1．前 言
碾壓式水泥混凝土路面是以級(jí)配集料和較低的水泥用量與用水量以及摻和料和外加劑等組成的超干硬性混凝土拌合物，經(jīng)振動(dòng)壓路機(jī)等機(jī)械碾壓密實(shí)而形成的一種混凝土路面。碾壓混凝土路面工程是國家“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，它作為高等級(jí)公路路面，與普通水泥混凝土、瀝青混凝土路面相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)(見表1)，能夠提高企業(yè)的施工技術(shù)水平和降低工程造價(jià)。
表1 與水泥、瀝青混凝土路面的比較
|
與普通水泥混凝土路面比較 |
與瀝青混凝土路面比較 |
|
1)可用瀝青路面攤鋪機(jī)進(jìn)行施工； |
1)車轍較少； |
|
2)施工可不用模板，簡(jiǎn)單、快速，能縮短工期； |
2)抗磨耗性好； |
|
3)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)越，估計(jì)初期投資費(fèi)用節(jié)約15%～40%； |
3)耐油性好； |
|
4)單位用水量和水泥用量少，干縮率小，可擴(kuò)大接縫間距，利于行車舒適； |
4)使用壽命長，維修費(fèi)用少； |
|
5)初期強(qiáng)度高，養(yǎng)護(hù)期短。 |
5)重交通的厚層結(jié)構(gòu)，初期投資費(fèi)用有可能較省。 |
2．工程概況
202國道梅河口至海龍段始建于1986年，路基寬12m，路面寬7m，原路面面層采用瀝青貫入式和人工鋪筑瀝青混合料的施工方式建成。建成后，路面相繼有不同程度的破損，難以滿足當(dāng)?shù)亟煌ǖ男枰瑳Q定1997年進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)的改建，采用碾壓水泥混凝土路面。
3．混凝土配合比正交設(shè)計(jì)
3．1 試驗(yàn)原材料
(1)水泥：紅梅425#普通水泥；
(2)碎石：粒徑5～20mm，表干比重2.63g/cm3，壓碎值8%；5～10mm含35%，振實(shí)容重1617kg/m3；?
(3)砂：產(chǎn)地梅河，細(xì)度模數(shù)3.16，表干比重2.59g/cm3，容重1360kg/m3；?
(4)粉煤灰：Ⅱ級(jí)干灰，產(chǎn)于吉林梅河口發(fā)電廠；?
(5)外加劑：吉林省松脂皂引氣劑(DH9S)，摻量0.0002%；木鈣(MG)摻量0.25%。?
3．2 試驗(yàn)?zāi)康?/b>
選定粉煤灰碾壓混凝土的幾個(gè)主要參數(shù)，即單位用水量(W)；基準(zhǔn)膠凝材料用量(C+F1)；石 子填充體積率(Vg)及粉煤灰摻量(f，%)。?
3．3 考核指標(biāo)
混凝土稠度(改進(jìn)Vc值)；混凝土抗折強(qiáng)度(試件尺寸10×10×40cm3，齡期7d和28d)。
3．4 試驗(yàn)方案及配合比
采用L9(34)正交表安排試驗(yàn)(如表2)，各配合比除因素、水平變化外，其他試驗(yàn)條件均相同。試驗(yàn)方案及混凝土配合比見表3。
表2 因 素 與 水 平
|
水平 |
因素 |
A.(W)(kg/m3) |
B.(C+F1)(kg/m3) |
C.(Vg)(%) |
D.(f)(%) |
|
1 |
101 |
300 |
80 |
10 |
|
|
2 |
106 |
270 |
76 |
20 |
|
|
3 |
96 |
330 |
72 |
15 |
|
表
lang=EN-US>3 正交試驗(yàn)方案及混凝土配合比
|
試驗(yàn)號(hào) |
試驗(yàn)條件 |
配合比(kg/m3)
|
|||||||||
|
W(kg/m3) |
C+F1(kg/m3) |
Vg % |
f % |
W |
C |
F |
S |
G |
MG |
DH9S |
|
|
1 |
①101 |
①300 |
①80 |
①10 |
101 |
270 |
60 |
743 |
1302 |
0.75 |
0.09 |
|
2 |
①101 |
②270 |
②76 |
②20 |
101 |
216 |
108 |
805 |
1237 |
0.675 |
0.081 |
|
3 |
①101 |
③330 |
③72 |
③15 |
101 |
281 |
99 |
821 |
1171 |
0.825 |
0.099 |
|
4 |
②106 |
①300 |
②76 |
③15 |
106 |
255 |
90 |
776 |
1237 |
0.75 |
0.09 |
|
5 |
②106 |
②270 |
③72 |
①10 |
106 |
243 |
54 |
889 |
1171 |
0.675 |
0.081 |
|
6 |
②106 |
③330 |
①80 |
②20 |
106 |
264 |
132 |
660 |
1302 |
0.825 |
0.099 |
|
7 |
③96 |
①270 |
③72 |
②20 |
96 |
240 |
120 |
848 |
1171 |
0.75 |
0.09 |
|
8 |
③96 |
②330 |
①80 |
③15 |
96 |
230 |
81 |
770 |
1302 |
0.675 |
0.081 |
|
9 |
③96 |
③ |
②76 |
①10 |
96 |
297 |
66 |
790 |
1237 |
0.825 |
0.099 |
9.0pt'>3．5 試驗(yàn)結(jié)果及分析
(1)試驗(yàn)結(jié)果匯總于表4。?
