水泥砼路面强度质量分析..doc

1275f5d3d2e49fdff440229962e84123.pdf水泥砼路面强度质量分析桑慧敏（中铁十一局集团 五公司 重庆 400037）摘要 当前水泥混凝土在高速公路建设中被广泛应用于铺筑路面。就其在施工和养护中对水泥混凝土的影响因素和关于含气量对强度的影响以及混凝土的其他强度、两种主要强度的试验强度质量和计算方法，和一些提高强度的改进措施显得尤为重要。关键词：影响因素 强度质量评定 改进措施引言：水泥混凝土路面刚度大，扩散荷载能力强，稳定性好，相对与沥青路面而言，具有一定的优势。但工程质量不尽人意，并导致建设费用大大增加，为了搞好的控制好水泥砼路面的质量，下面就影响混凝土强度的因素有哪些，如何评定混凝土的强度质量，进行了探讨。1、混凝土路面强度的主要影响因素1.1水泥强度等级和水灰比的影响水泥强度等级和水灰比是影响混凝土抗压强度的最主要因素，也可以说是决定因素。因为混凝土的强度主要取决于水泥石的强度及其与骨料间的粘结力，而水泥石的强度及其与骨料间的粘结力，又取决于水泥的强度等级和水灰比的大小。由于拌制混凝土拌合物时，为了获得必要的流动性，常需要加入较多的水，多余的水所占空间在混凝土硬化后成为毛细孔，使混凝土密实度降低，强度下降。试验证明，在水泥强度等级相同的条件下，水灰比越小，水泥石的强度越高，胶结力越强，从而使混凝土强度也越高。大量试验结果还表明，在原材料一定的情况下，混凝土28d龄期抗压强度（）与水泥实际强度（）及水灰比（W/C）之间的关系符合下列经验公式：式中 A、B回归系数，采用碎石：A=0.48，B=0.52；采用卵石：A=0.50，B=0.61。1.2骨料的影响骨料本身的强度一般都比水泥石的强度高（轻骨料除外），所以不会直接影响混凝土的强度，但若骨料经风化等作用而强度降低时，则用其配制的混凝土强度也较低。骨料表面粗糙，则与水泥石粘结力较大，但达到同样流动性时，许水量大，随着水灰比变大，强度降低。因此，在水灰比小于0.4时，用碎石配制的混凝土比用卵石配制的混凝土强度约高38%，但随着水灰比增大，两者差别就不显著了。1.3龄期与强度的关系混凝土在正常养护条件下，其强度将随着龄期的增长而增长。在标准养护条件下，混凝土强度的发展大致与龄期的对数成正比关系（龄期不小于3d），可按下式进行推算：式中 28d龄期的混凝土抗压强度；nd龄期的混凝土抗压强度，。不过，此式仅适用于正常条件下硬化的中等强度等级的普通混凝土，实际情况并非如此，其他影响因素还很多，所以此式仅作参考。1.4养护湿度及温度的影响为了获得质量良好的混凝土，混凝土成型后必须进行适当的养护，以保证水泥水化过程的正常进行。养护过程需要控制的参数为湿度和温度。由于水泥的水化反应只能在充水的毛细孔内发生，在干燥环境中，强度会随水分蒸发而停止发展，因此养护必须保湿。一般情况下，使用硅酸盐水泥、普通水泥和矿渣水泥，浇水养护时间不应少于7d，使用火山灰水泥时，应不少于14d，在夏季，由于蒸发较快应特别注意浇水。养护温度对混凝土强度发展也有很大影响。下图为混凝土在不同温度的水中养护时强度的发展规律。由图一可以看出，养护温度高时，可以增快初期水化速度，使混凝土早期强度得以提高。在我国，繁重的运输车辆重复作用在混凝土板块上，易使其弯曲；另外，混凝土路面还受到大气因素的影响，当温度湿度变化时，混凝土板受到基层的约束，不能自由伸缩，而使板产生弯曲有使板弯断的趋势，所以水泥混凝土路面必须要有抵抗弯曲折断的能力，这个能力称为抗折强度。对水泥混凝土试件进行抗折强度试验如图所示，可按下述情况进行计算： 1.1.1当折断面发生在两个加荷点之间时，用下述公式计算抗折强度：1.1.2当抗折断面发生在两个加荷点外侧，并距其最近加荷点的距离为支点间距的5%以内时，按下述公式计算抗折强度：1.1.3当折断面发生在两个加荷点外侧，并距其最近加荷点的距离大于支点间距离5%，试验结果作废。上述两式中：p试件破坏时的荷重，Nl支点间距离，mb试件宽度，mh试件高度，mx断面与邻近支点间的距离，m。在水泥混凝土路面中选用高强度的碎石，是提高混凝土抗折强度的主要措施。另外，水泥的选择也极为重要。公路水泥混凝土路面滑模施工技术规程（JTJ/T037.12000）特别强调，无论水泥标号多少，均应以其实测抗折强度为准来选择和使用。现行水泥规范中所规定的标号由抗压确定，并不完全代表水泥的抗折强度，而混凝土路面第一力学指标是其弯拉强度。