碾压混凝土配合比设计试验

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1、碾压混凝土实验室配合比设计试验碾压混凝土实验室配合比设计试验1 试验目的试验目的测定碾压混凝土配合比设计试验所用原材料的物理力学性能指标，然后进行碾压混凝土实验室的配合比设计。2 试验方案试验方案本试验根据配合比设计所需的技术资料，首先对选定的材料进行物理力学性能指标的测定试验，再依据配合比设计规程及原则来进行配合比的设计，对于碾压混凝土，设计时主要考虑其三大参数的要求。本试验流程图如图 2.1 所示。原材料的物理力学 性能试验配合比设计原理与 方法碾压混凝土配合比 设计试验可碾压性易压实性强度不满足技术要求确定实验室配 合比满足技术要 求图 2.1 试验流程图3 试验方法试验方法3.1 原材

2、料的物理力学性能试验原材料的物理力学性能试验本试验配合比设计所用的原材料主要有：水泥、粉煤灰、石灰、粗细集料、水及外加剂等。3.1.1 水泥试验 水泥试验主要包括：水泥细度试验、水泥标准稠度用水量试验、水泥凝结时间试验、水泥体积安定性试验、水泥胶砂强度试验等。水泥细度试验采用手工干筛法来检验水泥细度；水泥标准稠度用水量试验、水泥凝结时间试验及水泥体积安定性试验（雷氏夹法）按 GB/T 1346-1989水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法 ，用沸煮法，对该水泥进行了安定性试验；水泥胶砂强度试验通过 ISO 法来测定水泥的强度等级。通过试验，得到本试验所用水泥的物理性能见表 1.1。表

3、1.1 水泥的物理性能表 抗压 （Mpa）抗折 （Mpa）水泥 品种初凝 （h:min）终凝 （h:min ）安定性 （mm）筛余量 （%）标准稠 度 （%）3d28d3d28d P.C32.5R2.13.1.2 粉煤灰试验根据用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB159691 以及国家标准 GB1751999，GB13441999，GB129581999 中的规定，需对粉煤灰的细度、密度、凝结时间、体积安定性和强度及强度等级等主要技术性质经行测定。通过试验，该粉煤灰的物理性能见表 1.2。表 1.2 粉煤灰的物理性能表粉煤灰等级密度（g/cm3）堆积密度（g/cm3）细度（%）比表面积（g/cm2）

4、需水量（%）28d 抗压强度比（%）级2.302263.1.3 集料试验集料试验主要包括测定砂、石的近似密度试验、砂、石的堆积密度试验、砂、石的空隙率计算和砂、石的筛分析试验等。通过试验，测得所用砂子、石子的物理性能见表 1.3、表 1.4。表 1.3 砂子的物理性能表近似密度（g/cm3）堆积密度（g/cm3）细度模数含泥量（%）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）堆积密度（g/cm3）颗粒级配含泥量（%）压碎值空隙率（%）2.6091.44044.83.1.4 石灰试验按现行建材行业标准建筑生石灰JC/T47992、 建筑生石灰粉

5、JC/T48092 的规定，需对生石灰中的钙、镁含量及其等级、细度、体积安定性等技术指标进行测定。通过试验，测定石灰的物理性能指标如表 1.5 所示。表 1.5 石灰的物理性能表等级密度（g/cm3）堆积密度（g/cm3）细度（%）3.1.5 水要求 PH4，采用自来水即可。3.2 碾压混凝土配合比设计原理与方法碾压混凝土配合比设计原理与方法混凝土的配合比设计应按国家现行标准普通混凝土配合比设计规程JGJ55 的有关规定，根据混凝土的强度等级、耐久性和工作性等要求进行。对于有特殊要求的混凝土，其配合比设计尚应符合国家现行有关标准的专门规定。在进行混凝土配合比设计时，要考虑其三大参数：（1）水灰

