正交法碾压混凝土基层设计研究

摘要: 采用正交试验法对简易机场碾压混凝土基层配合比进行设计研究, 发现用水量和水泥用量分别对改进VC 值和3d 抗折强度具有显著影响, 并用回归分析方法得到用水量与改进VC 值, 水泥用量与3d 抗折强度的经验回归公式, 都具有较好的相关关系。在此基础上提出了用于简易机场基层的碾压混凝土配合比设计方法。

关键词: 碾压混凝土( RCC) ; 配合比设计; 正交试验法

中图分类号: TU528.01 文献标志码: A 文章编号: 1002- 3550-( 2007) 02- 0082- 02

0 前言

　　简易机场是根据实际需要临时快速开设的机场, 根据使用周期的长短设计使用寿命, 一般都是几个月。碾压混凝土( Roller Compacted Concrete, 简称RCC) 是一种含水率低, 通过振动碾压施工工艺达到高密度、高强度的无坍落度超干硬性水泥混凝土。其超干硬性的材料特点和碾压成型的施工工艺特点使碾压混凝土具有节约水泥、收缩小、施工速度快、强度高、开放交通早等技术经济上的优势。因此, 将碾压混凝土用于简易机场道面结构中会带来较大的实用价值和经济效益。简易机场道面采用全厚式碾压混凝土基层作为主要承重层, 减少施工工序, 加快施工进度, 以达到快速开设简易机场的目的。

1 试验用原材料

　　(1) 水泥: 陕西耀县秦岭牌P·O 42.5R, 其物理性能见表1。

　　(2) 集料: 粗骨料为石灰岩碎石5~20mm, 产自陕西泾阳料场, 密度为2.75g/cm3; 细骨料为陕西渭河砂, 视密度为2.60g/cm3,细度模数为2.40。级配均满足要求。

　　(3) 外加剂: KDNOF-6 缓凝减水剂, 掺量1%, 减水率14%。

2 正交试验

2.1 因素与水平的选择

　　碾压混凝土试件制作和测试方法按照JTG E30-200《5 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》的要求执行。根据简易机场基层碾压混凝土拌合物的主要组成成分, 配合比设计正交表考虑各因素不交互作用和各因素对设计指标的影响程度及规律。

　　为了根据试验结果建立起的经验公式能较为准确地选定稠度和强度满足要求的配合比, 选取用水量、水泥用量和粗骨料填充体积率作为试验因素。简易机场道面控制早期抗折强度, 水

　　泥用量对混凝土早期强度高低具有显著影响, 因此设计因素水平时比公路工程中用量稍高一些; 用水量按粗、细骨料饱和面干状态计, 粗骨料填充体积率根据公路工程中经验选取水平范围。因素与水平示于表2。

2.2 正交试验方案设计

　　根据L9( 34) 正交试验方案确定各个混凝土理论配合比, 采用“ 绝对体积法”( 假设空隙率为零) 进行配合比材料用量计算。按照试验号对应的试验条件分别进行3d 抗折强度和改进VC值的试验。用数理统计方法对试验数据整理得到L9 ( 34) 正交表示于表3。

2.3 试验结果分析

　　从表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围之内, 各因素对VC 值的影响大小为: 用水量> > 误

差> 碎石填充体积> 水泥用量; 对3d 抗折强度的影响大小为:水泥用量> > 误差> 用水量> 碎石填充体积。这说明了用水量对改进VC 值起决定性作用, 水泥用量对3d 抗折强度起决定性作用, 这与以往的试验研究结果和经验相一致。

　　对表3 中的结果进行回归分析, 结果示于表4。由此可见,用水量W与改进VC 值, 3d 抗折强度F3 与水泥用量C 均有较好的相关关系。

3 配合比设计

　　简易机场碾压混凝土基层配合比设计主要满足早期抗折强度和施工工作性能要求。改进VC 法是目前国内外测定碾压混凝土稠度的常用方法。用稠度表征碾压混凝土施工工作性是一种较实用的方法。稠度将碾压混凝土的流变性与机械施工的和易性及可碾性联系起来, 稠度是否合适直接影响到摊铺后RCC 路面的密实度和平整度。由正交试验结果可知, 水泥用量和用水量分别对碾压混凝土的早期抗折强度和施工工作性具有显著影响, 碎石填充体积率无显著影响。因此进行简易机场碾压混凝土配合比设计时, 选定适宜的外加剂和水泥品种, 水泥等级宜为42.5R。根据上述回归经验公式可以确定用水量和水泥用量。粗细骨料的选取符合级配要求即可, 通常粗骨料填充体积率按表5 确定。

配合比具体设计步骤如下:

　　(1) 选择粗骨料填充体积率Vg, 根据粗骨料振实容重!g,确定粗骨料用量G=!g×Vg。

　　(2) 根据稠度设计指标( 改进VC 值) 确定用水量W=144.0-21.84lgVC。

　　(3) 根据碾压混凝土的配比抗折强度F3 确定水泥用量C=( F3+2.08) /0.022 42。

　　( 4) 按“ 绝对体积法”确定砂用量S=( 式中:W、C、G 分别为混凝土中水、水泥和碎石用量( kg/m3) ; "w、"c 分别为水和水泥的密度( g/cm3) ; "g、"s 分别为碎石、河砂饱和面干状态下的近似密度( g/cm3) 。

　　(5) 根据水泥用量和外加剂性质确定外加掺量。

　　(6) 提出理论配合比( 空隙率为0) 和标准配合比( 指定空隙率) 。

4 结论

　　碾压混凝土用于简易机场道面基层中, 能很好地满足简易机场早强和快速开设的要求, 具有较好的应用前景。从正交试验法对碾压混凝土改进VC 值和3d 抗折强度的研究中可以看出:

　　(1) 用水量和水泥用量分别对改进VC 值和3d 抗折强度具有显著影响, 得到经验回归公式表现出较好的相关关系, 对于碾压混凝土基层设计具有重要参考价值。

　　(2) 粗骨料填充体积率对碾压混凝土改进VC 值和早期强度都无显著影响, 进行配合比设计时选择合理级配即可满足设计要求。

　　(3) 选择合适的外加剂对于碾压混凝土配合比设计十分重要, 碾压混凝土本身用水量很少, 因此选取外加剂时不宜选取高效减水剂, 为了满足施工要求, 外加剂应具有缓凝作用。

参考文献:

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