砂率、用水量和坍落度对道路混凝土强度的影响毕业设计论文.doc

《砂率、用水量和坍落度对道路混凝土强度的影响毕业设计论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《砂率、用水量和坍落度对道路混凝土强度的影响毕业设计论文.doc（50页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、 毕业论文砂率、用水量和坍落度对道路混凝土强度的影响 学 院： 交通与车辆工程学院 专 业： 交通工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2012年 6月摘 要水泥混凝土路面具有耐久性好，耐高温性强等特点，近几年来它被广泛用于机场、厂矿等工业民用建筑。但随着汽车保有量逐年的大幅度提高，水泥混凝土路面在繁重的交通的运营状态下破坏极其严重。这样的问题近几年来明显地暴露出来，并产生很多经济损耗。如何提高水泥混凝土路面的强度已成为工程建设所关心的问题。在各国学者对各种因素影响路面水泥混凝土强度的研究基础上，本文着重讨论了砂率、用水量、坍落度这三个因素对路面水泥混凝土强度的影响规律，找出最佳强度下的砂率

2、、用水量、坍落度。关键词：水泥混凝土路面，强度，砂率，用水量，坍落度AbstractCement concrete pavement has good durability and high temperature resistant, in recent years it has been widely used in airports, factories, and other industrials and civil buildings. But with the substantial increasing in car ownership from year after year,

3、 under the heavy traffic operating condition, cement concrete pavement damages extremely. Such a problem in recent years exposed, and generate a lot of economic loss. How to improve the strength of cement concrete pavement has become the concern of the project construction.On the basis of studies ab

4、out a variety of influence factors of cement concrete pavement of scholars from various countries, this article focuses on the effect of the strength of pavement cement concrete on these three factors including sand ratio, water consumption and slump, then to find the optimal intensity of sand ratio

5、, water, slump.Key words: Cement concrete pavement；Strength, sand ratio；Water consumption；Slump目 录摘 要.IAbstractII目 录III第一章 绪 论11.1 研究背景及重要性11.2 国内外相关研究现状31.3 本论文的研究目的和研究内容6第二章 混凝土的强度及其影响因素72.1 混凝土的强度72.2 混凝土强度的影响因素分析10第三章 道路水泥混凝土的组成设计与配合比设计方法153.1 道路水泥混凝土的组成设计153.2 路面水泥混凝土的配合比设计18第四章 砂率、用水量和坍落度对路面混凝

6、土强度影响研究254.2 参数的确定274.3 试验方案的设计284.4 试验方案的实施294.5 试验结果的分析40第五章 结论与展望435.1 结 论435.2 有待进一步研究的问题43参考文献44致 谢.46第一章 绪 论1.1 研究背景及重要性1.1.1研究背景1第一阶段：摸索起步阶段（1977年以前）初期，1949年到1966年，这一阶段我国混凝土的总里程还没有达到1000公里，发展极其缓慢，其主要原因主要是我国国家经济的发展有限，汽车的保有量低，人民对汽车的客观需求小；其次在当时我国的水泥工业比较落后，水泥价格和沥青价格不相上下，水泥混凝土路面的工程造价比广泛采用的薄层沥青表处所需

7、的花费要大许多倍。所以，在当时，公路部门的研究所没有人研究水泥混凝土路面，主要研究的课题是泥结碎石路面和沥青表处路面。2第二阶段：技术开发阶段（1978年到1985年）在1978年到1985年，我国的科技规划安排了水泥混凝土路面技术这一重大研究项目。在这一阶段中我国的水泥混凝土道路的建设里程数已经有数千公里的成就。这时研究部门的研究重点偏向于理论和参数的设计，但是在施工方法上并没有改进而仍以手工操作为主，没有专用的配套大型机械设备。3第三阶段：迅猛发展阶段（1986年到1998年）在这一阶段我国公路水泥混凝土路面的总里程数已经上升到数万公里，每年年建成的水泥混凝土路面大约在1000020000