6、比，主要控制混凝土的强度和耐久性；（2）单位用水量，主要控制混凝土的流动性；（3）砂率，它表明了粗细骨料的组合关系，主要控制混凝土和易性中的粘聚性和保水性要求。对于碾压混凝土，其配合比设计至今都没有统一的方法，目前国内外比较公认的设计方法有正交设计法和日本建设部关东技术事务所与水泥协会共同推荐的碾压式混凝土配合比设计方法。其设计思想都是：尽可能减小碾压混凝土的孔隙率，用碾压混凝土最优含水量，确定最佳的水灰比。采用标准击实实验确定最佳含水率，再确定碾压混凝土的单方用水量，再结合施工经验，确定基准配合比，最后从中选择适合本工程施工技术要求的施工配合比。本试验在进行配合比设计中主要采用了碾压式混凝土

7、配合比设计方法。该设计方法的主要特点是将多个主要因素联系在一起，根据混凝土学原理，按照细骨料和粗骨料的空隙分别由水泥浆和砂浆填充的原则，引入水泥浆填充系数（水泥浆富余系数）Kp 和砂浆填充系数（砂浆富余系数）Km，即：Kp = 水泥净浆体积/细骨料空隙体积1Km = 砂浆体积/粗骨料空隙体积1通过试验研究，在一定的密实功下当填充性良好时，Kp，Km 值可分别取1.11.4 和 1.21.6，本试验的 Kp、Km 取值为 1.3、1.6。确定出 Kp，Km 值后，碾压混凝土的各种材料用量可按下式来进行计算：100010 101aGmGGVGV K W 10 101()GmSp G SSV KSG

8、V KWW 10SpCSV KCWSW式中 Va含气量，%；Ws，WG干细骨料、粗骨料在充分密实下的单位质量，kg/m3；Vs， VG 干细骨料、粗骨料在充分密实下的空隙率，%；s，G，c细骨料、粗骨料、水泥的密度，g/cm3；G，S，W，C 粗骨料、细骨料、水、水泥用量，kg/m3。碾压混凝土的主要参数有：水灰比 W/C；砂浆富余系数 Km；水泥浆富余系数 KP；粉煤灰掺量 f，W/C 和粉煤灰用量是影响碾压混凝土可碾性、强度、耐久性的主要因素，若在碾压混凝土中加入其他材料，如减水剂、缓凝剂等，就应考虑添加材料对碾压混凝土性能的影响。3.3 碾压混凝土配合比设计试验碾压混凝土配合比设计试验（

9、一）碾压混凝土实验室配合比设计试验1 试验所用原材料及其物理性质（见章节 3.1）（1）胶凝材料：粉煤灰、石灰、水泥；（2）集料：砂子、石子；（3）自来水等。2 试验所用仪器：（1）台秤，电子天平（称量 1000g，感量 1g） ；（2）砼拌合物维勃稠度测定仪、圆形配重盘；（3）量筒、烧杯、秒表等。3 基准配合比设计基准配合比设计过程中，所用各材料用量如表 3.1 所示。表 3.1 各组材料用量数据表组别粉煤灰 （g）石灰 （g）砂子 （g）石子 （g）水 （ml）混合料 总质量 （g）120050740138013523702175757401230185222032807083011401

10、50232042807083011401602320528070830114017023204 可碾性、易压实性及强度的测定方法和试验装置由于碾压混凝土属于特干硬性水泥混凝土，因此工作性指标的选择、检验与控制对于其压实度、弯拉强度及平整度至关重要。（1）可碾性的测定可碾性的测定方法可用改进 VC 值法来评价。试验中的“试样表面出浆评分”宜为 45 分，并不应低于 4 分。试样表面评分标准值见表 3.2。表 3.2 试样表面出浆评分表 评分54321表面状况平整 出浆很好平整 出浆较好平整 基本出浆有缺陷 出浆不足不平整 无浆（2）易压实性的测定本试验采用 RA 法来测定碾压混凝土的易压实性及其

