機場、道路干硬性道面砼配合比設計
楊路廷
日照市公路管理局，山東日照276826
摘要：本文以上海浦東國際機場道面砼為例，詳細介紹了道面砼配合比設計的方法，文中提出的干硬性砼配合比設計與以往普通砼配合比設計方法有所不同，后者首先確定水灰比，而干硬性砼配合比設計首先確定集料的理想級配及砂率。由于干硬性砼用水量及水泥用量都較小，均比一般砼少10%--20%，粗集料占比例大，這使砼密度得到了提高，同時提高了砼的強度及耐久性。又由于干硬性砼干縮性小，因此減少了道面砼微裂和斷板。
關鍵詞：干硬性砼配合比設計集料砂率
目前我國砼道面廣泛應用于機場及城市道路和廣場，高速公路收費處、服務區場區以及部分省道、縣鄉道路也應用砼硬化，本文以浦東國際機場干硬性道面砼成功的配合比設計為例，論述一下適用于道面的干硬性砼配合比設計。
1、道面干硬性砼的技術要求及特點
1.1干硬性砼要求維勃度20S--40S，以抗折強度為設計特征值，保證道面砼設計強度在２８天齡期抗折強度達到5.0MPa。
1.2干硬性砼之物理性質及力學性質的內在規律與普通砼不盡相同，特別是由于水灰比變化較小，因此，水灰比對干硬性砼抗折強度影響不大。而影響干硬性砼抗折強度的主要因素除水泥強度外，便是砼集料（主要指粗細骨料）的理想級配和質量。對干硬性砼配合比設計尤其要重視砂石集料理想級配及材質的選擇，使之有良好的嵌鎖能力，確保砼質量。
1.3干硬性砼要求脹縮率小，抗折強度高，耐久性好，耐磨，道面表面平整度要求高，并且要有一定的粗糙度。因此要求砼拌和物要有一定的流動性，粗集料要有一定的嵌鎖能力，水泥用量較少，表面還要形成3mm--5mm之砂漿保護層。道面干硬性砼的級配應該滿足上述又矛盾又統一的砼特征，最大限度的節約水泥，提高砼的抗折強度。
2、干硬性砼集料選取的理論依據及材料的實際選用
2.1、碎石的理想級配選擇及碎石的實際選用
(1)最大粒徑的選擇
道面砼主要承受抗彎應力，以抗折強度為設計標準。以往在表面理論的影響下，對道面砼盡量選取較大粒徑。實踐表明集料粒徑大，雖然能節省水泥，但并不能提高砼的抗折強度，而且強度均方差Sn較大，還容易產生離析，影響砼質量。經過對４種不同粒徑石子試拌抗折強度為5MPa的砼，試驗結果如下表：
表１：不同粒徑石子拌制的砼指標
粒徑mm70（卵石）50（碎石）40（碎石）30（碎石）
試件組數n24304430
抗折強度5.345.755.955.58
均方差Sn1.260.630.320.3
從表中可以看出，道面砼碎石最大粒徑選40mm為宜。
(2)碎石理想級配選擇
適宜干硬性道面砼粗集料理想級配的經驗公式如下：
Ｐ＝（d/D）2×100
式中：p--石子通過百分率d/D--篩孔尺寸與石子粒徑之比
繪制成級配曲線，如下圖所示：
從圖中可以看出，干硬性砼粗集料的理想級配為采用兩種單粒級配搭配的連續級配：
5--20mm碎石占比例25%--30%，20--40mm碎石占比例75%--70%
在本次砼配合比設計時，參閱上述曲線。并將5--20mm與20--40mm兩種碎石按曲線范圍內不同比例混合，用30L的容積進行容重試驗，然后計算空隙率，選取空隙率較小，且符合上述級配曲線要求的級配。經試驗，本次配合比設計選用如下理想級配：
5--20mm碎石占比例30%，20--40mm碎石占比例70%。
(3)材料實際選取：
實際選用浙江德清產碎石，經檢驗含泥量0.6%＜1%，針片狀含量為3%＜15%,壓碎值為5.6%＜13%,表觀密度為2.66g/cm3。其級配及材質等指標均符合要求。
2.2、砂的理想級配選擇及砂的實際選取
(1)砂的理想級配選擇
實踐證明：提高砼的強度，只靠提高砂本身質地的堅固性還不夠，砂的級配也是影響混凝土強度的重要因素。砂的理想級配按照如下集料連續級配經驗公式確定：
P=k(d/D)n
式中k－系數，k＝0.8--1.1；
n－指數，n＝0.25--0.5
取上下限值，繪成理想級配曲線圖表如下：
篩孔（mm）%52.51.20.60.30.15