8、公里。截止到2000年底，我国建成水泥混凝土路面里程数已逾118576公里。截止2002年，我国建成水泥混凝土路面里程数已达到16.75万公里以上。到2001年底，我国在高速公路水泥混凝土路面建设中已经推广滑膜技术，建成了高速公路2400 km、高等级公路3500多公里。根据我国重载交通的运营和路面的早期破损等情况，设计规范与施工规范提出了“更强更厚”的方针。设计规范解决了“更厚”的问题，规范规定我国普通公路设计厚度最小值为200 mm，高速公路水泥混凝土路面设计厚度最小值为260 mm；施工规范解决了“更强”的问题，明确说明水泥混凝土路面施工配制弯拉强度要按可靠度理论进一步提高。为能够有效遏

9、制特重交通量与超重轴载下的早期快速破损问题，目前，我国高速公路滑膜摊铺水泥混凝土路面上的平均弯拉强度已经达到6.57.3 MPa的水平。 1.1.2研究重要性20世纪90年代以来，我国水泥混凝土路面得到空前的发展。截止到1990年，我国建成的水泥混凝土路面仅为11373 km。到2002年底，我国建成水泥混凝土路面为167 517 km，水泥路面净增了156 144 km。截止2002年底，我国水泥路面和沥青路面的总里程为288 644 km，其中水泥路面占58%。近几年的水泥路面每年的建设规模超过25 000 km，中国在水泥混凝土路面里程数上已经与世界上其他发达国家不相上下。之所以水泥混凝

10、土路面所占比例这么大，是因为水泥混凝土路面的有很多主要的优点：1刚度大、承载能力强水泥混凝土路面板弹性模量在（30 000100 000）MPa之间，而板底分布荷载非常小。所以水泥混凝土路面对基层的承载力要求相对较低，根据这一特性它广泛地适应在稳定基层上的重载交通的道路，比如高速公路、机场厂矿道路上和有重载交通的工业园区使用。而在土基承载力小的轻交通量的道路则可直接将水泥混凝土路面铺筑于土基上。2平整度持续时间长水泥混凝土路面的平整度较好而且平整度持续时间要比沥青路面长很多，但是要满足的必要条件是施工平整度好，基层抗冲刷性高。3使用寿命长水泥混凝土路面的设计基准期为30年，而沥青路面的设计基准

11、期为15年，设计年限比柔性路面长一倍，所以竣工通车后所需的维修费用很低。在实际运营过程中水泥混凝土路面从竣工到大修大约为10年时间，而沥青路面仅5年。所以在实际运营中水泥混凝土使用年限依然比沥青路面高一倍。4耐候性、耐久性好水泥混凝土是刚性路面，它拥有较好的耐候性和耐久性。水泥混凝土路面使用的是无机材料，它只存在风化，不会老化，而由于风化是老化的时间的100倍，所以水泥混凝土路面的耐久性较其它柔性路面要高很多。5耐水性好、耐高温性强耐水性好是说水泥混凝土路面能够较好地防止降水进入板中，所以它常应用于降水量大的地区，在短期进水的过水路面上交通可照常进行。耐高温性强指水泥混凝土路面在持续的高温条件

12、下产生的变形非常小不会影响平整度和行车质量。6组成材料容易得到。水泥混凝土路面对粗集料的磨光值和磨耗值的要求相对较低，可使用的粗集料岩石种类广泛，集料易得。7弯拉强度高、疲劳寿命长弯拉强度不小于5.5 MPa，抗压强度不小于35 MPa的合格水泥混凝土路面板，在标准轴载的应力强度比下，疲劳寿命长，可达到5001000万次弯曲疲劳循环。8色度低、色差小、隔热性好水泥混凝土路面为白色路面，它的的色度低、色差小，具有很高的阳光反射、热量反射和隔热性能，在冰雪季节中，虽然路面上的冰雪融化的时间长，但对于冻土路段保证路基的冻土不融化而造成失稳具有重要意义。1.2 国内外相关研究现状1.2.1国外对混凝土