若水泥的抗折强度不高，即使抗压强度和标号满足设计规范的要求，也可能做不到设计加施工保证率所要求的试配混凝土弯拉强度5.55.75MPa以上的要求。所以，应以水泥实测抗折强度7.5MPa来选择混凝土路面用水泥。若交通量大，超载严重的路面，则水泥的抗折强度还要加大。2、引气剂对路面水泥混凝土强度的影响道路水泥混凝土使用引气剂带来诸多优异性能，如改善工作性，减少泌水，提高抗折强度，减小弹性模量及荷载变形，减小温湿度变形，增强抗冻、抗盐冻耐久性，提高抗渗性。虽然在混凝土中掺入引气剂，一方面由于适量空气的引入，改善了和易性，可以减少单位用水量，提高混凝土强度，但正是由于空气的进入，又可以使混凝土强度降低。一般的说，当水灰比固定时，空气量增加1%体积时，混凝土的抗压强度要降低45%，抗折强度降低23%。综合这两方面的原因，为了保持混凝土强度达到最佳，在混凝土中引入的空气一定要适量，使得因引气剂的应用而使混凝土用水量减少带来的强度提高值足以补偿因空气引入而降低的强度值。中国水利水电科学研究院所做实验结果显示：加砾石水泥混凝土抗折强度较高时的含气量大约在36%之间。引气与不引气的抗折强度相比，抗折强度可提高1520%。但引气混凝土抗压强度随着含气量增大线性下降（也有先提高后下降的情况）。抗压破坏受压剪应力控制，抗压强度主要受浆体本身的强度控制。而抗折破坏主要受3拉应力控制，拉应力对混凝土界面结构和匀质性很敏感，在含气量35%以内时，混凝土工作性改善，离析和泌水减少，引气混凝土均匀性高，抗折强度离散小，抗折强度会提高。更重要的是：在适宜的含气量范围，生成气泡占用或夺取了本来聚集在界面区的水分，使界面结构改善，增强了界面的抗拉能力，抗折强度提高。但是，当含气量过大时，一方面气泡间距小，使浆体削弱，另一方面其中一部分气泡被挤到界面区，使气泡在界面富集，因此界面大大削弱，界面抗拉强度下降，抗折强度也明显下降。因此，要使混凝土强度达到最大，必须严格控制含气量。制定道路混凝土含气量的控制目标有两方面的要求：一是在有抗冻性要求的地区，满足路面抗冻性和路用性能两者的共同要求；二是在没有抗冻性要求的地区，满足优良路用混凝土性能的要求。前者控制含气量为35%，后者为25%。表五给出了国内外混凝土含气量的建议值和推荐值。国内外引气混凝土适宜含气量的推荐值和建议值 表五粗集料最大粒径，mm中国外加剂规范美国ACI英国CP德国DIN日本土木学会混凝土无抗冻要求混凝土有抗冻要求156.07.06.04.06.05161205.56.05.0-5.04151255.05.0-4.54.514.5130-3.5-3141404.54.54.03.0 3.52131注：1. 德国DIN骨料最大粒径分别为16、32、64mm；2. 日本土木学会含量3.5对应的最大粒径为50mm；3. 研究为包括砾石、碎石道路混凝土，最大粒径以15、20、30到40mm。表中最大粒径25mm含气量是内插得到的；4. 中国规范为混凝土外加剂应用技术规范（GBJ1191996）；5. 表格后两列为建议值,适用于中国。3、混凝土强度质量的评定3.1混凝土强度的波动规律。针对同一种混凝土而言，其强度的波动规律符合正态分布。用两个特征统计量强度平均值（）和强度标准差（）作出描述，则强度平均值按下式计算：强度标准差（又称均方差）按下式计算：式中 n混凝土组数（n25）第i组试件的抗压强度，Mpan组抗压强度的算术平均值，MPan组抗压强度的标准差，MPa 强度平均值反映了混凝土总体强度的平均水平，但不能反映混凝土强度的波动情况；强度标准差是反映强度的离散性（即波动情况），值越大，也即强度的离散程度较大，反映了生产管理水平低下，强度质量不稳定。由于在相同管理水平下，混凝土的强度标准差会随平均强度水平的提高而增大。故平均强度水平不同的混凝土之间质量稳定性的比较，可用变异系数的Cv表示，Cv可用下式计算：Cv值越小，说明该混凝土强度质量越稳定。3.2混凝土强度保证率在混凝土强度质量控制中，除了须考虑到新生产的混凝土强度质量的稳定性之外，还须考虑符合设计要求的强度等级合格率，此即强度保证率。它是指在混凝土强度总体中，不小于设计要求的强度等级标准值（）的概率P（%）。