P=K(d/D)nK=0.8n=0.510040.512.60
K=1.1n=0.2510052.717.20
以上兩曲線所包容的范圍均屬于砂的理想級配，選取砂的級配應盡量控制在本范圍內。
(2)材料實際選取
級配試驗采用湖北巴河砂，細度模數為2.9，含泥量為1.2%＜3%，屬非堿活性細骨料，表觀密度為2.60g/cm3.其級配及材質等指標符合要求。
2.3、砂的理想用量－－砂率Ｐｒ
道面砼用砂，除了要具有良好的級配以外，砂的用量對砼的強度影響也較大，砂的用量可用砂占全部集料的百分比或稱砂率來表示，公式如下：
Ｐｒ＝５０（５／Ｄ＋√５／Ｄ）＋ｋ
式中Ｐｒ--砂率
Ｄ--集料最大粒徑，Ｄ＝４０ｍｍ
Ｋ--砂子富余系數（因道面砼表面要求有3-5mm砂漿保護層）
Ｋ＝2--5，對本道面砼，由于厚度較大取Ｋ＝５。
對于本道面干硬性砼的配合比設計，首先要確定砂率Ｐｒ,然后才能計算其它參數。
2.4、組成砼其它材料的選取
(1)水泥：水泥采用ＰⅡ525硅酸鹽水泥，堿含量小于0.6%，氧化鎂小于3%，實測２８天抗壓強度為64.5MPa，抗折強度為8.1MPa。
(2)水：采用飲用水，容重1g/cm3
3、干硬性砼配合比設計計算
3.1、確定砼配合比設計參數：
(1)首先確定砂率值Ｐｒ
Pr=[50(5/D+√5/D)+K]×100%
對本工程D=40mm，Ｋ=5
則Pr=50(5/40+√5/40)+5=29%
(2)碎石級配的確定：
由上述知：5--20mm碎石占30%，20--40mm碎石占70%
(3)確定每立方米砼水泥用量
由于干硬性砼配合比十分注重砼粗細骨料的合理的級配質量，困此水泥用量比普通砼少，參照設計技術規格書之要求，每立方米砼水泥用量不少于300kg，本次初定310kg/m3。
(4)確定每立方米砼水的用量
用水量的大小根據原材料質量及砼拌和物情況，滿足維勃度20--40s，用維勃稠度儀測定。這里水灰比為0.44，則用量為310×0.44=136kg/m3。
3.2、用絕對體積法計算每立方米砼砂石用量
(1)砂石體積＝1000-水泥體積-水體積＝1000-310/3.1-136/1.0=764(L)
(2)砂石混合相對密度=砂相對密度×Pr+石相對密度(1－Pr)
=2.60×0.29+2.66(1-0.29)=2.643(kg/L)
(3)砂石重：2.643×764=2018.9kg
(4)砂重：2018.9×0.29=585.5kg
(5)碎石重：2018.9-585.5=1433.4kg
其中碎石5-20mm占30%:即1433.4×0.30=430kg
20-40mm占70%:即1433.4×0.70=1003kg
3.3、初定砼配合比(每立方米混凝土)：
水：水泥：砂：小石：大石＝136:310:585.5:430:1003
理論配合比為：0.44:1:1.89:1.39:3.24
3.4、試配調整
據以上計算的混凝土基準配合比取樣試配，保證水泥量不變，選用三個不同的水灰比值，通過調整用水量及砂率值滿足拌和物稠度要求，確定合理的試配強度值；保證拌和物的稠度及水灰比不變，通過調整用水量及砂率值，確定比較經濟的用水泥量，直到滿足要求為止，最終確定砼配合比。
3.5、試驗結果
每立方米混凝土材料配合比如下表所示：
表2:干硬性砼配合比
材料配合比水水泥砂5-20碎石20-40碎石
每m3材料用量136310606424989
理論配合比0.4411.951.373.19
混凝土拌和物維勃稠度值32s；
混凝土標樣試件強度值fb7a=5.62Mpa；
fb28d=6.57MPa＞1.15f=5.75Mpa。
以上配合比確定了混凝土級配的主要參數，僅限于常溫施工，如施工氣溫較高時，應摻加緩凝型減水型，改善砼的可操作性。
將配合比投入到施工中去，在施工過程中，據現場砂石含水量進行配合比調整。實踐證明，按該配合比拌和出的砼指標均超過設計要求。
作者簡介：楊路廷，男，1964年4月生人，山東日照人，高級工程師，曾參入過上海浦東國際機場道面砼的施工。
