正交法碾壓混凝土基層設(shè)計(jì)研究

摘要: 采用正交試驗(yàn)法對(duì)簡(jiǎn)易機(jī)場(chǎng)碾壓混凝土基層配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)研究, 發(fā)現(xiàn)用水量和水泥用量分別對(duì)改進(jìn)VC 值和3d 抗折強(qiáng)度具有顯著影響, 并用回歸分析方法得到用水量與改進(jìn)VC 值, 水泥用量與3d 抗折強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)回歸公式, 都具有較好的相關(guān)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上提出了用于簡(jiǎn)易機(jī)場(chǎng)基層的碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞: 碾壓混凝土( RCC) ; 配合比設(shè)計(jì); 正交試驗(yàn)法

中圖分類號(hào): TU528.01 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號(hào): 1002- 3550-( 2007) 02- 0082- 02

0 前言

　　簡(jiǎn)易機(jī)場(chǎng)是根據(jù)實(shí)際需要臨時(shí)快速開(kāi)設(shè)的機(jī)場(chǎng), 根據(jù)使用周期的長(zhǎng)短設(shè)計(jì)使用壽命, 一般都是幾個(gè)月。碾壓混凝土( Roller Compacted Concrete, 簡(jiǎn)稱RCC) 是一種含水率低, 通過(guò)振動(dòng)碾壓施工工藝達(dá)到高密度、高強(qiáng)度的無(wú)坍落度超干硬性水泥混凝土。其超干硬性的材料特點(diǎn)和碾壓成型的施工工藝特點(diǎn)使碾壓混凝土具有節(jié)約水泥、收縮小、施工速度快、強(qiáng)度高、開(kāi)放交通早等技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)。因此, 將碾壓混凝土用于簡(jiǎn)易機(jī)場(chǎng)道面結(jié)構(gòu)中會(huì)帶來(lái)較大的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。簡(jiǎn)易機(jī)場(chǎng)道面采用全厚式碾壓混凝土基層作為主要承重層, 減少施工工序, 加快施工進(jìn)度, 以達(dá)到快速開(kāi)設(shè)簡(jiǎn)易機(jī)場(chǎng)的目的。

1 試驗(yàn)用原材料

　　(1) 水泥: 陜西耀縣秦嶺牌P·O 42.5R, 其物理性能見(jiàn)表1。

　　(2) 集料: 粗骨料為石灰?guī)r碎石5~20mm, 產(chǎn)自陜西涇陽(yáng)料場(chǎng), 密度為2.75g/cm3; 細(xì)骨料為陜西渭河砂, 視密度為2.60g/cm3,細(xì)度模數(shù)為2.40。級(jí)配均滿足要求。

　　(3) 外加劑: KDNOF-6 緩凝減水劑, 摻量1%, 減水率14%。

2 正交試驗(yàn)

2.1 因素與水平的選擇

　　碾壓混凝土試件制作和測(cè)試方法按照J(rèn)TG E30-200《5 公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》的要求執(zhí)行。根據(jù)簡(jiǎn)易機(jī)場(chǎng)基層碾壓混凝土拌合物的主要組成成分, 配合比設(shè)計(jì)正交表考慮各因素不交互作用和各因素對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)的影響程度及規(guī)律。

　　為了根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建立起的經(jīng)驗(yàn)公式能較為準(zhǔn)確地選定稠度和強(qiáng)度滿足要求的配合比, 選取用水量、水泥用量和粗骨料填充體積率作為試驗(yàn)因素。簡(jiǎn)易機(jī)場(chǎng)道面控制早期抗折強(qiáng)度, 水

　　泥用量對(duì)混凝土早期強(qiáng)度高低具有顯著影響, 因此設(shè)計(jì)因素水平時(shí)比公路工程中用量稍高一些; 用水量按粗、細(xì)骨料飽和面干狀態(tài)計(jì), 粗骨料填充體積率根據(jù)公路工程中經(jīng)驗(yàn)選取水平范圍。因素與水平示于表2。

2.2 正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

　　根據(jù)L9( 34) 正交試驗(yàn)方案確定各個(gè)混凝土理論配合比, 采用“ 絕對(duì)體積法”( 假設(shè)空隙率為零) 進(jìn)行配合比材料用量計(jì)算。按照試驗(yàn)號(hào)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)條件分別進(jìn)行3d 抗折強(qiáng)度和改進(jìn)VC值的試驗(yàn)。用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理得到L9 ( 34) 正交表示于表3。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

　　從表3 中的Q 值可以看出, 在表2 所列出的用水量和水泥用量范圍之內(nèi), 各因素對(duì)VC 值的影響大小為: 用水量> > 誤

差> 碎石填充體積> 水泥用量; 對(duì)3d 抗折強(qiáng)度的影響大小為:水泥用量> > 誤差> 用水量> 碎石填充體積。這說(shuō)明了用水量對(duì)改進(jìn)VC 值起決定性作用, 水泥用量對(duì)3d 抗折強(qiáng)度起決定性作用, 這與以往的試驗(yàn)研究結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)相一致。