(2)直觀分析? 各項(xiàng)考核指標(biāo)的直觀分析結(jié)果見表5和表6。?
(3)回歸分析?
根據(jù)表3的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，對(duì)影響顯著的因素建立有關(guān)考核指標(biāo)的多元相關(guān)經(jīng)驗(yàn)式見表7。?
多元回歸檢驗(yàn)結(jié)果的說明：?
①t≤1，無顯著影響；
②1＜t≤2，有一定影響；
③t＞2，有顯著影響。?
綜合表5和表6的分析結(jié)果可見：?
①用水量和粉煤灰摻量對(duì)改進(jìn)Vc值均有顯著影響。?
②基準(zhǔn)膠凝材料用量和粉煤灰摻量對(duì)抗折強(qiáng)度有顯著影響，而石子填充體積率對(duì)稠度和抗折強(qiáng)度的影響不顯著。?
③表7中2、3號(hào)經(jīng)驗(yàn)式有很好的相關(guān)性和足夠的推定精度，可作為用水量的抗折強(qiáng)度的推定經(jīng)驗(yàn)式，被采用。
表4 試 驗(yàn) 結(jié) 果
|
編號(hào) |
A.(W) |
B.(C+F1) |
C.(Vg) % |
D.(f) % |
試驗(yàn)結(jié)果 |
||
|
VC(S) |
P7(kPa) |
P28(kPa) |
|||||
|
1 |
①101 |
①300 |
①80 |
①10 |
31 |
4.48 |
5.53 |
|
2 |
①101 |
②270 |
②76 |
②20 |
46 |
3.87 |
4.39 |
|
3 |
①101 |
③330 |
③72 |
③15 |
30 |
4.14 |
5.11 |
|
4 |
②106 |
①300 |
②76 |
③15 |
16.5 |
4.17 |
4.39 |
|
5 |
②106 |
②270 |
③72 |
①10 |
12.5 |
4.14 |
4.77 |
|
6 |
②106 |
③330 |
①80 |
②20 |
18.5 |
4.3 |
5.35 |
|
7 |
③96 |
①300 |
②72 |
②20 |
56 |
4.3 |
4.93 |
|
8 |
③96 |
②270 |
①80 |
③15 |
59 |
4.63 |
5 |
|
9 |
③96 |
③330 |
②76 |
①10 |
41.5 |
4.66 |
6.07 |
表
lang=EN-US>5 直 觀 分 析 結(jié) 查
|
考核指標(biāo) |
A.(W) |
B.(C+F1) |
C.(Vg) |
D.(f) % |
|
|
改進(jìn)Vc值 |
K1 |
107 |
103.5 |
108.5 |
85.0 |
|
K2 |
47.5 |
117.5 |
104.5 |
120.5 |
|
|
K3 |
156.5 |
90 |
98.5 |
105.5 |
|
|
K4 |
109 |
27.5 |
10 |
35.5 |
|
|
F7 |
K1 |
12.49 |
12.95 |
13.41 |
13.28 |
|
K2 |
12.61 |
12.64 |
12.70 |
12.47 |
|
|
K3 |
13.59 |
13.1 |
12.58 |
12.94 |
|
|
K4 |
1.10 |
0.46 |
0.83 |
0.81 |
|
|
F28 |
K1 |
15.03 |
14.85 |
15.88 |
16.37 |
|
K2 |
14.51 |
14.16 |
14.85 |
14.67 |
|
|
K3 |
16.00 |
16.53 |
14.81 |
14.50 |
|
|
K4 |
1.49 |
2.37 |
1.07 |
1.87 |
|
表6 直觀分析結(jié)果匯總
|
考核指標(biāo) |
各因素影響主次順序 |
最佳試驗(yàn)條件(注) |
|
改進(jìn)Vc值 |
A>D>B>C |
A1B1C1D1 |
|
F7 |
A>C>D>B |
A3B2C1D1 |
|
F28 |
B>D>A>C |
A3B3C1D1
|
注：根據(jù)稠度指標(biāo)選定最佳試驗(yàn)條件時(shí)，以平均改進(jìn)Vc值為35±5(s)作為標(biāo)準(zhǔn)。
3．6 確定配合比
(1)設(shè)計(jì)指標(biāo)?
