿有缺陷出漿不足不平整無漿（2）易壓實(shí)性的測(cè)定本試驗(yàn)采用RA法來測(cè)定碾壓混凝土的易壓實(shí)性及其濕密度。首先將攪拌好的2.3 kg的碾壓式混凝土放入圓筒模具中，再把19.5 kg的配重放進(jìn)圓筒，開啟儀器振動(dòng)20 s后，測(cè)定其壓實(shí)度，以此來量度易壓實(shí)性。試驗(yàn)裝置見圖3.1、圖3.2。 圖3.1 RA法測(cè)定裝置 圖3.2 RA法高度H測(cè)定方法 (3)抗壓強(qiáng)度的測(cè)定將碾壓混凝土拌和物分兩層裝入200mm×200mm×200mm試模中，試模固定于振動(dòng)臺(tái)上，碾壓混凝土拌和物表面加配重(21kg)，施振時(shí)間為20s，成型24小時(shí)后拆模，試塊放于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)。以3d、7d、

11、28d各自抗壓強(qiáng)度R3、R7、R28及抗折強(qiáng)度F3、F7、F28為考核指標(biāo)，分別對(duì)五組不同配比的試件進(jìn)行試驗(yàn)。具體試驗(yàn)部分見充填結(jié)構(gòu)體壓縮性能試驗(yàn)部分。5 試驗(yàn)主要步驟及過程（1）稱料、拌合按表3.1中所給的各組材料的各自用量進(jìn)行稱量。先將稱量好的第1組材料倒在拌合板上，不加水將各材料拌合均勻，然后加水進(jìn)行充分均勻拌合。（2）裝料將拌合好的碾壓混凝土裝入維勃稠度測(cè)定儀的圓筒內(nèi)，裝入后再將其表面刮平，在振動(dòng)臺(tái)上固定好圓筒后，將預(yù)定重量的圓形配重盤（19.5kg）加在刮平的碾壓混凝土上面。（3）振動(dòng)啟動(dòng)儀器，用秒表計(jì)時(shí)，振動(dòng)20s即暫停，然后觀察圓盤周圍的反漿情況，或去掉配重后查看表面的平整性，并

12、結(jié)合表3.2進(jìn)行可蹍性評(píng)分。根據(jù)振實(shí)情況，如果表面不很平整及無漿泌出，可考慮繼續(xù)振實(shí)1020s；如果表面很平整且有足夠漿泌出，即可認(rèn)為已達(dá)到最佳密實(shí)情況，并做好相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄。（4）配合比調(diào)整通過上一次的試驗(yàn)，改變相關(guān)混合料的質(zhì)量，進(jìn)行配合比的調(diào)節(jié)，確定出一組新的摻量值，按表3.1中的其他各材料用量再次稱量，并重復(fù)試驗(yàn)步驟（1）、（2）、（3），直至拌合物的碾壓性能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)室要求，從而確定出最優(yōu)的每立方各個(gè)材料的用量。6 試驗(yàn)結(jié)果及分析對(duì)應(yīng)各組分別振動(dòng)20s后所測(cè)得的可碾性及濕密度如表3.3所示。表3.3 可碾性和濕密度試驗(yàn)記錄表組別混合料上部筒高平均值（cm）混合料厚度值（cm）混合料體積

13、V（cm 3）濕密度（g/cm3）水灰比W/C可碾性評(píng)分117.62.51139.842.1990.541217.92.21003.072.4900.745317.82.31048.662.3800.432417.62.51139.842.1930.463517.72.41094.262.2850.494 通過以上試驗(yàn)，采用RA法測(cè)定了在膠凝材料中不摻水泥時(shí)，固定砂率，看不同水膠比對(duì)碾壓混凝土可蹍性能的影響，初步確定了本試驗(yàn)范圍內(nèi)合適的水膠比及砂率。在接下來的試驗(yàn)中，采用VC值法分別做了以下五組試驗(yàn)，試驗(yàn)記錄如碾壓混凝土工作性記錄表1、表2所示。確定膠凝材料的總量為300g，同時(shí)固定砂率都為0

