多孔貧混凝土配合比設(shè)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(yīng)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(shè)計、多孔貧混凝土配合比設(shè)計進行研究，提出多孔貧混凝土的配合比設(shè)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(chǔ)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(guān)鍵詞：多孔貧混凝土原材料級配設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)內(nèi)，成為引起路面結(jié)構(gòu)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(cè)向滲入路面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)內(nèi)部。進入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水，可向路肩和路基兩側(cè)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(jié)構(gòu)便類似于被安置在封閉的“浴盆”內(nèi)。  進入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水，如果不能及時排出，將浸濕結(jié)構(gòu)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(diào)查和使用經(jīng)驗表明，進入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水是造成或加速路面損壞的主要原因。對此，國內(nèi)外進行了不少研究，力圖通過設(shè)計合理的排水基層材料以及內(nèi)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(shè)計時間內(nèi)能夠排除滲進路面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的要求。為此目的國內(nèi)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(jié)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(shè)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(jié)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(guān)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(yīng)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(yīng)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(shè)計要求時，考慮采用42.5級水泥。水泥的各項品質(zhì)應(yīng)滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。  1.2 粗集料  多孔混凝土粗集料應(yīng)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(yīng)不含有有機質(zhì)、風化物或其他有害雜質(zhì)。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(shù)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(shè)計  2.1集料級配組成設(shè)計  多孔混凝土的強度來源于水泥漿的粘結(jié)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(yīng)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(shè)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(yīng)盡可能小。  設(shè)計要求  混凝土種類 多孔貧混凝土 普通水泥混凝土  設(shè)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(shè)計  多孔混個凝土的級配設(shè)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)。根據(jù)talbol公式及相關(guān)經(jīng)驗，基于最大密度曲線理論進行級配組成設(shè)計。多孔混凝土集料級配應(yīng)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(shè)計  2.2.1設(shè)計標準  多孔混凝土的配比應(yīng)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(jié)構(gòu)內(nèi)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(jié)構(gòu)的組成部分，承受荷載作用，因此應(yīng)保證在排水能力的基礎(chǔ)上滿足混合料的強度或者模量要求。