①稠度：改進(jìn)Vc值35s;?
②28d抗折強(qiáng)度：5．0MPa；?
③混凝土配合比強(qiáng)度?
Fb=(Fk+Fy)×K?
式中 Fb——混凝土配合比強(qiáng)度(MPa);?
Fk——路面設(shè)計(jì)強(qiáng)度，202國道為二級(jí)路，取Fk=5．0MPa；
Fy——路面壓實(shí)安全強(qiáng)度，取0．8MPa；
K——加成系數(shù)，K=1/（1-t+Cv），其中t=0．84，Cv=11%，則 K=1．1。
根據(jù)以上各參數(shù)確定碾壓混凝土配合比強(qiáng)度：?
Fb=(5．0+0．8)×1．1=6．4(MPa)
（2)配合比計(jì)算?
①根據(jù)各指標(biāo)的直觀分析結(jié)果，選定石子填充體積率為80%，摻粉煤灰10%，粉煤灰超量系數(shù)取1．7。?
②根據(jù)2號(hào)式(表7)計(jì)算用水量：W=98(kg/m3)。?
③根據(jù)3號(hào)式(表7)計(jì)算基準(zhǔn)膠凝材料用量：(C+F1)=293。?
④根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果及有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算配合比材料用量(見表8)。
?表7 回 歸 分 析 結(jié) 果
|
編號(hào) |
相關(guān)關(guān)系 |
經(jīng)驗(yàn)式 |
n |
R |
s |
Cv |
|
1 |
W∝｛1gVc,C+F1,f｝ |
W=128.8-18.161gVc-0.017(C+F)+0.29F?
(t1=9.0；t2=2.9；t3=2.5) |
9 |
0.971 |
1.3 |
1.3 |
|
2 |
W∝｛1gVc,f｝ |
W=123.4-17.971gVc+ 0.283F |
9 |
0.965 |
1.3 |
1.3 |
|
3 |
F28∝｛(C+F1)/W,f｝ |
F28=2.74+1.39(C+F1)/W-0.05F |
9 |
0.870 |
0.31 |
6.1 |
|
4 |
F28∝｛F7，f｝ |
F28=-1.04+1.48F7-0.02F |
9 |
0.771 |
0.40 |
7.9 |
表8 混凝土理論配合比(kg/m3)
|
水? |
水泥 |
粉煤灰? |
砂 |
碎石 |
木鈣? |
引氣劑 |
|
W |
C |
F |
S |
G |
MG |
DH9S |
|
98 |
268 |
50 |
798 |
1312 |
0.9 |
0.072 |
13.5pt'>4 結(jié) 語
(1)202國道路面工程是碾壓水泥混凝土技術(shù)成果結(jié)合吉林省的地理、氣候條件的推廣應(yīng)用，配合比設(shè)計(jì)采用本文所介紹的方法在實(shí)際工程當(dāng)中取得了理想的效果，并取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，該項(xiàng)技術(shù)必將會(huì)更加成熟并得到普及。?
(2)應(yīng)該指出，碾壓式水泥混凝土路面的質(zhì)量，不僅取決于材料的配合組成，更主要的取決于路面施工工藝。?