楊路廷
日照市公路管理局，山東日照276826
摘要：本文以上海浦東國際機場道面砼為例，詳細介紹了道面砼配合比設計的方法，文中提出的干硬性砼配合比設計與以往普通砼配合比設計方法有所不同，后者首先確定水灰比，而干硬性砼配合比設計首先確定集料的理想級配及砂率。由于干硬性砼用水量及水泥用量都較小，均比一般砼少10%--20%，粗集料占比例大，這使砼密度得到了提高，同時提高了砼的強度及耐久性。又由于干硬性砼干縮性小，因此減少了道面砼微裂和斷板。
關鍵詞：干硬性砼配合比設計集料砂率
目前我國砼道面廣泛應用于機場及城市道路和廣場，高速公路收費處、服務區場區以及部分省道、縣鄉道路也應用砼硬化，本文以浦東國際機場干硬性道面砼成功的配合比設計為例，論述一下適用于道面的干硬性砼配合比設計。
1、道面干硬性砼的技術要求及特點
1.1干硬性砼要求維勃度20S--40S，以抗折強度為設計特征值，保證道面砼設計強度在２８天齡期抗折強度達到5.0MPa。
1.2干硬性砼之物理性質及力學性質的內在規律與普通砼不盡相同，特別是由于水灰比變化較小，因此，水灰比對干硬性砼抗折強度影響不大。而影響干硬性砼抗折強度的主要因素除水泥強度外，便是砼集料（主要指粗細骨料）的理想級配和質量。對干硬性砼配合比設計尤其要重視砂石集料理想級配及材質的選擇，使之有良好的嵌鎖能力，確保砼質量。
1.3干硬性砼要求脹縮率小，抗折強度高，耐久性好，耐磨，道面表面平整度要求高，并且要有一定的粗糙度。因此要求砼拌和物要有一定的流動性，粗集料要有一定的嵌鎖能力，水泥用量較少，表面還要形成3mm--5mm之砂漿保護層。道面干硬性砼的級配應該滿足上述又矛盾又統一的砼特征，最大限度的節約水泥，提高砼的抗折強度。
2、干硬性砼集料選取的理論依據及材料的實際選用
2.1、碎石的理想級配選擇及碎石的實際選用
(1)最大粒徑的選擇
道面砼主要承受抗彎應力，以抗折強度為設計標準。以往在表面理論的影響下，對道面砼盡量選取較大粒徑。實踐表明集料粒徑大，雖然能節省水泥，但并不能提高砼的抗折強度，而且強度均方差Sn較大，還容易產生離析，影響砼質量。經過對４種不同粒徑石子試拌抗折強度為5MPa的砼，試驗結果如下表：
表１：不同粒徑石子拌制的砼指標
粒徑mm70（卵石）50（碎石）40（碎石）30（碎石）
試件組數n24304430
抗折強度5.345.755.955.58
均方差Sn1.260.630.320.3
從表中可以看出，道面砼碎石最大粒徑選40mm為宜。
(2)碎石理想級配選擇
適宜干硬性道面砼粗集料理想級配的經驗公式如下：
Ｐ＝（d/D）2×100
式中：p--石子通過百分率d/D--篩孔尺寸與石子粒徑之比
繪制成級配曲線，如下圖所示：
從圖中可以看出，干硬性砼粗集料的理想級配為采用兩種單粒級配搭配的連續級配：
5--20mm碎石占比例25%--30%，20--40mm碎石占比例75%--70%
在本次砼配合比設計時，參閱上述曲線。并將5--20mm與20--40mm兩種碎石按曲線范圍內不同比例混合，用30L的容積進行容重試驗，然后計算空隙率，選取空隙率較小，且符合上述級配曲線要求的級配。經試驗，本次配合比設計選用如下理想級配：
5--20mm碎石占比例30%，20--40mm碎石占比例70%。
(3)材料實際選取：
實際選用浙江德清產碎石，經檢驗含泥量0.6%＜1%，針片狀含量為3%＜15%,壓碎值為5.6%＜13%,表觀密度為2.66g/cm3。其級配及材質等指標均符合要求。
2.2、砂的理想級配選擇及砂的實際選取
(1)砂的理想級配選擇
實踐證明：提高砼的強度，只靠提高砂本身質地的堅固性還不夠，砂的級配也是影響混凝土強度的重要因素。砂的理想級配按照如下集料連續級配經驗公式確定：
P=k(d/D)n
式中k－系數，k＝0.8--1.1；
n－指數，n＝0.25--0.5
取上下限值，繪成理想級配曲線圖表如下：
篩孔（mm）%52.51.20.60.30.15
