新建停机坪5.0MPa抗折混凝土配合比设计
1. 各组成材料说明 1.1. 水泥
采用当地CILU牌425R普通硅酸盐散装水泥，其水泥物理性能指标见表1. 表1 CILU425R普通硅酸盐水泥物理性能指标
1.2. 粗集料
本项目混凝土粗集料采用刚果（金）金沙萨当地砂岩（砂岩是沉积岩的一种），采用4.75 ~16mm、16~31.5mm两种粒径集料。
表2 粗集料物理性能
根据《MHT 5004-2010 民用机场水泥混凝土道面设计规范》要求：针片状颗粒含量（按质量计）4.75~16mm应小于15%；16~31.5mm应小于10%。
在同等情况下，针片状颗粒更容易截断水向上的泌出通路，进而可能形成较大的孔洞，对混凝土的危害极大。通过试验可知所用集料的针片状满足要求。 表3 两种粗集料参配比例的选取
调整16-31.5mm石子和4.75-16mm石子所占比例，例如：表3
中11.3%*73%+0.8%*27% = 8.5%。可得出不同参配比例下合成后的集料的累计筛余量与理想累计筛余量（中线）的的相关系数，同时可得出各级累计筛余量中线的偏离值和平均偏离量。 表4
大小石子在不同比例下的相关系数和平均偏离量
从曲线可见，当大小石子的比例为72%：28%时，各级累计筛余量与理想筛余量的相关性最好，而当大小石子比例为74%：26%时，各级累计筛余量平均偏离中线的量最小，兼顾两方面的约束，取用73%：27%作为大小石子参配比例。
图1 相关系数和累计筛余量平均偏离中线的值的曲线图
图2 大小石子按73%：27%的比例合成后的级配曲线图
调整大石子(16~31.5mm ) 及小石子(4.75 ~16mm ) 的参配比例, 是为了减少骨架孔隙率, 增加混合料与砂浆的粘聚性, 减少离析。
1.3. 细集料
采用刚果河河砂，实测含泥量为1.88%，规范要求天然砂含泥量应小于2%，故满足要求。砂质纯净不含其它杂质，试验室检测细度模数。 表5 砂的细度模数试验记录
1.4. 减水剂
采用ADD-3高效缓凝减水剂，并采用检测机构所推荐的1.0%的掺量。
水泥水化实际所需的结合水一般只占水泥质量的23%左右，但在拌制混凝土拌合物时，为了获得必要的流动性，实际用水量约占水泥质量的40%-70%。减水剂可促使水泥颗粒相互分散，使水泥浆絮凝结构破坏，释放出被包裹部分水，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性，故不需要太多的用水量就可达到便于施工的和易性，而单位体积用水量的减小保障了混
凝土的抗折强度。
表6 ADD-3高效缓凝减水剂技术性能指标检测表
1.5. 确定各组成材料的用量
（1）计算配制强度
按照《民航工程水泥混凝土道面施工技术规范》的要求，混凝土的配制强度按设计抗折强度提高10%~15%（即1.10~1.15）。本机场的飞行区指标为E类，按规范其水泥混凝土设计强度不应低于5.0MPa。
F配=（1.10~1.15）F设
取F配=1.15F设=5.0×1.15=5.75MPa （2）计算水灰比
已知CILU425R普通硅酸盐水泥28天抗折强度fs=9.5MPa，计算水灰比： 5.75=-1.0079+0.3595×fs+1.5684C/W
W/C=0.47。所用减水剂在1%掺量时的实测减水率为21%，故0.47*（1-21%）= 0.37 （3）合理砂率的选取
在采用合理砂率时，在水泥浆用量一定的情况下，混凝土拌和物能获得最大的流动性且能保持良好的粘聚性和保水性，且抗折强度最佳。合理砂率随粗集料种类、最大粒径和级配、砂子的粗细程度和级配，混凝土的水灰比和施工要求的流动性而变化，需要根据实际施工条件，通过试验来选择。
