通村公路低造價水泥混凝土配合比設計

董國棟

（滄州市交通運輸局公路工程質量監督處，河北 滄州061000）

0 引言

公路水泥混凝土配合比設計的主要任務是將組成混凝土的原材料，即粗、細集料、水和水泥的用量，加以合理配合，使配制的混凝土能夠滿足強度、耐久性及和易性等技術要求，并盡可能節約水泥，以取得最大的經濟效益。農村地區原有的通村公路統一使用設計抗彎拉強度為4.0MPa的路面配合比，標準單一，而通村公路的交通量各不相同，應首先對路面板強度進行優化，設計出低強度的配合比，以適應不同強度需求。可將水泥混凝土路面強度分為四個等級：3.0MPa、3.5MPa、4.0MPa、4.5MPa，以水泥混凝土彎拉強度標準值4.0MPa 為例，碎石混凝土工作性最佳時的坍落度為25～30mm，計算水泥混凝土實驗室配合比。

1 初步配合比設計

1.1 確定公路混凝土的配制抗彎拉強度

式中：fc為混凝土配制28d 抗彎拉強度的均值（MPa）；fr為混凝土設計抗彎拉強度（MPa）；S為抗彎拉強度試驗樣本的標準差（MPa）；t為保證率系數，按表1 確定；Cv為抗彎拉強度變異系數，按統計數據在表2 的規定范圍內取值（在無統計數據時，彎拉強度變異系數應按設計取值，如果施工配制強度超出給定的彎拉強度變異系數上限，則必須改進機械裝備和提高施工控制水平）。

表1 保證率系數

1.2 計算水灰比（W/C）

公路水泥混凝土拌和物的水灰比，根據已知的混凝土配制抗彎拉強度fc和水泥的實際抗彎拉強度fs由式（2）來確定。

式中：fs為水泥實測28d抗彎拉強度（MPa）。

山區通村公路最大水灰比不得超過0.47，因此，水灰比取0.47。

1.3 計算單位用水量（mw0）

混凝土拌和物每立方米用水量mw0（kg）可按下式確定：

式中：SL為新拌混凝土拌和物坍落度（mm）；SP為砂率（%），可參照表3選定。

按式（4）、（5）計算得的用水量是按集料為自然風干狀態計。

表3 砂的細度模數與最優砂率關系

1.4 計算單位水泥用量（mc0）

每立方米混凝土拌和物水泥用量mc0（kg）按下式計算：

為保證混凝土路面的耐久性，上式計算的水泥用量不得小于300kg/m3。但對道路混凝土而言，水泥用量也不宜太多，如果用量太多不僅不經濟，而且容易產生塑性裂縫，路面的耐磨性也會降低，所以在達到質量要求的范圍內，水泥用量一般不宜大于420kg/m3。

1.5 計算砂石材料單位用量（ms0、mg0）

砂石材料用量可采用質量法按下式計算：

式中：ms0、mg0分別為每立方米混凝土拌和物中砂、碎石的用量（kg/m3）。

按質量法計算得到初步配合比：

碎石混凝土：mc0∶mw0∶ms0∶mg0=337∶158∶629∶1276

卵石混凝土：mc0∶mw0∶ms0∶mg0=323：155∶634∶1288

2 提出基準配合比

2.1 試拌

取施工現場實際材料，配制0.03m3混凝土拌和物。

2.2 測定工作性

測定坍落度，并觀察黏聚性和保水性。

2.3 調整配比

如流動性不符合要求，在水灰比不變情況下，增減水泥漿用量；如黏聚性和保水性不符合要求，調整砂率。

2.4 提出基準配合比

調整后，提出一個流動性、黏聚性和保水性均符合要求的基準配合比。

2.5 制備抗彎拉強度試件

按基準配合比，增加和減少水灰比0.03，再計算兩組配合比，用三組配合比制備抗彎拉強度試件與抗壓強度試件。試驗所用配合比如表4所示。

表4 調整后基準配合比

按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》（JTG E30—2005）的規定進行水泥混凝土的坍落度試驗。

3 測定試驗配合比

本試驗制作試塊共12 組，每組分別有3 塊抗壓試塊和抗彎拉試塊，在圍場縣滿族蒙古族自治縣公路工程中心試驗室制作。在標準條件下，經7d、28d養護后，按標準方法對其抗彎拉強度進行測定。硬化水泥混凝土的抗彎拉強度是本文道路水泥混凝土設計的關鍵指標，根據《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》（JTG E30—2005）進行水泥混凝土抗彎拉強度、抗壓強度試驗，測試結果如表5所示。

表5 試驗強度測試結果

表5（續）

根據試驗所得結果，確定符合工作性和強度要求并且最經濟合理的試驗室配合比，如表6所示。

表6 水泥混凝土基體配合比

通過大量的試驗研究，課題組得到4種路面強度的配合比設計。由試驗數據可知，當設計強度為3.0MPa時，在一定保證率系數下，28d的抗彎拉強度仍高于4.0MPa，可保證在可靠度范圍內路面不造成破壞，因此，山區通村公路路面強度統一設計為4.0MPa，對于部分交通量偏低，交通組成軸載偏輕的農村來說，造成了資源的浪費。因此，可針對不同的交通量選取不同的設計強度進行通村公路的修建。

4 結論

（1）選取當地修建水泥混凝土路面所需的原材料進行各項指標測試，材料的使用性能較好，集料符合級配要求。

（2）通村公路統一使用設計抗彎拉強度為4.0MPa 的路面配合比，標準單一，而通村公路的交通量各有不同，應先從路面板強度進行優化，設計出低強度的配合比，以適應不同強度的需求。本文將水泥混凝土路面強度分為四個等級：3.0MPa、3.5MPa、4.0MPa、4.5MPa，結合山區公路筑路材料特點，將級配理論用于山區通村公路水泥混凝土路面的材料設計，通過室內路用性能試驗研究，分別獲得了不同集料類型的超低強度水泥混凝土的配合比。

（3）由試驗數據可知，在一定保證率系數下，當設計強度為3.0MPa時，28d的抗彎拉強度仍高于4.0MPa，可保證在可靠度范圍內路面不造成破壞，因此，山區通村公路路面強度統一設計為4.0MPa，對于部分交通量偏低、交通組成軸載偏輕的農村來說，造成了資源浪費。由此，可針對不同的交通量選取不同的設計強度進行通村公路的修建。

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