P=K(d/D)nK=0.8n=0.510040.512.60
K=1.1n=0.2510052.717.20
以上兩曲線所包容的范圍均屬于砂的理想級配，選取砂的級配應盡量控制在本范圍內。
(2)材料實際選取
級配試驗采用湖北巴河砂，細度模數為2.9，含泥量為1.2%＜3%，屬非堿活性細骨料，表觀密度為2.60g/cm3.其級配及材質等指標符合要求。
2.3、砂的理想用量－－砂率Ｐｒ
道面砼用砂，除了要具有良好的級配以外，砂的用量對砼的強度影響也較大，砂的用量可用砂占全部集料的百分比或稱砂率來表示，公式如下：
Ｐｒ＝５０（５／Ｄ＋√５／Ｄ）＋ｋ
式中Ｐｒ--砂率
Ｄ--集料最大粒徑，Ｄ＝４０ｍｍ
Ｋ--砂子富余系數（因道面砼表面要求有3-5mm砂漿保護層）
Ｋ＝2--5，對本道面砼，由于厚度較大取Ｋ＝５。
對于本道面干硬性砼的配合比設計，首先要確定砂率Ｐｒ,然后才能計算其它參數。
2.4、組成砼其它材料的選取
(1)水泥：水泥采用ＰⅡ525硅酸鹽水泥，堿含量小于0.6%，氧化鎂小于3%，實測２８天抗壓強度為64.5MPa，抗折強度為8.1MPa。
(2)水：采用飲用水，容重1g/cm3
3、干硬性砼配合比設計計算
3.1、確定砼配合比設計參數：
(1)首先確定砂率值Ｐｒ
Pr=[50(5/D+√5/D)+K]×100%
對本工程D=40mm，Ｋ=5
則Pr=50(5/40+√5/40)+5=29%
(2)碎石級配的確定：
由上述知：5--20mm碎石占30%，20--40mm碎石占70%
(3)確定每立方米砼水泥用量
由于干硬性砼配合比十分注重砼粗細骨料的合理的級配質量，困此水泥用量比普通砼少，參照設計技術規格書之要求，每立方米砼水泥用量不少于300kg，本次初定310kg/m3。
(4)確定每立方米砼水的用量
用水量的大小根據原材料質量及砼拌和物情況，滿足維勃度20--40s，用維勃稠度儀測定。這里水灰比為0.44，則用量為310×0.44=136kg/m3。
3.2、用絕對體積法計算每立方米砼砂石用量
(1)砂石體積＝1000-水泥體積-水體積＝1000-310/3.1-136/1.0=764(L)
(2)砂石混合相對密度=砂相對密度×Pr+石相對密度(1－Pr)
=2.60×0.29+2.66(1-0.29)=2.643(kg/L)
(3)砂石重：2.643×764=2018.9kg
(4)砂重：2018.9×0.29=585.5kg
(5)碎石重：2018.9-585.5=1433.4kg
其中碎石5-20mm占30%:即1433.4×0.30=430kg
20-40mm占70%:即1433.4×0.70=1003kg
3.3、初定砼配合比(每立方米混凝土)：
水：水泥：砂：小石：大石＝136:310:585.5:430:1003
理論配合比為：0.44:1:1.89:1.39:3.24
3.4、試配調整
據以上計算的混凝土基準配合比取樣試配，保證水泥量不變，選用三個不同的水灰比值，通過調整用水量及砂率值滿足拌和物稠度要求，確定合理的試配強度值；保證拌和物的稠度及水灰比不變，通過調整用水量及砂率值，確定比較經濟的用水泥量，直到滿足要求為止，最終確定砼配合比。
3.5、試驗結果
每立方米混凝土材料配合比如下表所示：
表2:干硬性砼配合比
材料配合比水水泥砂5-20碎石20-40碎石
每m3材料用量136310606424989
理論配合比0.4411.951.373.19
混凝土拌和物維勃稠度值32s；
混凝土標樣試件強度值fb7a=5.62Mpa；
fb28d=6.57MPa＞1.15f=5.75Mpa。
以上配合比確定了混凝土級配的主要參數，僅限于常溫施工，如施工氣溫較高時，應摻加緩凝型減水型，改善砼的可操作性。
將配合比投入到施工中去，在施工過程中，據現場砂石含水量進行配合比調整。實踐證明，按該配合比拌和出的砼指標均超過設計要求。
作者簡介：楊路廷，男，1964年4月生人，山東日照人，高級工程師，曾參入過上海浦東國際機場道面砼的施工。
