多孔貧混凝土配合比設計方法研究

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摘要：多孔貧混凝土作為路面排水基層材料在公路工程中得到了廣泛的應用，本文對材料作為路面排水基層材料的多孔貧混凝土的組成材料、集料級配組成設計、多孔貧混凝土配合比設計進行研究，提出多孔貧混凝土的配合比設計三大標準，即空隙率、滲透系數(shù)和強度。在大量經(jīng)驗數(shù)據(jù)基礎上，對多孔混凝土振動成型方法進行改進，為施工提供指導。 

關鍵詞：多孔貧混凝土原材料級配設計配合比 成型方法  abstract: as the material of road drainage layer, porous lean concrete has been widely used in highway engineering. the paper makes a research on the constituent material, aggregate gradation design, and mix ratio of porous lean concrete, puts forward the three standards of the mix ratio:porosity, permeability and strength, and based on a large number of empirical data, improves the vibration molding method of porous concrete, providing guidance for the construction.  key words: porous lean concrete; raw materials; gradation design;mix ratio; molding method  中圖分類號：tu377 文獻標識碼：a文章編號：2095-2104（2012）    水是造成路面結構過早損壞的原因。降落在路面上的水，大部分通過路面橫坡和縱坡流向路肩和路基以外，而有一部分沿路面接縫和裂縫及面層空隙滲入到路面結構內，成為引起路面結構水損壞的主要水來源。當?shù)貏萜教埂⒌乇矸e水及路堤低矮時，水有可能從側向滲入路面結構中。從此，地下水的毛細作用以蒸發(fā)水運動也有可能導致水進入路面結構內部。進入路面結構內部的水，可向路肩和路基兩側滲流而逐漸排走。當路基和路肩基（墊）層由低透水性的材料組成時，則水向外滲流的速度很慢，需數(shù)周甚至數(shù)月才能排除，路面結構便類似于被安置在封閉的“浴盆”內。  進入路面結構內部的水，如果不能及時排出，將浸濕結構層材料和路基，使其強度下降，變性增加。更為嚴重的是，在行車荷載作用下形成高壓水流，加速產(chǎn)生路面的許多病害，如水泥混凝土路面的唧泥、錯臺和斷裂以及瀝青路面的松散、龜裂和坑槽等。大量路面損壞狀況調查和使用經(jīng)驗表明，進入路面結構內的水是造成或加速路面損壞的主要原因。對此，國內外進行了不少研究，力圖通過設計合理的排水基層材料以及內部排水系統(tǒng)已減少直至消除路面的水損壞，從而提高路面使用性能，延長使用壽命。  排水基層必須滿足三方面：首先，具有足夠的滲透性，在規(guī)定的設計時間內能夠排除滲進路面結構中的水；其次，具有一定的強度以支撐路面的施工操作；最后，具有足夠的強度以滿足路面結構的要求。為此目的國內外主要有三種途徑：其一，從密級配粒料中去除一些細料，達到所要求的滲透性，形成開級配粒料排水基層；其二，采用水泥或瀝青穩(wěn)定開級配粒料，形成結合料穩(wěn)定類排水基層；其三，加大空隙率和水泥用量，以達到更高的滲透性、強度和穩(wěn)定性，形成多孔混凝土排水基層。  多孔貧混凝土亦稱為大孔混凝土或多孔混凝土，是由水泥、粗集料和水拌制而成的貧混凝土。它作為一種新型排水基層材料而基于水泥穩(wěn)定碎石和普通混凝土之間。由于骨料間隙率更大，并較于水泥穩(wěn)定碎石的水泥用量有所增加，多孔混凝土的排水性能和強度都比水泥穩(wěn)定碎石有較大提高。  多孔混凝土配合比設計與普通混凝土不同，在集料級配組成、水泥含量及水灰比等方面都有一些特殊的要求，既要保證多孔性、又要保證作為路面結果組成部分的力學強度。然而，高滲透性和強度之間是此消彼長的關系，需要綜合考慮各方面的因素，才能定出最優(yōu)方案。  1原材料要求  1.1水泥  水泥是多孔混凝土的重要組成部分，雖然用量少，卻是決定多孔混凝土強度的重要因素。道路工程中常用的五大品種水泥均可應用，對于高鋁水泥、膨脹水泥、快硬水泥等一般不采用。由于從拌合到壓實，一般需要2h，應優(yōu)先選用終凝時間較長水泥。  與目前大多基層用水泥類似，多孔混凝土宜選用32.5級水泥，當強度不能滿足設計要求時，考慮采用42.5級水泥。水泥的各項品質應滿足相關技術規(guī)范的要求。  1.2 粗集料  多孔混凝土粗集料應選用潔凈、堅硬而耐久的碎石，由于多孔混凝土水泥用量有限，水泥石與集料的粘接強度是多孔混凝土最薄弱的環(huán)節(jié)，集料應不含有有機質、風化物或其他有害雜質。其最大粒徑、壓碎值、含泥量和針片狀顆粒含量需滿足表1的要求  多孔混凝土用粗集料的技術要求  1.3 其他  多孔混凝土拌合物要有足夠的水，以滿足水泥水化和壓實的需要。人或牲畜飲用的水，均可使用。  此外，多孔混凝土具有開放式空隙，施工中水分容易損失，使混合料表面的水泥漿過早初凝，造成表面顆粒松散現(xiàn)象，影響其強度。在高溫天氣施工時，可以通過使用外加劑使拌合物保水與緩凝。  2 多孔貧混凝土配合比的設計  2.1集料級配組成設計  多孔混凝土的強度來源于水泥漿的粘結力和集料之間的嵌擠作用，但是由于水泥用量較少，因此集料級配的嵌擠作用相對較大。而且為了保證多孔混凝土良好的排水性能，集料中應不含或含有盡量少細集料?？梢娂霞壟涫菦Q定多孔混凝土強度和排水能力的重要因素。  多孔混凝土和普通混凝土的級配設計，在工程中的要求不同 。前者要求一定的空隙率以便能充分排水或透水，同時也具有一定的力學強度；而后者則偏重力學性能，空隙率應盡可能小。  設計要求  混凝土種類 多孔貧混凝土 普通水泥混凝土  設計要求 a．混合料空隙率滿足一定要求  b．集料間有最大摩阻力，混合料有一定力學強度 a．空隙率最小，混合料最密實  b．集料間具有最大摩阻力  2.1.2多孔混凝土的粗集料設計  多孔混個凝土的級配設計要求具有一定的空隙率以便能充分排水，同時必須具有一定的力學強度，不含細集料或細集料用量一般不超過10%的多孔混凝土排水基層是一種骨架空隙結構，依靠顆粒間的嵌擠作用提高強度。理想的多孔混凝土是粗集料受壓后在排列中互相嵌擠又互不干涉，相互之間有較大的摩擦力，形成排列緊密的多級空間骨架結構。根據(jù)talbol公式及相關經(jīng)驗，基于最大密度曲線理論進行級配組成設計。多孔混凝土集料級配應滿足下表要求  多孔混凝土集料級配要求    2.2多孔混凝土配合比的設計  2.2.1設計標準  多孔混凝土的配比應同時滿足空隙率、滲透系數(shù)及強度三方面的要求。  多孔混凝土空隙率越高，排水性能越好。為迅速排除滲入路面結構內的自由水，必須保證多孔混凝土的多孔隙性。滲透系數(shù)是多孔混凝土滲透性的直接度量。排水基層作為路面結構的組成部分，承受荷載作用，因此應保證在排水能力的基礎上滿足混合料的強度或者模量要求。