混凝土路面配合比设计研究范文

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《施工技术杂志》2015年第S1期

［摘要］

为提高露石水泥混凝土路用性能(抗滑、耐磨)，对露石水泥混凝土配合比设计进行研究，结果表明:当砂率为20%，粒径4.75～9.5mm与9.5～13.2mm的集料比例为2∶1时，其路用性能最好。通过与普通混凝土路用性能比较发现，在保证耐磨的前提下，该级配露石水泥混凝土大大提高了混凝土路面的抗滑性能，吸声系数也比普通混凝土提高1倍左右。

［关键词］

公路工程;混凝土;露石水泥混凝土;构造深度;摩擦系数;降噪

随着交通量的不断增加，人们逐渐认识到混凝土路面表面纹理对交通安全的重要性［1］。基于抗滑耐磨降噪的混凝土路面不断兴起，其中露石水泥混凝土路面除了保持普通混凝土路面强度高、使用寿命长等优点，还具有其他如抗滑性好(雨天)、低噪声(隧道内)、防眩性好等优异的路用性能，能够较大程度地改善混凝土路表功能［2-4］。目前，针对露石水泥混凝土的研究主要集中在施工工艺、技术要求等方面，如韩森等［5］对露石水泥混凝土铺筑过程中材料选择、冲洗时间、双层铺筑混凝土强度等关键技术问题进行研究，最终确定适宜的冲洗时刻，并选择两层铺筑路面以降低路面材料成本;朱建军等［6］也专门针对露石水泥混凝土的冲洗时间和养护工艺进行分析，为后续施工设计提供指导意义。但以提高露石水泥混凝土路面使用功能为目标而进行的材料设计尚不多见。本文以提高使用性能为目标进行露石水泥混凝土配合比设计，并通过与普通混凝土路用性能做比较，验证了该配合比设计下的露石水泥混凝土路面具有优异的抗滑降噪特性，试验结果为以后露石水泥混凝土进行配合比设计提供理论依据。

1原材料与施工工艺

1.1原材料露石水泥混凝土粗集料采用性能较好的玄武岩碎石，粒径范围在4.75～9.5，9.5～13.2mm，表观密度2970kg/m3，堆积密度1540kg/m3，饱和面干表观密度2940kg/m3，饱和吸水率0.56%，针片状含量7.2%，压碎指标3.9%;细集料采用细度模数2.33，表观密度2.69g/cm3，含泥量0.8%河砂;水泥采用普通硅酸盐水泥(P•O42.5)，标准稠度用水量27.3%，比表面积355m2/kg，初凝205min，终凝266min，28d抗压强度48MPa，28d抗折强度7.4MPa，表观密度3.00g/cm3，安定性合格。

1.2施工工艺采用500mm×700mm×150mm水泥混凝土大板试模，成型后用滚轴在表面匀速碾压1遍，待表面水消失，将缓凝剂均匀洒布在试板上，覆盖聚乙烯薄膜防止缓凝剂蒸发，养护17～18h，当混凝土达到一定强度后用压力水枪冲洗试板，使粗集料外露。放入(20±5)℃和95%RH以上的标准养护间保湿养护。露石混凝土外观形貌如图1所示，其中喷缓凝剂的目的是延缓试板表面水泥砂浆的凝结，但不影响混凝土整体的凝结硬化。

2露石水泥混凝土配合比设计

混凝土表面纹理分为细部构造和粗部构造两部分，对于混凝土配合比设计而言，砂率(细部)和集料级配(粗部)对露石水泥混凝土路用性能有很大影响。良好的碎石级配与合适的砂率所配制的混凝土较为密实，工作性好，且不易产生离析。大粒径骨料较多时，虽不易剥落，但会增加行车的噪声，导致舒适性大大下降。小粒径骨料较多，通过冲洗很容易剥落，直接影响混凝土的耐久性。为避免上述问题，本文试验通过调整砂率及碎石比例(见表1)，以满足路用性能为指标，对露石水泥混凝土进行最佳配合比设计。

2.1露石水泥混凝土不同配合比路用性能研究

2.1.1抗滑性能分析现行规程中评价路面抗滑性能的方法有很多，如手工铺砂法、电动铺砂法、激光构造深度仪法、摆式仪法、制动距离法和摩擦系数测试车法(纵向力系数法、横向力系数法)［7］。本文采取手工铺砂法(测构造深度)和摆式仪法(测摆式摩擦系数)2种常用的方法进行抗滑性能试验。构造深度是研究路面粗糙度的重要指标，在大板上选取骨料均匀处进行测试。不同砂率、不同级配的露石混凝土构造深度如图2所示。可以看出，砂率和级配对露石水泥混凝土构造深度影响较大。同一级配下砂率越大，混凝土表面平滑度越高，构造深度越小。相同砂率下，粗集料公称最大粒径13.2mm的数量越多，表面越粗糙，造成构造深度越大。由于现行规范中水泥混凝土路面对构造深度提出了要求(高速公路、一级公路为0.7～1.1mm)。另外文献［3］指出构造深度在0.8～1.0mm范围时，路面抗滑值较好。本文通过对构造深度的测试，符合要求的混凝土板如表2所示。根据上述5种混凝土板进行摆式摩擦系数测试，摆式摩擦系数与构造深度间关系如图3所示，由图3可知:随着构造深度的增加，摩擦系数也在不断变化。其中S25A21，S15A10，S20A21，S25A114块露石混凝土板的摩擦系数相差不大，远远高于S20A10混凝土板。故本文针对露石混凝土抗滑性分析的优化结果如表3所示。总之，集料的级配与砂率对露石混凝土表面抗滑性产生不同程度的影响。