13、强度增长的相关研究概况 国外研究人员曾经通过大量试验并分析，认为混凝土的早期强度S与成熟度M成正比。在此之上还有许多学者认为除了可以用混凝土的成熟度来描述混凝土的早期强度增长规律外，还可以设法将强度增长与混凝土的水泥水化程度联系起来，在大量试验后，这些学者的研究认为混凝土的抗压强度与水化产物的数量成正比。Regourd和Gauthier还研究了抗压强度与水化反应关系间的动力学问题。另外许多实验数据还证明，混凝土强度的增长不仅与混凝土的水化程度有关，而且还与混凝土达到这个水化程度的水化动力学密切相关。研究人员在电子扫描镜下发现水化产物的微观结构的变化是由养护时环境的温度的差异性引起的，而这种差异

14、性将会导致混凝土最后的强度不同。而Cervera等人将混凝土的成熟度和水化程度联系了起来，这个试验是在混凝土强度随龄期增长的试验中突然想到的，接着他引人了“龄期系数”这个概念，从而在混凝土的强度增长模型中体现了水化程度和养护温度这两方面的因素。1.2.2国内对混凝土强度影响因素的相关研究概况由于混凝土路面发挥的主要作用都是承受各种荷载的作用，所以近几年来，我国在工程建设中，混凝土广泛地应用于机场、停车场、道路桥梁及水利工程中，成为各类建筑的首选类型。混凝土强度直接影响这些建筑的耐久性，因此，混凝土的强度成为了衡量其性能的重要指标。混凝土的强度有抗压强度、抗拉强度和抗折强度。混凝土是一种脆性材料

15、，它的抗压能力远远高于其他性能，因此，在许多机构中混凝土承受的是压力作用，需要体现抗压能力；混凝土的抗拉强度很小，所以不要求混凝土直接承受拉力作用。 在混凝土路面中，混凝土还主要承受弯曲荷载，所以抗折强度也是是混凝土路面结构的一项重要指标。混凝土的强度是由水泥石强度、集料强度和水泥石与集料界面强度决定。一般集料本身的强度是比较可靠的，所以混凝土强度损坏主要是由水泥石强度损坏或水泥石与集料截面损坏引起，这两项起决定性作用。1水泥在水灰比一定的条件下，矿渣水泥、火山灰水泥的早期强度比较低，硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的早期强度较高，但是他们28 d 后强度会趋于基本相同。当水泥的品种相同时，在水灰比

16、一定的情况下，水泥混凝土强度标号越高强度将会越低，当水泥的标号相同时，早强型水泥比其他品种的水泥的早期强度高。2集料混凝土的强度还受集料的级配所影响。细、粗集料的级配如果合理，所形成的混凝土的内部孔隙就会减少，混凝土的强度就会显著提高。混凝土的强度也受集料的集料的种类所影响。比如碎石类混凝土的强度明显高于卵石类。水泥石与粗集料截面的强度，受集料表面状况的影响很大，粗糙的集料的表面比光滑的表面更容易与水泥石相粘接，在其他条件相同的情况下，碎石混凝土强度明显地高于卵石混凝土的强度。混凝土的强度还受含泥量所影响。粗集料表面的含泥量也是影响粘结强度的主要因素，含泥量小的集料与水泥石相粘结的效果要明显地

17、好于不清洁的集料与水泥石的粘结效果。3外加剂通过国内外大量学者的早期研究发现，使用外加剂可以大幅度改变混凝土的强度。比如提高混凝土的早期强度可以使用早强剂，但是早强剂的效果在28 d强度以及之后形成的强度将会降低。而降低混凝土的早期强度可以使用缓凝剂，但是使用缓凝剂后期强度就可能会增加。如果想要减少用水量或增加流动性，那么减水剂与高效减水剂可以实现这种功能，并且使用减水剂还可以增加混凝土各龄期的强度。4水灰比通过许多大量的试验，许多学者发现，在常温下，水灰比越大，养护相同的龄期的混凝土强度就会越小。5振捣混凝土的强度也与振捣成型过程有关，如果振捣混凝土时，振捣不充分，在混凝土的内部还存在很多气