强度保证率可按如下方法计算：首先，计算出概率度t，即：或再根据t值，由下表一查得保证率P（%）不同t值的保证率P 表一T0.000.500.841.001.201.281.401.60P（%）50.069.280.084.188.590.091.994.5T1.6451.701.811.882.002.052.333.00P（%）95.095.596.597.097.799.099.499.87工程中P（%）值可根据统计周期内，混凝土试件强度不低于要求强度等级标准值的组数No与试件总数N（）之比求得，即： 我国在混凝土强度检验评定标准（GBJ10787）中规定，根据统计周期内混凝土强度的值和保证率P（%），可将混凝土生产单位的生产管理水平划分为优良、一般及差三个等级，见表二：混凝土生产管理水平 表二管理水平及混凝土 强度等级 评定指标优良一般差C20C20C20C20C20C20混凝土强 度标准差，Mpa预拌混凝土和预制混凝土3.03.54.05.05.05.0集中搅拌混凝土3.54.04.55.54.55.5强度等于和高于要求强度等级的百分率P，%预拌和预制混凝土构件厂及集中搅拌混凝土的9585853.3混凝土配制强度根据上述保证率概念可知，如果所配制的混凝土平均强度等于设计要求的强度等级标准值，则其强度保证率只有50%。因此，要达到高于50%的强度保证率，混凝土的配制强度必须高于设计要求的强度等级标准值。令混凝土的配制强度等于平均强度，即，则有： 由此可见，设计要求的保证率越大，配制强度就要越高；强度质量稳定性越差，配制强度就提高得越多。我国目前规定，设计要求的混凝土强度保证率为95%，由此可查得t=1.645，由上式配制强度为： 式中 值可根据混凝土配制强度的历史统计资料得到。若无资料时，可参考如下数据取值：混凝土设计强度等级低于C20时，4.0；混凝土设计强度等级为C20C35时，5.0;混凝土设计强度等级高于C35时，6.0。4、水泥混凝土的两种主要强度混凝土的强度对水泥混凝土路面来说，主要的抗压强度和抗折强度。抗压强度也就是混凝土抵抗压力的能力。混凝土的抗压强度越高，则其他的力学性质如抗弯、抗拉、抗磨损与钢筋的粘结强度也越高，密实度、抗冻性均越好。故抗压强度的大小也间接表明力学性质的优劣，所以混凝土的抗压强度是混凝土质量的一个重要指标。我国以立方体抗压强度为混凝土的特征值。按照国家标准普通混凝土力学性能试验方法（BGJ8185），混凝土立方体抗压强度（常简称为混凝土抗压强度）是指按标准方法制作的边长为150mm的立方体试件，在标准养护条件下（温度为203，相对湿度在90%以上或置于水中），养护到28d龄期，一标准方法测试、计算得到的抗压强度值称为混凝土立方体的抗压强度。5、其他强度除了抗压强度和抗折强度外，水泥混凝土还有另外一些强度。混凝土的抗拉强度很低，一般只有抗压强度的1/171/8，对于低强度等级混凝土，这个比值大些，对于高强度等级混凝土，这个比值小些，它们之间的关系如下：其中：混凝土抗拉强度，MPa混凝土抗压强度，MPa如果混凝土由于干缩变形或温度变形，并由此引起的拉应力超过了混凝土的抗拉极限强度时，路面会产生裂缝，拉应力过大时还会引起断板。也就是说，这些变形量超过了混凝土的极限拉伸应变值（一般称为极限拉伸值）。这样，混凝土的极限拉伸值或抗拉极限强度越大时，它的抗裂性就越高。极限拉伸值为： 其中：为混凝土破坏时的弹性模量近似值。6、为了提高混凝土的极限拉伸值或者抗拉强度值，改善路面的抗拉能力，采取的措施：6.1当抗拉强度较高或弹性模量较低时，极限拉伸值较大，而弹性模量则随着强度的提高而增大（但实际上，混凝土的强度增长率远比其弹性模量的增长率高），故混凝土的极限拉伸值是随着强度的增长而有所增长的。因此，应选择较高标号的水泥来提高混凝土的强度。6.2在混凝土水灰比不变的情况下，水泥浆和砂浆含量较多时，其极限拉伸值也较大。因此，采用最大粒径较小的石料时，极限拉伸值可得到提高，并且超过抗压强度的提高百分率。6.3采用碎石配制混凝土比用一般卵石可提高极限拉伸值约30%；用轻质凝灰岩或陶粒配制的轻质混凝土，起极限拉伸值比普通混凝土可提高23倍。但采用石灰石碎石配制的混凝土的抗拉强度高而极限拉伸值较低，这主要是由于石灰石的弹性模量较一般火成岩大，因此尽量避免使用其做路面混凝土骨料。6.4采用铁铝酸四钙含量高而铝酸三钙含量低的水泥，或早期强度较低，后期强度增长率较高的水泥，其极限拉伸值较大。但采用高铝水泥时，其极限拉伸值最小，抗拉强度也低。6.5掺用纸浆（苇浆或木浆）废液减水剂时，极限拉伸值可提高约50%。6.6在混凝土受拉区均匀分布配置钢筋，则可以使混凝土极限拉伸值成倍提高。6.7充分的保湿养护或水中养护可使混凝土极限拉伸值得到提高，约比处于干燥状态的混凝土提高30%。6.8留置伸缩缝。由于温度和湿度的变化，混凝土会产生膨胀和收缩现象，如这种膨胀收缩受到限制，将会