2.1.2耐磨性能分析耐磨试验采用TMS-04型水泥胶砂耐磨性试验机，依据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》，以试件磨损面上单位面积的磨损量作为评定水泥混凝土耐磨性的相对指标。针对上述抗滑性优化后的几种露石水泥混凝土板进行耐磨试验，试验结果如图4所示，由图4可知S20A21的混凝土板磨耗量最小。当路面表面特性以抗滑和耐磨为优化目标时，测试结果得出的露石水泥混凝土最佳砂率和级配为S20A21(砂率为20%，集料粒径4.75～9.5mm与9.5～13.2mm的级配为2∶1)。

2.1.3最佳配合比露石水泥混凝土与普通混凝土性能比较通过对S20A21最佳配合比的露石混凝土与普通混凝土路用性能做对比(见图5)，从摩擦系数和构造深度上进行分析，可知露石混凝土的抗滑性能远远高于普通混凝土，大幅度提高了路面的安全性。另外对磨耗损失量进行分析，普通混凝土略高于露石混凝土。这说明最佳配合比的露石混凝土在保证耐磨的前提下，既能解决传统混凝土路面的抗滑性，又能提高混凝土路面的使用寿命，减少因表面功能下降而维修的费用，提高路面使用的经济性。

2.2降噪性能分析本节噪声测试主要是为了对露石水泥混凝土与普通水泥混凝土吸声水平进行比较分析，从而验证露石水泥混凝土的降噪特性。试验仪器采用VA-Lab噪声振动测试系统软件(见图6)进行材料吸声系数测试，传声器选择1和2时，可测得的吸声系数频率范围为250～1600Hz;传声器选择0和2时，可测得的吸声系数频率范围为63～500Hz。本节试验所用的测试频率范围在250～1600Hz，测试结果如图7所示。表4为不同混凝土部分频率的吸声系数以及总的平均吸声系数。通过试验可以发现，露石水泥混凝土吸声系数比普通水泥混凝土提高1倍左右。因此，使用最佳配合比的露石水泥混凝土代替普通水泥混凝土，既能提高混凝土的抗滑耐磨性能，又起到了良好的降噪效果，具有重要的现实意义和实用价值。

3结语

1)通过对不同级配、不同砂率的露石水泥混凝土进行抗滑、耐磨等使用性能研究，得出以下结论:砂率为20%，骨料粒径4.75～9.5mm与9.5～13.2mm的级配为2∶1时，路用性能最好。本文对露石水泥混凝土最佳砂率和级配做了初步探讨，对工程实践具有一定的指导作用。2)通过对最优配合比的露石水泥混凝土和普通混凝土各方面性能作比较，可以看出，露石水泥混凝土在保证耐磨的前提下，大大提高了混凝土的抗滑性能，吸声系数也比普通混凝土提高1倍左右。再一次验证了露石水泥混凝土的优良特性。

参考文献:

［1］李波，韩森，滕旭秋．混凝土路面的表面纹理与抗滑性［J］．交通标准化，2008(7):154-157．

［2］韩森，李志玲，张东省，等．露石水泥混凝土路面性能［J］．长安大学学报:自然科学版，2004(4):6-9．

［3］秦旻，梁乃兴，陆兆峰，等．露石水泥混凝土路面性能研究［J］．公路，2009(10):72-76．

［4］韩森，董雨明，陈海峰，等．露石水泥混凝土路面降噪特性［J］．交通运输工程学报，2005(2):32-34．

［5］韩森，李志玲，张东省，等．露石水泥混凝土路面关键技术研究［J］．中国公路学报，2004(4):20-23．

［6］朱建军，陈永惠．露石水泥混凝土路面施工工艺研究［J］．商品混凝土，2013(5):156-157．

［7］宋永朝，潘晓东，梁乃兴，等．露石水泥混凝土路面质量评价指标研究［J］．华东交通大学学报，2008(1):12-15．

作者：闫倩倩 李雪峰 田波 侯子义 谢晋德 单位：交通运输部公路科学研究院 河北工业大学土木工程学院 道路结构与材料交通行业重点实验室