11、湿密度。首先将搅拌好的 2.3 kg 的碾压式混凝土放入圆筒模具中，再把 19.5 kg 的配重放进圆筒，开启仪器振动 20 s 后，测定其压实度，以此来量度易压实性。试验装置见图 3.1、图 3.2。图 3.1 RA 法测定装置 图 3.2 RA 法高度 H 测定方法(3)抗压强度的测定将碾压混凝土拌和物分两层装入 200mm200mm200mm 试模中，试模固定于振动台上，碾压混凝土拌和物表面加配重(21kg)，施振时间为 20s，成型 24小时后拆模，试块放于标准养护室中养护。以 3d、7d、28d 各自抗压强度R3、R7、R28 及抗折强度 F3、F7、F28 为考核指标，分别对五组不

12、同配比的试件进行试验。具体试验部分见充填结构体压缩性能试验部分。5 试验主要步骤及过程（1）称料、拌合按表 3.1 中所给的各组材料的各自用量进行称量。先将称量好的第 1 组材料倒在拌合板上，不加水将各材料拌合均匀，然后加水进行充分均匀拌合。（2）装料将拌合好的碾压混凝土装入维勃稠度测定仪的圆筒内，装入后再将其表面刮平，在振动台上固定好圆筒后，将预定重量的圆形配重盘（19.5kg）加在刮平的碾压混凝土上面。（3）振动启动仪器，用秒表计时，振动 20s 即暂停，然后观察圆盘周围的反浆情况，或去掉配重后查看表面的平整性，并结合表 3.2 进行可蹍性评分。根据振实情况，如果表面不很平整及无浆泌出，可

13、考虑继续振实 1020s；如果表面很平整且有足够浆泌出，即可认为已达到最佳密实情况，并做好相关数据的记录。（4）配合比调整通过上一次的试验，改变相关混合料的质量，进行配合比的调节，确定出一组新的掺量值，按表 3.1 中的其他各材料用量再次称量，并重复试验步骤（1） 、（2） 、 （3） ，直至拌合物的碾压性能够达到实验室要求，从而确定出最优的每立方各个材料的用量。6 试验结果及分析对应各组分别振动 20s 后所测得的可碾性及湿密度如表 3.3 所示。表 3.3 可碾性和湿密度试验记录表组别混合料上 部筒高平 均值 （cm）混合料厚 度值 （cm）混合料体 积V（cm 3）湿密度（g/cm3）水

14、灰比W/C可碾性 评分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通过以上试验，采用 RA 法测定了在胶凝材料中不掺水泥时，固定砂率，看不同水胶比对碾压混凝土可蹍性能的影响，初步确定了本试验范围内合适的水胶比及砂率。在接下来的试验中，采用 VC 值法分别做了以下五组试验，试验记录如碾压混凝土工作性记录表 1、表 2 所示。确定胶凝材料的总量为 300g，同时固定砂率都为 0.41。前三组胶凝

15、材料中只掺加了粉煤灰和石灰，未掺加水泥，看该情况下不同水胶比对碾压混凝土可蹍性能的影响；后两组在胶凝材料中只掺加水泥，看此种情况下不同水灰比对碾压混凝土可蹍性能的影响。通过进一步的试验，又分别做了六组试验，试验记录如碾压混凝土工作性记录表 3、表 4 及表 5 所示。此时，固定用水量为 160g，水灰比为 0.53，砂率为0.40，胶凝材料的总量都为 300g。在前三组试验在胶凝材料中未掺加水泥，后三组试验的胶凝材料中掺加了水泥，且三组水泥各占胶凝材料总量的 17%、33%和50%。通过这六组试验，保持水灰比、砂率及用水量不变，看不同比例的胶凝材料用量对碾压混凝土性能的影响。综合以上试验，确定出了五种适合于本工程的碾压混凝土实验室配合比，其中 VC 值法所用材料总用量为 2.43kg，确定的配合比参数为：水胶比 0.53，砂率 0.40，并采用表 3、表 4 及表 5 中的第 1、2、4、5、6 组试验材料用量作为强度试验中的五种配合比，以此来进行碾压混凝土抗压强度试验试件的制备。通过以上几组试验可以看出，第 5 组情况下的可压实性效果较好，并结合现场施工可蹍性的设计试验，得出其压实率为：2.255/2.285=97.8%。（二）碾压混凝土抗压强度试件的制备试验1 各材料用量由上面配合比设计试验中所确定的水灰比