碾压混凝土配合比设计试验

1、碾压混凝土实验室配合比设计试验1 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3.1 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、

2、石灰、粗细集料、水及外加剂等。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1.1 水泥的物理性能表水泥品种初凝（h:min）终凝（h:min）安定性（mm）筛余量（%）标准稠度（%）抗压（Mpa

3、）抗折（Mpa）3d28d3d28d2.1 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）需水量（%）28d抗压强度比（%）级2.30226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

4、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（%）2.6091.44044.8 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/cm

5、3）细度（%） 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

6、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

7、= 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：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

8、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（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）

9、水（ml）混合料总质量 （g）12005074013801352370217575740123018522203280708301140150232042807083011401602320528070830114017023204 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

10、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200mm×200mm×200mm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、

11、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

12、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

13、V（cm 3）湿密度（g/cm3）水灰比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

14、.41。前三组胶凝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

15、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和砂率，以及试模大小尺寸，称取5L的材料用量，各材料用量如表3.4所示。表3.4 材料用量数据表材

16、料粉煤灰（F）石灰砂子（S）石子（G）水（W）质量（g）1400350415057008502 试验所用仪器（1）台秤；（2）砼拌合物维勃稠度测定仪、方形配重盘；（3）200mm×200mm×200mm立方体试模；量筒、烧杯、捣棒等。3 试验主要操作过程（1）称料拌合通过表3.3可以看出，第5组的材料配合比能够达到较好的碾压效果，因此，本试验的各材料用量分别取第5组各材料用量的5倍（5 L）。将称量好的各材料倒在拌合板上，先不加水将各材料拌合均匀，然后加水进行充分拌合。（2）装料将拌合好的碾压混凝土装入200mm×200mm×200mm立方体试模内，分两

17、次装满，并每次用捣棒各倒50下（由外向内螺旋次序振捣）。随后将其表面刮平，在振动台上固定好试模，将预定重量的方形配重盘（21kg）加在刮平的碾压混凝土上部。（3）振动启动仪器，用秒表计时，振动20s即暂停，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组的试验，若表面很平整且有水泥浆泌出，即可认为已达到最佳密实情况，可以用该组的配合比来进行强度试验；若表面不很平整且无浆体泌出，则需考虑改变相关混合料的质量，进行配

18、合比的调节，确定出一组新的掺量值，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，在实际施工过程中，只需按所给材料的物理性能参数进行相关系数的调整即可。4 试验结果及分析试验数据记录如表3.5所示。表3.5 可碾性和湿密度试验记录表组别试模内砼上部高度平均值（cm）混合料厚度值（cm）混合料体积V（cm 3）湿密度（g/cm3）水灰比W/C可碾性评分16.213.855202.2550.494振动20s后取掉配重，可以观察到表面返浆明显，说明用水量稍许偏多。拆除模具后，可以观察碾压砼四周内侧上表面均密实，下表面有少许部

19、分呈蜂窝不平状。拨开砼后，发现砼内部已基本全部挤密压实了，由此可以看出，对于制备抗压强度试验所需的试件，该试验方法是合理、可行的。5 其他该试验过程中试验设备参数如表3.6、表3.7所示。表3.6 砼拌合物维勃稠度测定仪圆筒的尺寸参数表名称圆筒内壁高度（cm）圆筒内径（cm）圆筒底面积（cm3）尺寸20.124.1455.94表3.7 试验配重的质量参数表名称仪器原配带杆塑料圆盘单个薄铁圆盘单个厚铁圆盘带螺丝杆体单个薄方铁盘单个厚方铁盘质量（g）27202470477061030005910碾压混凝土工作性记录表1试验编号试验配合比 (g)水灰比砂率工作性测定湿密度（kg/m3）干密度（kg/

20、m3）最佳含水率(%)备注粉煤灰石灰水泥砂子石子水振动总时间（s）工作性评分（15）124060080011701400.470.41202199319133022028192540220511942224060080011701600.530.41204213219916.63052221207540522872137324060080011701500.500.41202199719176.2303203919534032123199180422402101试验有关事项说明（1）第1组材料总量2410g，第2组材料总量2430g，第3组材料总量2420g，第4组材料总量2410g，第5组材

21、料总量2430g；（2）圆筒内底面积取值为455.94cm2；配重：3×4770（厚圆板）+2470（薄圆板）+2720（原配杆）=19500g。试验日期：2012-7-28碾压混凝土工作性记录表2试验编号试验配合比 (g)水灰比砂率工作性测定湿密度（kg/m3）干密度（kg/m3）最佳含水率(%)备注粉煤灰石灰水泥砂子石子水振动总时间（s）工作性评分（15）40030080011701400.470.41202203319155.8302203319154022057193750030080011701600.530.41203215719876.63042317216540525

22、382371试验有关事项说明（1）第1组材料总量2410g，第2组材料总量2430g，第3组材料总量2420g，第4组材料总量2410g，第5组材料总量2430g；（2）圆筒内底面积取值为455.94cm2，配重：3×4770（厚圆板）+2470（薄圆板）+2720（原配杆）=19500g。试验日期：2012-7-28碾压混凝土工作性记录表3试验编号试验配合比 (g)水灰比砂率工作性测定湿密度（kg/m3）干密度（kg/m3）最佳含水率(%)备注粉煤灰石灰水泥砂子石子水振动总时间（s）工作性评分（15）124060078011901600.530.40104222120746.62052317216530524232263405221090078011901600.530.40102210719686.6203215820163042287213740423922259试验有关事项说明（1）材料总用量：第3组为2440g，其余组均为2430g；（2）圆筒内底面积取值为455.94cm2，配重：3×4770（厚圆板）+