　　對(duì)表3 中的結(jié)果進(jìn)行回歸分析, 結(jié)果示于表4。由此可見(jiàn),用水量W與改進(jìn)VC 值, 3d 抗折強(qiáng)度F3 與水泥用量C 均有較好的相關(guān)關(guān)系。

3 配合比設(shè)計(jì)

　　簡(jiǎn)易機(jī)場(chǎng)碾壓混凝土基層配合比設(shè)計(jì)主要滿足早期抗折強(qiáng)度和施工工作性能要求。改進(jìn)VC 法是目前國(guó)內(nèi)外測(cè)定碾壓混凝土稠度的常用方法。用稠度表征碾壓混凝土施工工作性是一種較實(shí)用的方法。稠度將碾壓混凝土的流變性與機(jī)械施工的和易性及可碾性聯(lián)系起來(lái), 稠度是否合適直接影響到攤鋪后RCC 路面的密實(shí)度和平整度。由正交試驗(yàn)結(jié)果可知, 水泥用量和用水量分別對(duì)碾壓混凝土的早期抗折強(qiáng)度和施工工作性具有顯著影響, 碎石填充體積率無(wú)顯著影響。因此進(jìn)行簡(jiǎn)易機(jī)場(chǎng)碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí), 選定適宜的外加劑和水泥品種, 水泥等級(jí)宜為42.5R。根據(jù)上述回歸經(jīng)驗(yàn)公式可以確定用水量和水泥用量。粗細(xì)骨料的選取符合級(jí)配要求即可, 通常粗骨料填充體積率按表5 確定。

配合比具體設(shè)計(jì)步驟如下:

　　(1) 選擇粗骨料填充體積率Vg, 根據(jù)粗骨料振實(shí)容重!g,確定粗骨料用量G=!g×Vg。

　　(2) 根據(jù)稠度設(shè)計(jì)指標(biāo)( 改進(jìn)VC 值) 確定用水量W=144.0-21.84lgVC。

　　(3) 根據(jù)碾壓混凝土的配比抗折強(qiáng)度F3 確定水泥用量C=( F3+2.08) /0.022 42。

　　( 4) 按“ 絕對(duì)體積法”確定砂用量S=( 式中:W、C、G 分別為混凝土中水、水泥和碎石用量( kg/m3) ; "w、"c 分別為水和水泥的密度( g/cm3) ; "g、"s 分別為碎石、河砂飽和面干狀態(tài)下的近似密度( g/cm3) 。

　　(5) 根據(jù)水泥用量和外加劑性質(zhì)確定外加摻量。

　　(6) 提出理論配合比( 空隙率為0) 和標(biāo)準(zhǔn)配合比( 指定空隙率) 。

4 結(jié)論

　　碾壓混凝土用于簡(jiǎn)易機(jī)場(chǎng)道面基層中, 能很好地滿足簡(jiǎn)易機(jī)場(chǎng)早強(qiáng)和快速開(kāi)設(shè)的要求, 具有較好的應(yīng)用前景。從正交試驗(yàn)法對(duì)碾壓混凝土改進(jìn)VC 值和3d 抗折強(qiáng)度的研究中可以看出:

　　(1) 用水量和水泥用量分別對(duì)改進(jìn)VC 值和3d 抗折強(qiáng)度具有顯著影響, 得到經(jīng)驗(yàn)回歸公式表現(xiàn)出較好的相關(guān)關(guān)系, 對(duì)于碾壓混凝土基層設(shè)計(jì)具有重要參考價(jià)值。

　　(2) 粗骨料填充體積率對(duì)碾壓混凝土改進(jìn)VC 值和早期強(qiáng)度都無(wú)顯著影響, 進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)選擇合理級(jí)配即可滿足設(shè)計(jì)要求。

　　(3) 選擇合適的外加劑對(duì)于碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)十分重要, 碾壓混凝土本身用水量很少, 因此選取外加劑時(shí)不宜選取高效減水劑, 為了滿足施工要求, 外加劑應(yīng)具有緩凝作用。

參考文獻(xiàn):

　　[1] 楊金泉.碾壓混凝土路面施工技術(shù)[M].北京: 人民交通出版社, 2000.4.

　　[2] JTG F30- 2003, 公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

　　[3] JTG E30- 2005, 公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].

　　[4] 蔣新明.RCC+AC 路面施工平整度控制及碾壓技術(shù)[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化, 2001.5.

　　[5] 馬蘭.碾壓混凝土在唐津高速公路中的應(yīng)用[J].港工技術(shù), 2005.3.