正交法碾壓混凝土基層設(shè)計研究

摘要: 采用正交試驗法對簡易機(jī)場碾壓混凝土基層配合比進(jìn)行設(shè)計研究, 發(fā)現(xiàn)用水量和水泥用量分別對改進(jìn)VC 值和3d 抗折強度具有顯著影響, 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 抗折強度的經(jīng)驗回歸公式, 都具有較好的相關(guān)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上提出了用于簡易機(jī)場基層的碾壓混凝土配合比設(shè)計方法。

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

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

0 前言

　　簡易機(jī)場是根據(jù)實際需要臨時快速開設(shè)的機(jī)場, 根據(jù)使用周期的長短設(shè)計使用壽命, 一般都是幾個月。碾壓混凝土( Roller Compacted Concrete, 簡稱RCC) 是一種含水率低, 通過振動碾壓施工工藝達(dá)到高密度、高強度的無坍落度超干硬性水泥混凝土。其超干硬性的材料特點和碾壓成型的施工工藝特點使碾壓混凝土具有節(jié)約水泥、收縮小、施工速度快、強度高、開放交通早等技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢。因此, 將碾壓混凝土用于簡易機(jī)場道面結(jié)構(gòu)中會帶來較大的實用價值和經(jīng)濟(jì)效益。簡易機(jī)場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)到快速開設(shè)簡易機(jī)場的目的。

1 試驗用原材料

　　(1) 水泥: 陜西耀縣秦嶺牌P·O 42.5R, 其物理性能見表1。

　　(2) 集料: 粗骨料為石灰?guī)r碎石5~20mm, 產(chǎn)自陜西涇陽料場, 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

2.1 因素與水平的選擇

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

　　為了根據(jù)試驗結(jié)果建立起的經(jīng)驗公式能較為準(zhǔn)確地選定稠度和強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因素。簡易機(jī)場道面控制早期抗折強度, 水

　　泥用量對混凝土早期強度高低具有顯著影響, 因此設(shè)計因素水平時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, 粗骨料填充體積率根據(jù)公路工程中經(jīng)驗選取水平范圍。因素與水平示于表2。

2.2 正交試驗方案設(shè)計

　　根據(jù)L9( 34) 正交試驗方案確定各個混凝土理論配合比, 采用“ 絕對體積法”( 假設(shè)空隙率為零) 進(jìn)行配合比材料用量計算。按照試驗號對應(yīng)的試驗條件分別進(jìn)行3d 抗折強度和改進(jìn)VC值的試驗。用數(shù)理統(tǒng)計方法對試驗數(shù)據(jù)整理得到L9 ( 34) 正交表示于表3。

2.3 試驗結(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VC 值的影響大小為: 用水量> > 誤

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

　　對表3 中的結(jié)果進(jìn)行回歸分析, 結(jié)果示于表4。由此可見,用水量W與改進(jìn)VC 值, 3d 抗折強度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

　　簡易機(jī)場碾壓混凝土基層配合比設(shè)計主要滿足早期抗折強度和施工工作性能要求。改進(jìn)VC 法是目前國內(nèi)外測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, 稠度是否合適直接影響到攤鋪后RCC 路面的密實度和平整度。由正交試驗結(jié)果可知, 水泥用量和用水量分別對碾壓混凝土的早期抗折強度和施工工作性具有顯著影響, 碎石填充體積率無顯著影響。因此進(jìn)行簡易機(jī)場碾壓混凝土配合比設(shè)計時, 選定適宜的外加劑和水泥品種, 水泥等級宜為42.5R。根據(jù)上述回歸經(jīng)驗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)計步驟如下:

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

　　(2) 根據(jù)稠度設(shè)計指標(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度F3 確定水泥用量C=( F3+2.08) /0.022 42。

　　( 4) 按“ 絕對體積法”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

　　碾壓混凝土用于簡易機(jī)場道面基層中, 能很好地滿足簡易機(jī)場早強和快速開設(shè)的要求, 具有較好的應(yīng)用前景。從正交試驗法對碾壓混凝土改進(jìn)VC 值和3d 抗折強度的研究中可以看出:

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

　　(2) 粗骨料填充體積率對碾壓混凝土改進(jìn)VC 值和早期強度都無顯著影響, 進(jìn)行配合比設(shè)計時選擇合理級配即可滿足設(shè)計要求。

　　(3) 選擇合適的外加劑對于碾壓混凝土配合比設(shè)計十分重要, 碾壓混凝土本身用水量很少, 因此選取外加劑時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。

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