14、.41。前三組膠凝材料中只摻加了粉煤灰和石灰，未摻加水泥，看該情況下不同水膠比對(duì)碾壓混凝土可蹍性能的影響；后兩組在膠凝材料中只摻加水泥，看此種情況下不同水灰比對(duì)碾壓混凝土可蹍性能的影響。 通過進(jìn)一步的試驗(yàn)，又分別做了六組試驗(yàn)，試驗(yàn)記錄如碾壓混凝土工作性記錄表3、表4及表5所示。此時(shí)，固定用水量為160g，水灰比為0.53，砂率為0.40，膠凝材料的總量都為300g。在前三組試驗(yàn)在膠凝材料中未摻加水泥，后三組試驗(yàn)的膠凝材料中摻加了水泥，且三組水泥各占膠凝材料總量的17%、33%和50%。通過這六組試驗(yàn)，保持水灰比、砂率及用水量不變，看不同比例的膠凝材料用量對(duì)碾壓混凝土性能的影響。綜合以上試驗(yàn)，確

15、定出了五種適合于本工程的碾壓混凝土實(shí)驗(yàn)室配合比，其中VC值法所用材料總用量為2.43kg，確定的配合比參數(shù)為：水膠比0.53，砂率0.40，并采用表3、表4及表5中的第1、2、4、5、6組試驗(yàn)材料用量作為強(qiáng)度試驗(yàn)中的五種配合比，以此來進(jìn)行碾壓混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)試件的制備。通過以上幾組試驗(yàn)可以看出，第5組情況下的可壓實(shí)性效果較好，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工可蹍性的設(shè)計(jì)試驗(yàn)，得出其壓實(shí)率為：2.255/2.285=97.8%。（二）碾壓混凝土抗壓強(qiáng)度試件的制備試驗(yàn)1 各材料用量由上面配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)中所確定的水灰比和砂率，以及試模大小尺寸，稱取5L的材料用量，各材料用量如表3.4所示。表3.4 材料用量數(shù)據(jù)表材

16、料粉煤灰（F）石灰砂子（S）石子（G）水（W）質(zhì)量（g）1400350415057008502 試驗(yàn)所用儀器（1）臺(tái)秤；（2）砼拌合物維勃稠度測(cè)定儀、方形配重盤；（3）200mm×200mm×200mm立方體試模；量筒、燒杯、搗棒等。3 試驗(yàn)主要操作過程（1）稱料拌合通過表3.3可以看出，第5組的材料配合比能夠達(dá)到較好的碾壓效果，因此，本試驗(yàn)的各材料用量分別取第5組各材料用量的5倍（5 L）。將稱量好的各材料倒在拌合板上，先不加水將各材料拌合均勻，然后加水進(jìn)行充分拌合。（2）裝料將拌合好的碾壓混凝土裝入200mm×200mm×200mm立方體試模內(nèi)，分兩

17、次裝滿，并每次用搗棒各倒50下（由外向內(nèi)螺旋次序振搗）。隨后將其表面刮平，在振動(dòng)臺(tái)上固定好試模，將預(yù)定重量的方形配重盤（21kg）加在刮平的碾壓混凝土上部。（3）振動(dòng)啟動(dòng)儀器，用秒表計(jì)時(shí)，振動(dòng)20s即暫停，去掉配重后查看表面的平整性，并結(jié)合表3.2進(jìn)行可蹍性評(píng)分。根據(jù)振實(shí)情況，如果表面不很平整及無漿泌出，可考慮繼續(xù)振實(shí)1020s；如果表面很平整且有足夠漿泌出，即可認(rèn)為已達(dá)到最佳密實(shí)情況，并做好相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄。（4）配合比調(diào)整通過上一組的試驗(yàn)，若表面很平整且有水泥漿泌出，即可認(rèn)為已達(dá)到最佳密實(shí)情況，可以用該組的配合比來進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)；若表面不很平整且無漿體泌出，則需考慮改變相關(guān)混合料的質(zhì)量，進(jìn)行配

