道路水泥混凝土配合比的影响因素

道路水泥混凝土配合比的影响因素

胥彩霞

胥彩霞（隆德县公路管理段，宁夏隆德756300）

摘要：水泥混凝土面板厚度的计算是以混凝土的抗折强度为依据的，抗折强度是道路水泥混凝土的主要技术指标。通过研究配合比中三个重要参数：水灰比、单位用水量及砂率对道路水泥混凝土抗折强度的影响，进而确定道路混凝土的合理配比。研究方法是固定其中两个参数不变，分别研究另一参数对抗折强度的影响。结果表明适当的水灰比、较少的单位用水量和适宜的砂率，对提高混凝土抗折强度是有利的。对配制一般的道路混凝土（坍落度10～30mm，抗折强度设计值4．0～5．5MPa），给出了水灰比、单位用水量和砂率的参考值，即水灰比0．40～0.50；单位用水量160～170kg/m3，砂率32％~34％。

关键词：道路水泥混凝土；配合比；影响因素

近几年，农村公路建设投入加大，水泥混凝土路面作为一种刚性路面，以其良好的稳定性和耐磨性，逐步取代了传统的柔性沥青路面而得到广泛应用。水泥混凝土路面主要承受行车荷载，在车辆荷载的作用下，混凝土路面发生弯曲，下部承受拉应力，当混凝土拉应力无法承受上部的压应力时，混凝土便开裂产生裂缝。因此增强混凝土抗弯曲性能，提高其抗折强度具有十分重要的意义。混凝土是一种脆性材料，其抗压强度往往较高，但抗折强度却不尽人意（约为抗压强度的1/6～1/10）。如何提高道路混凝土抗折强度?相关资料和试验表明，合适的粗集料品种、粒径和级配有利于提高道路混凝土抗折强度。也有文献报道，适量掺入引气剂或复合减水剂，可提高混凝土抗折强度。排除原材料因素和施工质量因素，笔者认为，科学合理地设计混凝土配合比至关重要。设计道路混凝土配合比要考虑的主要技术指标是抗折强度。本着这样的思想，通过对比实验，笔者研究分析了配合比中几个重要的参数，即水灰比、单位用水量及砂率对道路水泥混凝土抗折强度的影响。

1原材料

原材料的性质对混凝土的性能影响很大，在配制混凝土前，对水泥、粗细集料等主要原材料都做了必要的检验，主要品质指标均合格。其中，水泥为“赛马牌”42．5级普通水泥；细集料为砂（中砂），细度模数2．5；粗集料为5～31.5mm连续级配碎石。

2试验方法

按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准（GB／T50080-2002）》，《普通混凝土力学性能试验方法标准（GB／T50081-2002）》和《普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2000）》中有关规定进行试验。

抗折试件尺寸：150×150×550。

3结果与讨论

3．1水灰比对混凝土抗折强度的影响

水灰比是影响混凝土强度的关键因素。理论上讲，水灰比越小，混凝土强度越高。但过小的水灰比势必会带来较大的单位水泥用量，这不仅不经济，还会造成混凝土干缩变大，产生收缩裂缝；而且还会因水泥水化热增加引起混凝土内外温差过大，产生温度裂缝，影响混凝土质量。

所以本次试验水灰比的起点定在0．42，为保证试验的可比性，在相同的单位用水量和砂率条件下，采用不同的水灰比配制混凝土，混凝土28d抗折强度结果如上表所示，水灰比对混凝土抗折强度的影响随着水灰比的增大，混凝土抗折强度降低。水灰比由0．42增至0．58，抗折强度下降了近11％。很显然这是因为单位水泥用量减少了。为保证混凝土富余强度和耐久性，水灰比不能过大；为节约成本，并防止混凝土产生收缩裂缝和温度裂缝，水灰比也不能过小（单位水泥用量不能过大）。对一般道路混凝土而言，抗折强度设计值在4．0～5．5MPa间。按富余系数1．10～1．15计，当抗折强度设计值为4．0～4．5MPa时，应取水灰比0．45～0．50；设计值为5．0～5．5MPa时，应取水灰比0．40～0．45。大于0．50的水灰比对抗折强度的保证率不高。

