浅谈机场道面混凝土配合比设计

浅谈机场道面混凝土配合比设计

苏家驹

三亚建筑工程质量检测中心海南三亚572000

摘要：为了保障机场道面的施工质量，应重点关注所使用混凝土的性能和其各种材料的配合比，运用正交的设计理念，优化配合设计影响因素，从而使所建设出来机场道面的质量能够达到优效果。

关键词：混凝土；施工；配比设计

1.引言

在机场场道工程施工中，为得到最佳的混凝土配合比，需要对其影响因素进行分析。从而使整个混凝土配合比既经济，又能保证道面具有较高的抗折强度。根据设计要求，混凝土主要用于道面、道肩及防吹坪面层，水泥混凝土的混合料水灰比要求道面控制在0.44以内，道肩及防吹坪控制在0.46以内。道面水泥混凝土的28d设计弯拉强度要求为：新建道面水泥混凝土面层不应低于5.0MPa，新建道肩和防吹坪水泥混凝土面层不应低于4.5MPa。水泥采用强度等级42.5以上的硅酸盐水泥。维勃稠度大于20s，一般取20s-40s之间。

2.试验用原材料

水泥：海螺水泥有限公司P•Ⅱ52.5水泥；碎石：昌江鸿启产5-20mm，20-40mm二级级配碎石；砂：琼海沐皇砂场中粗砂；水：饮用水；以上材料各项技术指标均符合《民用机场水泥混凝土面层施工技术规范》MH5006-2015及国家现行标准。

3.配合比设计

3.1确定配制28d弯抗强度的均值fc

fr—道槽为5.0MPa，道肩、防吹坪为4.5MPa。

cv—弯拉强度变异系数，取0.08；

t—保证率系数，取高速公路、样本数n=6，t=0.79；

cv—取8%，道槽s=5.0*0.08=0.40MPa

道肩、防吹坪s=4.5*0.08=0.36MPa；

道槽：fc=5.9MPa；

道肩、防吹坪：fc=5.3MPa；

3.2计算单位用水量

根据《民用机场水泥混凝土面层施工技术规范》MH5006-2015规定：“混凝土的单位水泥用量应根据选用的水灰比和单位用水量进行计算，考虑拉毛等因素，该用量不小于310kg/m3，也不应高于330kg/m3，水泥用量过多容易产生表面收缩龟裂。”因此，根据经验，本次试验选择单位水泥用量分别为：315kg/m3、320kg/m3、325kg/m3进行试验。

3.3确定水灰比

根据《民用机场水泥混凝土面层施工技术规范》MH5006-2015规定：“对混凝土的水灰比，当有经验数值时，可按经验值选用。水灰比直接影响混凝土的强度、密实度及和易性，水灰比的大小与混凝土强度成反比，即水灰比增大，混凝土强度降低。”设计要求：水泥混凝土的混合料水灰比要求道面控制在0.44以内，道肩及防吹坪控制在0.46以内。

根据经验，本次试验我们选用水灰比（W/C）为0.44、0.43、0.42进行试配。

3.4确定大小碎石比例：

良好的骨料级配及粒形可使道面混凝土形成具有较大嵌锁力的密实骨架结构，对提高混凝土强度有利。同时由于道面混凝土的特殊受力方式（承受动荷载的反复冲击），包括泥块、土、石粉等软弱颗粒将使集料界面粘接强度大大降低，从而使混凝土的抗折强度也大大降低，所以对骨料用量及其级配应该严格要求。当骨料级配较佳时可得到相对应的最佳密实度。我们首先通过不同比例的大小碎石在相同的振实条件下，得到的混合料堆积密度大小来确定大小碎石的最佳混合比例。选取65∶35、60∶40、55∶45三种比例分别做堆积密度见表-1，以确定最佳掺配比例。从下表可以看出大小碎石的最佳比例应为60∶40。

表-1碎石堆积密度试验

3.6确定试配配合比

采用绝对体积法，经测定碎石表观密度为2.65g/m3，黄砂表观密度为2.61kg/m3，水泥表观密度取3.10g/m3；若以C0、W0、S0、G0分别表示1m3混凝土中水泥、水、砂、石子的用量（kg），以ρw、ρc、ρs、ρg分别表示水、水泥的密度和砂、石子的表观密度（g/cm3），10α表示混凝土中空气体积，则：C0/ρc+W0/ρw+S0/ρs+G0/ρg+10α=1000

式中，α为混凝土含气量（%），在不使用引气型外加剂时，可取α=1。

另：砂率砂率：SP=S0/（S0＋G0）×100%

根据上述公式计算计划表配合比见表-5：

表-5试验配合比

3.7混凝土试配：

1）拌合方式：采用SJD-60型强制式单卧轴混凝土搅料机拌合。

2）试件成型：用上述配合比参数制作小梁抗折试件，尺寸为150mm×150mm×550mm。

3）养护：采用标准养护（温度20℃±2℃）。

4）强度试验：抗折强度采用TYE-300A型抗折强度试验机试压。

3.8试配情况和成果分析：

根据计算所得配合比，试验室进行了试配，每组成型7d和28d试件各一组。在规定的龄期检测了28d强度，并按照正交计算表统计计算见-6。

表-6各组配合比28d强度的统计量计算表

通过方差分析表-7可以看出，因子C的作用不显著，即砂率是影响混凝土抗折强度的次要因素。因子B作用显著，因子A作用较显著，即影响混凝土抗折强度的最主要因素为水灰比，其次为水泥用量。最优的选择为A2B1C1。即水泥用量为325kg/m3，水灰比为0.42，砂率为31％，但因为机场混凝土为干硬性混凝土，考虑施工的和易性，参考强度检测结果，本次配合比道面混凝土选择组合A2B2C1，即水泥用量为320kg/m3，水灰比为0.43，砂率为31％；道肩、防吹坪配合比选择A1B2C2，即水泥用量为315kg/m3，水灰比为0.44，砂率为32％。这里可以看出正交试验的一个优点，正交试验可以根据各因子的所有水平搭配选做部分试验，其最终提出的较好配合比不一定在做过的试验之中，这正是正交表的均衡分散性带来的一大优点。而在选择配合比时我们还要考虑的一个因素就是骨料绝对体积对抗折强度的影响，在水泥浆足够连接集料的情况下，若是单纯追求和易性好而取较大的水泥用量，将导致混凝土抗折强度下降。究其原因是当水灰比一定时，如果增大水泥用量，则用水量将同时增大，即水泥浆体用量增大。而混凝土质量为水泥浆体用量与骨料用量的总和，也就是说，如此将导致混凝土中骨料用量的减少，所以，在水泥浆体用量较佳且混凝土振捣密实的前提下，所选级配骨料用量越大，则混凝土抗折强度越高。因此，建议混凝土配合比设计时应尽可能增加骨料用量。综合以上分析可以看出我们选择的配合比的合理性，也达到了此配合比设计要求里的目标。在接下来的试验段施工中将对此配合比进行进一步验证。

通过本次配合比试验，最终选择的配合比如表-8，表-9所示：

表-8道面混凝土配合比结果

参考文献：

[1].中华人民共和国行业标准《民用机场水泥混凝土面层施工技术规范》MH5006-2015中华民用航空局发布。

[2].中华人民共和国行业推荐性标准《公路水泥混凝土路面施工技术细则》JTG/TF30-2014中华人民共和国交通运输部发布。