18、合比的調(diào)節(jié)，確定出一組新的摻量值，再次稱量，并重復(fù)試驗(yàn)步驟（1）、（2）、（3），直至拌合物的碾壓性能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)室要求，從而確定出最優(yōu)的每立方各個(gè)材料的用量，在實(shí)際施工過程中，只需按所給材料的物理性能參數(shù)進(jìn)行相關(guān)系數(shù)的調(diào)整即可。4 試驗(yàn)結(jié)果及分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表3.5所示。表3.5 可碾性和濕密度試驗(yàn)記錄表組別試模內(nèi)砼上部高度平均值（cm）混合料厚度值（cm）混合料體積V（cm 3）濕密度（g/cm3）水灰比W/C可碾性評(píng)分16.213.855202.2550.494振動(dòng)20s后取掉配重，可以觀察到表面返漿明顯，說明用水量稍許偏多。拆除模具后，可以觀察碾壓砼四周內(nèi)側(cè)上表面均密實(shí)，下表面有少許部

19、分呈蜂窩不平狀。撥開砼后，發(fā)現(xiàn)砼內(nèi)部已基本全部擠密壓實(shí)了，由此可以看出，對(duì)于制備抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)所需的試件，該試驗(yàn)方法是合理、可行的。5 其他該試驗(yàn)過程中試驗(yàn)設(shè)備參數(shù)如表3.6、表3.7所示。表3.6 砼拌合物維勃稠度測(cè)定儀圓筒的尺寸參數(shù)表名稱圓筒內(nèi)壁高度（cm）圓筒內(nèi)徑（cm）圓筒底面積（cm3）尺寸20.124.1455.94表3.7 試驗(yàn)配重的質(zhì)量參數(shù)表名稱儀器原配帶桿塑料圓盤單個(gè)薄鐵圓盤單個(gè)厚鐵圓盤帶螺絲桿體單個(gè)薄方鐵盤單個(gè)厚方鐵盤質(zhì)量（g）27202470477061030005910碾壓混凝土工作性記錄表1試驗(yàn)編號(hào)試驗(yàn)配合比 (g)水灰比砂率工作性測(cè)定濕密度（kg/m3）干密度（kg/

20、m3）最佳含水率(%)備注粉煤灰石灰水泥砂子石子水振動(dòng)總時(shí)間（s）工作性評(píng)分（15）124060080011701400.470.41202199319133022028192540220511942224060080011701600.530.41204213219916.63052221207540522872137324060080011701500.500.41202199719176.2303203919534032123199180422402101試驗(yàn)有關(guān)事項(xiàng)說明（1）第1組材料總量2410g，第2組材料總量2430g，第3組材料總量2420g，第4組材料總量2410g，第5組材

21、料總量2430g；（2）圓筒內(nèi)底面積取值為455.94cm2；配重：3×4770（厚圓板）+2470（薄圓板）+2720（原配桿）=19500g。試驗(yàn)日期：2012-7-28碾壓混凝土工作性記錄表2試驗(yàn)編號(hào)試驗(yàn)配合比 (g)水灰比砂率工作性測(cè)定濕密度（kg/m3）干密度（kg/m3）最佳含水率(%)備注粉煤灰石灰水泥砂子石子水振動(dòng)總時(shí)間（s）工作性評(píng)分（15）40030080011701400.470.41202203319155.8302203319154022057193750030080011701600.530.41203215719876.63042317216540525

22、382371試驗(yàn)有關(guān)事項(xiàng)說明（1）第1組材料總量2410g，第2組材料總量2430g，第3組材料總量2420g，第4組材料總量2410g，第5組材料總量2430g；（2）圓筒內(nèi)底面積取值為455.94cm2，配重：3×4770（厚圓板）+2470（薄圓板）+2720（原配桿）=19500g。試驗(yàn)日期：2012-7-28碾壓混凝土工作性記錄表3試驗(yàn)編號(hào)試驗(yàn)配合比 (g)水灰比砂率工作性測(cè)定濕密度（kg/m3）干密度（kg/m3）最佳含水率(%)備注粉煤灰石灰水泥砂子石子水振動(dòng)總時(shí)間（s）工作性評(píng)分（15）124060078011901600.530.40104222120746.62052317216530524232263405221090078011901600.530.40102210719686.6203215820163042287213740423922259試驗(yàn)有關(guān)事項(xiàng)說明（1）材料總用量：第3組為2440g，其余組均為2430g；（2）圓筒內(nèi)底面積取值為455.94cm2，配重：3×4770（厚圓板）+