18、泡,由于这些气泡不能完全排除，它们会在混凝土中形成许多孔隙，这些气孔将会使混凝土的强度降低，而过分的振捣则使混凝土产生离析或者发生泌水现象，从而导致混凝土内部集料分布不均匀，所以过分的振捣也会降低混凝土的强度。6温度浇筑时的温度和养护室的温度对混凝土的强度也会有影响。浇注时，混凝土的温度与早期强度的发展成正比，与混凝土的后期强度成反比。养护时，温度与混凝土的早期强度成正比，但是后期强度不一定就高，这还要看其他因素。7龄期所有混凝土在28 d 内强度增长较快，在后期，混凝土的强度增长就会变得缓慢。8养护在浇注完混凝土后，充分养护可以使混凝土进行充分的水化作用，混凝土的强度增长便会顺利进行。所以，

19、是否能够对混凝土结构充分养护对混凝土能否形成足够的强度影响较大。此外，光照及湿度均会对混凝土的强度产生较大影响。1.3 本论文的研究目的和研究内容本文在对国内外混凝土强度研究现状进行总结分析的基础上探讨影响混凝土强度的因素，并推荐适用于路面混凝土设计的砂率，坍落度和单位用水量。主要研究内容如下：1国内外相关研究的调研分析；2砂率对新拌路面混凝土强度的影响研究；3坍落度对新拌路面混凝土强度的影响研究；4单位用水量对新拌路面混凝土强度的影响研究。第二章 混凝土的强度及其影响因素2.1 混凝土的强度1立方体抗压强度按照标准制成边长150 mm的立方体时间，在标准条件下养护至28d龄期，用标准方法测定

20、其受压极限破坏荷载，以式（2-1）计算混凝土的抗压强度，以MPa计，混凝土立方体抗压强度通常被用于建筑工程的有关规范和质量控制。 （2-1）式中，立方体抗压强度，MPa； 试件破坏载荷，N； 试件承压面积，mm2。（1）立方体抗压强度标准值按照现行国标（GBJ 10787）的定义，混凝土的“立方体抗压强度标准值”是指按标准方法制作和养护的边长150 mm的立方体时间，在28 d龄期，用标准试验方法测得的抗压强度总体分布的平均值减去1.645倍的标准差。强度标准值的保证率系数不低于95%，即在混凝土强度总体分布中强度低于的百分率不超过5%，立方体抗压强度标准值由式（2-2）计算，以MPa计。 （

21、2-2）式中：强度总体分布的平均值，MPa； 强度总体分布的标准差，MPa； 1.645与保证率95%对应的保证率系数值，由表2-1查得。表2-1 保证率系数0.00-0.524-0.842-1.00-1.04-1.28-1.40-1.600.500.700.800.8410.850.900.9190.945-1.645-1.80-2.00-2.06-2.33-2.58-2.88-3.000.9500.9640.9770.9800.9900.9950.9980.999（2）强度等级混凝土的“强度等级”是根据“立方体抗压强度标准值”确定的。“强度等级”采用符号“C”与“立方体抗压强度标准值”两项

22、内容表示，如C20表示混凝土的立方体抗压强度标准值不小于20 MPa。普通水泥混凝土按立方体抗压强度标准值划分为12个强度等级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。2轴心抗压强度混凝土的抗压强度是采用立方体试件确定的，但在实际工程中，大部分钢筋混凝土结构形式为棱柱体或圆柱体。为了较为真实地反映实际受力情况，在在钢筋混凝土结构设计中，计算轴心受压构件时，均以混凝土轴心抗压强度为设计指标。轴心抗压强度是测定尺寸为150 mm150 mm300 mm试件的抗压强度，在试验中该尺寸的试件将比立方体更好地反映混凝土结构的实际受力情况。实验结果

23、表明在立方体抗压强度为1055 MPa的范围内，轴心抗压强度与立方体抗压强度之比约为0.70.8。3弯拉强度（抗折强度）在道路和机场工程中，混凝土结构主要承受何在的弯拉作用，所以弯拉强度是混凝土结构设计和质量控制的重要指标，而将抗压强度作为参考强度指标。根据我国公路工程水泥混凝土试验规程（JTJ 053-94）道路水泥混凝土的弯拉强度的标准时间为150mm150mm550mm的直角棱柱体小梁，在标准条件下养护28d后，按三分点加荷方式进行试验，见图2-1，按公式（2-3）计算混凝土的弯拉强度，以MPa计。 （2-3）式中：混凝土的弯拉强度，MPa；弯拉试验中的极限荷载，N；支座间距，mm；试件