3．2单位用水量对混凝土抗折强度的影响

在相同的水灰比和砂率下，研究单位用水量对混凝土抗折强度的影响。考虑到单位用水量太少混凝土拌合物会过于粘稠，工作性差。所以试验时单位用水量的最小取值为160kg/m3。

即使在相同的水灰比下，随着单位用水量的增加抗折强度也呈下降趋势。单位用水量由160kg/m3增至190kg/m3，混凝土抗折强度下降了4％左右。分析原因认为是：①用水量增加了，混凝土泌水增多，产生许多连通的泌水通道，使混凝土内部孔隙增多，抗折强度下降。②部分水在泌出时，遇到粗集料的阻碍，会积聚在粗集料的下方形成水囊，混凝土硬化后便是空穴，削弱了集料与水泥石的界面粘结力使抗折强度下降。泌出的水常常聚集到混凝土的表面，在混凝土的表面形成疏松薄弱的表面浮浆层，严重影响水泥混凝土路面的耐磨性。另外，过多的水量在引起混凝土强度下降的同时，也因泌水贯穿的毛细孔通道影响混凝土的抗渗性、抗冻性等。所以，在满足混凝土工作性能的前提下，应尽量减少单位用水量。道路混凝土通常为低塑性混凝土，要求坍落度为10～30mm，因此单位用水量取160～170kg/m3为宜。

3．3砂率对混凝土抗折强度的影响

另外，砂率的微小变化往往会引起混凝土拌合物工作性能的较大改变。过小的砂率会使混凝土拌合物缺浆离析；过大的砂率又会使拌合物粘稠干涩，不易振实成型。这种工作性能不良的混凝土是很难保证强度要求的。试验证明，在固定水灰比和单位用水量的情况下，随着砂率的增大，混凝土28d抗折强度呈现先增大后减小的变化趋势，说明存在一个最佳砂率值。而且随着水灰比的不同，最佳砂率值也有变化。0．40的水灰比时最佳砂率值为32％，0．50的水灰比时最佳砂率值为34％。当然，随着石子品种粒径和砂子粗细的不同，最佳砂率值也有相应变化。对于水灰比一般变动于0．40～0．50之间，用中砂配制的道路混凝土来说，碎石混凝土取32％～34％砂率为宜，卵石混凝土则相应减少2％～3％的砂率。抗折强度随砂率的增大为什么会有先增后减的变化。笔者认为：①当砂率较小时（如28％～30％），混凝土拌合物缺浆，粗集料间的空隙得不到浆体的有效填充，内部空隙较多，故抗折强度低。②当砂率过高时（如36％），对混凝土抗折强度至少有三个方面的副作用：第一，细集料总表面积过分增加，需要的润湿水分增大，而在一定单位用水量情况下，浆体过于干涩粘稠，流动性显著降低，和易性极差，不易振实，混凝土成型后在内部形成许多蜂窝和空洞而影响抗折强度。第二，细集料表面积增加，需要包裹其表面的水泥浆量增加。而对于高水灰比（如0．50）低水泥用量的混凝土来说，水泥浆量显得不足，会使粘结力下降、抗折强度降低。第三，由于细集料的增多，混凝土中级配良好的粗集料的含量相对减少，从而破坏了混凝土内粗集料之间交错有致的机械咬合状态，造成抗折强度下降。

结语

（1）适当的水灰比能保证混凝土抗折强度。（2）在满足混凝土工作性的前提下，较少的单位用水量有利于提高混凝土抗折强度。（3）适宜的砂率能改善混凝土的和易性，增加混凝土密实度，进而提高混凝土抗折强度。（4）配制一般的道路水泥混凝土（坍落度10～30mm，抗折强度设计值4．0～5．5MPa），较为科学合理的配合比是：水灰比0．40～0．50，单位用水量160～170kg/m3，砂率32％～34％。