24、宽度，mm；试件长度，mm。图2-1 混凝土抗折强度受力模式示意图4劈裂抗拉强度混凝土的抗拉强度值较低通常为抗压强度的1/101/20，这个比值随混凝土抗压强度的增高而有所减小。在普通钢筋混凝土结构设计中虽不考虑混凝土承受拉力，但抗拉强度对混凝土的抗裂性起着重要作用，有时也用抗拉强度间衡量混凝土与钢筋的粘结强度，或用于预测混凝土构件由于干缩和温缩受约束引起的裂缝。实验表明：由于直接抗拉强度夹具附近的局部破坏及偏心受力，试件易受到弯折作用，实验结果波动较大。目前常采用劈裂抗拉实验法间接地求出混凝土的抗拉强度，称作劈裂抗拉强度，试件的受力方式见图2-2。劈裂强度试验一般采用边长150 mm的立方体

25、试件，通过垫条对混凝土试件施加荷载，在试件的受力面上产生如图2-2所示应力分布。当荷载增加时，试件将沿着受力平面被劈裂劈裂抗拉强度由式（2-4）计算，以MPa计。 （2-4）式中：混凝土的劈裂抗拉强度，MPa；混凝土试件的破坏荷载，N； 试件劈裂面面积，。劈裂抗拉强度约为轴心抗拉强度的0.9倍，并与弯拉强度之间存在着式（2-5）所反映的关系。 （2-5）图2-2 劈裂试验用钢条（尺寸单位：mm）1-上压板；2-下压板；3-垫层；4-垫条2.2 混凝土强度的影响因素分析混凝土受力破坏时，破裂面可能出现在三个位置上。一是集料和水泥粘结界面破坏，这是混凝土最常见的破坏形式；二是水泥石的破坏，这种情况

26、在低强度等级混凝土中并不多见；三是集料本身强度不足发生破坏，多发生在高强度混凝土中。由此分析，水泥石强度和水泥石与集料界面粘结强度是影响普通水泥混凝土强度的主要的两个原因。1混凝土组成材料的影响在混凝土中，水泥、水、砂、石及外加剂等材料的质量和配合比是决定混凝土强度形成的主要内因，对强度起着重要作用。（1）水泥强度和水灰比混凝土的强度主要取决于起内部起胶结作用的水泥石质量，而水泥石质量又受水泥强度和水灰比大小的支配。当试验条件相同时，在相同水灰比下，水泥强度越高则水泥石强度越高，从而使用其配制的混凝土强度就越高。当水泥品种一定时，混凝土强度取决于水灰比。理论上水泥充分水化的水灰比为0.23，但

27、是以此水灰比所拌制的混凝土拌合物将过于干硬，很难在一定条件下密实成型。而在部分捣实的混凝土中存在着较多的孔隙。从而使强度下降。为了获得必要的流动性，在实际拌制混凝土拌合物时，通常加入较多的水，即采用较大的水灰比。当用水量较大时，即使是充分振捣的混凝土，当混凝土硬化后，也将有部分水残留在混凝土中形成水泡或蒸发形成气孔，从而大大减少了混凝土抵抗荷载的有效断面，且有可能在空隙周围产生应力集中。因此在水泥强度相同的情况下，混凝土的强度将随水灰比的增加而降低。根据大量工程实践及实验统计结果，在原材料一定的情况下，混凝土28 d龄期抗压强度=与水灰比及水泥强度之间呈（2-6）所反映的关系；混凝土28 d弯

28、拉强度同水灰比及水泥强度之间的关系如式（2-7）所示。 （2-6） （2-7）式中： 混凝土的灰水比，%；、混凝土28 d抗压强度、弯拉强度，MPa；、水泥实际抗压强度，抗折强度，MPa；、统计公式的回归系数，与集料品种有关。由式（2-6）和式（2-7）反映的关系成为混凝土的“水灰比定则”，它表明水泥强度和水灰比是影响混凝土强度的主要影响因素。根据“水灰比定则”，可以根据所采用的水泥强度及水灰比估计所配置混凝土的强度，也可以根据水泥强度和设计混凝土强度等级计算将要采用的水灰比，所以式（2-6）和式（2-7）是混凝土配合比设计的重要依据。（2）集料的特性当混凝土受力时，在粗集料和砂浆界面处将产生

29、拉应力和剪应力。若界面粘结强度有保障，粗集料颗粒所受的应力要比砂浆大，如果集料强度不足，混凝土可能因粗集料的破坏而破坏。一般来说，由于集料的强度比水泥石的强度高（轻集料除外），所以不会直接影响混凝土的强度，但由于风化等原因使集料强度降低时，则用其配置的混凝土强度也会降低。粗集料的颗粒形状、表面特征及表面洁净程度主要影响其与砂浆的界面粘结强度，是决定混凝土强度的一个重要因素。使用针片状颗粒含量较高的集料不仅会给施工带来不利的影响，而且将增加混凝土的空隙率，从而降低混凝土的强度。碎石富含棱角且表面粗糙，在水泥用量和用水量相同的情况下，用碎石拌制的混凝土拌合物流动性差，但与水泥砂浆粘结较好，故强度较

30、高。而卵石多为表面光滑的球形颗粒，用卵石拌制的混凝土拌合物较好，但粘结强度较差。当流动性相同时，采用卵石可适当减少混凝土拌合物的单位用水量，在这种条件下，硬化的卵石混凝土强度并不一定比用碎石混凝土低。覆盖在集料表面的杂质，如淤泥、粘土以及风化物和腐植物会降低界面粘结强度，并影响水泥石的强度。集料形状、表面结构及洁净程度对混凝土弯拉强度的影响要大于对混凝土抗压强度的影响。粗集料的最大粒径对混凝土抗压强度和弯拉强度均有影响，但影响程度有差别。在一定配比条件下，集料的最大粒径过大，将减小与水泥浆接触的总面积，界面强度降低，同时还会因振捣不密实而降低混凝土的强度。这种影响在水灰比较小时更为明显，而且对

31、混凝土弯拉强度的影响大于对抗压强度的影响。连续级配的优点是所配制的混凝土较密实，具有优良的工作性，不易发生离析现象。间断级配与之相比，配置相同强度混凝土所需的水泥量可少些，但易产生离析。拌制混凝土时，砂的颗粒级配与粗细程度应同时考虑。当砂中含有较多粗砂，并以适当的中砂及少量的细砂填充空隙时，砂的空隙率及总表面积均较小，是比较理想的级配，不仅水泥浆用量较少，而且还可提高混凝土的密实性与强度。2养护条件为了获得质量良好的混凝土，混凝土成型后必须在适宜的环境中进行养护，目的是保证水泥水化过程的正常进行。对于给定的混凝土，水泥的水化速度与程度、水化物结构特征都取决于养护环境的温度和湿度条件。（1） 养

32、护温度图2-3反映混凝土在不同温度水中养护时强度的发展规律，可以看出，混凝土的养护温度与混凝土强度发展有重要的关系。当养护温度较高时，可以增大水泥初期养护速度，混凝土早期强度也高。但早期养护温度越高，混凝土后期强度增进速率越小，这是由于急速的早期水化反应，导致水泥水化物的不均匀分布。水化物稀少区域成为在水泥石中的薄弱点，而在水化物中稠密区域，水化物包裹水泥颗粒，将妨碍水泥颗粒的进一步水化，从而减少水化物的数量。在相对较低的养护温度下，水泥的水化反应较为缓慢，使其水化物具有充分的扩散的时间均匀地分布在水泥石中，导致混凝土后期强度提高。但如果混凝土的养护温度过低或降至冰点以下时，水泥水化反应停止，

33、致使混凝土的强度不再发展，并可能因冰冻作用使混凝土已获得的强度受到损失。28 21 7 3 1 120 相对强度（%） 0 20 40 60 80 100 4 21 46 14 龄期（d）图2-3 混凝土强度与养护温度的关系（2）养护湿度水是水泥水化反应的必要成分，如果湿度不足，水泥水化反应不能正常进行，甚至停止，将严重降低混凝土强度，而且水泥石结构疏松，形成干缩裂缝，影响混凝土的耐久性。在不同养护湿度条件下，混凝土的强度发展趋势见图2-4。在空气中养生的混凝土，在所有龄期得到的强度值都较低。因此为了使混凝土正常硬化，在混凝土养护期间，应创造条件维持一定的潮湿环境，从而产生更多的水化产物使混凝

34、土密实度增加。在夏季由于气温较高、水分蒸发较快，更应特别注意养护。（3）龄期图2-5反映了混凝土强度随龄期增加而增长的规律。在标准养护条件下，混凝土强度与龄期之间有着较好的相关性，通常在对数坐标上呈直线关系。在混凝土施工过程中，可根据混凝土的这种特性，由其早期强度，推算后期强度，当混凝土早期强度不足时，可及时采取措施来保证混凝土的施工质量并避免损失。0 4 6 8 10 12 2 20 40 60 80 100 120 4 3 2 1 相对强度（%） 龄期（月）图2-4 混凝土强度与养护湿度的关系5年 60d 90d 4年 3年 2年 1年 180d 28d 100 250 200 0 相对强

35、度（%） 5年 28d 4年 2年 1年 180d 90d 60d 0 100 200 250 相对强度（%） 图2-5 混凝土强度随时间的增长（a）龄期为常数坐标；（b）龄期为对数坐标第三章 道路水泥混凝土的组成设计与配合比设计方法3.1 道路水泥混凝土的组成设计由于路面混凝土直接承受车辆荷载的作用，其组成材料选择、配合比设计均应根据路面的交通等级确定。在公路水泥混凝土设计规范（JTG D40-2002）中，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累积作用次数，将路面所承受的交通轴载分为4级，分级范围见表3-1表3-1 水泥混凝土路面的交通分级交通等级特重交通重交通中交通轻交通设计车道所承受的

36、标准轴载累积作用次数2000100200031003路面普通混凝土组成材料的技术要求如下：1水泥品种与强度要求水泥是路面混凝土的重要组成材料，直接影响混凝土强度、早期干缩、温度变形和抗磨性。冬季施工、有快凝要求的路段可采用R型早期水泥，一般情况宜采用普通型水泥。表3-2为（JTG D40-2002）对各级交通等级路面混凝土用水泥的强度要求。本实验中使用的为山铝生产的42.5R型的早强型水泥。表 3-2 各交通等级路面水泥各龄期的强度要求交通等级特重交通重交通中、轻交通龄期（d）328328328抗压强度（MPa）25.557.522.052.516.042.5抗折强度（MPa）4.57.54.

37、07.03.56.52粉煤灰在路面混凝土中，可以掺用技术指标符合规定的电收尘I、II级干排或磨细低钙粉煤灰。III级粉煤灰需经过试验论证后，才可以用于路面混凝土中，不得使用高钙粉煤灰。在湿粉煤灰中会有搅拌不开的粉煤灰小块，它与泥块或高度风化岩石集料一样，会严重影响混凝土强度，并使路面出现许多坑洞，影响道路行驶质量和路面耐久性。所以在路面混凝土中，不得使用湿排或潮湿粉煤灰，严禁使用已经结块的湿排干粉煤灰。在该实验中不添加粉煤灰成分。3粗集料（1）质量要求粗集料应使用质地坚硬、耐久、洁净的碎石。高速公路、一级公路、二级公路以及有抗（盐）冻要求的三、四级公路混凝土路面使用的粗集料技术等级不应低于II

38、级。没有抗冻、盐要求的三、四级公路路面及贫混凝土基层可使用III级粗集料。（2）最大粒径与级配为了提高路面混凝土弯拉强度，防止混凝土拌合物离析，减少对摊铺机的机械磨损，提高混凝土的抗冻性及耐磨性，集料的最大粒径不宜过大。路面混凝土用粗集料最大公称粒径的规定为：卵石19.0 mm；碎卵石26.5 mm；碎石31.5 mm。在钢纤维混凝土和碾压混凝土中粗集料最大公称粒径不宜大于19.0 mm，贫混凝土基层粗集料最大公称粒径不应大于31.5 mm。为了保证施工质量，防止集料离析，路面混凝土中必须使用符合级配的粗集料。应按照最大公称粒径的不同，采用24个粒径的集料进行掺配，按要求合成符合的级配，且卵碎

39、石或碎石集料中粒径小于0.075 mm的含量不得大于1%。4细集料品种与质量要求（1）细集料的品种和质量要求细集料一般可采用天然砂、机制砂和混合砂。高速公路、一级公路、二级公路以及有抗（盐）冻要求的三级公路和四级公路混凝土路面应使用不应低于II级的细集料。没有抗冻、盐要求的三级公路和四级公路及贫混凝土基层可使用III级砂。若使用河沙，则适用在设计特种和重交通混凝土路面，并且砂的硅质含量要高于25%。机制砂是由机械破碎、筛分制成的粒径小于4.75 mm的岩石颗粒，但不包括软质岩石、风化岩石的颗粒。机制砂不宜使用抗磨性较差的泥岩、页岩、板岩等水成岩类作为母岩。在河砂资源紧缺的沿海地区，二级及二级以

40、下的公路素混凝土路面和贫混凝土基层可使用淡化海砂。淡化海砂的质量除了应符合的规定外，还应符合以下规定：淡化海砂带入混凝土中的总含量不应大于1.0kg/ m；在淡化海砂与标准砂的对比中，对砂浆磨光值、混凝土凝结时间、耐磨性、弯拉强度等无不利影响；淡化海砂中碎贝壳等甲壳类动物残留物含量不应大于1%。（2）细集料的级配和细度细集料的颗粒组成应符合表3-3中级配范围要求。水泥混凝土路面在通车运行12年后，水泥石将先被磨损，暴露的凸起物将是砂颗粒，这些凸起的砂颗粒为提供了足够的抗滑。当使用的砂过细时，表面水泥浆先被磨损后，细砂不能提供足够的横向力系数和抗滑力，这样会影响路面的安全性，所以不能将过细的砂用

41、在路面混凝土上。但是当砂过粗时，混凝土拌合物会严重泌水、路面平整度低。表3-3 细集料级配范围级配分区在下列筛孔（mm）上的累计筛余（%）0.150.300.601.182.365.759.5粗砂区90100（85100）8595718535655350100中砂区90100（80100）7092417010500250100细砂区90100（75100）558516400250150100所以细度模数在2.03.5之间的砂才可以用在路面普通混凝土和钢纤维混凝土路面上。本次试验中所用砂为河沙中砂，细度模数为2.6。5外加剂在路面混凝土中，外加剂的产品质量至少应达到规定的一等品要求。此外，在路面

42、混凝土中，所使用的高效减水剂，其减水率应达到15%；引气减水剂的减水率应达到12%。在个交通等级路面、桥面混凝土中宜选用减水率大，坍落度损失小、可调控凝结时间的复合型减水剂；在有抗冰（盐）冻要求地区，各交通等级路面、桥面、路缘石、路肩及贫混凝土基层必须使用引气剂；在无抗冰（盐）冻要求地区，二级及二级以上公路路面混凝土中应使用引气剂。本次试验中没有使用外加剂。6水饮用水可以直接作为混凝土搅拌和养护用水，水中不得含有油污、泥及其它有害杂质。对水质有问题时应检验表3-4中的指标，合格者方可使用。本实验所用水为自来水，水质合格。表3-4 路面混凝土用水的质量要求指标pH硫酸盐含量（按SO42-计）（mg/mm3）含盐量（mg/mm3）要求40.00270.0053.2 路面水泥混凝土的配合比设计3.2.1路面普通混凝土配合比设计指标1弯拉强度标准值路面水泥混凝土的强度以28 d龄期的弯拉强度控制。混凝土弯拉强度标准值按其概率分布的0.85的分位值确定。各级交通要求的路面混凝土设计弯拉强度