由于选用了细砂，故应使用较小的砂率，由于现有规范中没有关于细度模数为2.2以下的砂的合理砂率范围的要求。按照细砂采用低砂率的原则，参考经验数据（特细砂砂率一般为25%，粉砂砂率一般为21%），本次所用的砂为较细的细砂，接近于特细砂，故暂取试验砂率Sp=27%。
（4）计算用水量、水泥用量、粗集料用量、细集料用量的计算
用水量W0=104.97+0.309×SL+11.27×C/W+0.61SP=154kg（坍落度SL取8mm，SP=27）。 水泥用量C=154÷0.37=417kg。 利用体积法计算粗细集料的用量：
表7 各种材料在混凝土中的所占的重量和体积
注：, α为含气量百分数，未掺引起剂时按《普通混凝土配合比设计规范》取1，故0.01α=0.01。
表中 a/2440+b/2700+b/995+0.135+0.002+0.154+0.01=1 ① 砂率为27%，则27%=a/(a+b+b×73%/27%) ② 利用以上两式求得a=494kg，b=361kg
在以上表格中，不宜用质量法计算粗、细集料和水泥的用量。即不宜在2300~2500kg/m³中假定一个数作为容重，再利用a+b+b×73%/27%+414+4.139+153等于这个假定的容重来构造等式。因为质量法的结果相对粗糙，仅适宜于低强度等级混凝土的粗细集料用量的计算。
根据以上的计算结果，得到砂率27%时的配合比如下： （5）合理砂率的验证
以上的配合比为砂率为27%时候的配合比，而合理砂率并不一定是27%，故需要进一步地验证合理砂率。
将上一步中的②式中的砂率25%替换为21%、23%、25%、29%，利用方程式：
SP= a/(a+b+b×73%/27%) Σ1m³内各材料所占体积=1m³
W0=104.97+0.309×SL+11.27×C/W+0.61SP C=W0/0.37
算得各种材料的用量，对各材料用量和坍落度、抗折强度进行统计，可得到表9内的数据。
图3 合理砂率的验证曲线
从试验结果可知，此配比的合理砂率为25%，而不是27%。从表内可知，砂率过小就不能保证在粗骨料之间有足够的砂浆层，会降低拌合物的流动性，而且会严重影响其粘聚性和保水性，容易造成离析、流浆等现象。砂率过大时，由于骨料的总表面积及空隙率都会增大，在各组的水泥浆含量几乎一定（各组水泥浆用量变化较小）的情况下，相对地减弱了水泥浆的润滑作用，而使混凝土拌合物的流动性减小。 （6）最终配合比
通过以上的计算和分析，可得到最终的配合比如下： 根据上表的数据显示，砂率为25%情况下的试块，7天抗折强度平均值为4.73MPa，28天抗折强度平均值为5.81MPa，大于5.75MPa，故满足要求。
1.6. 试验结论
（1）减水剂对半干硬性混凝土的影响。试验表明：当未掺减水剂时，用217kg/m³的用水量（水灰比0.53）才能拌合成型坍落度为6-9mm的混凝土，28天抗折强度为4.71MPa。而掺入1%的缓凝高效减水剂后，只需152kg/m³的用水量（水灰比0.37）就能拌合成型坍落度为6-9mm的混凝土，28天抗折强度为5.81MPa。所以减水剂改善了混凝土的和易性，提高了抗
折强度。掺入减水剂是一种行之有效的技术措施。
（2）干硬性混凝土采用150×150×550mm小梁试件，3块为一组，龄期28天。抗折试件是按照E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行，在600kN液压式压力试验机上进行（三分点加荷法）。
（3）试件的折断处均发生在梁中部1/3区段，观察小梁试件断裂面的密实程度，发现大小石子分布均匀，且形成坚固的骨架，石子之间水泥砂浆层粘结，嵌挤牢固。试件受到外力作用时，荷重主要由石子骨架承受，断裂面处石子受外力破坏的痕迹十分明显。
新建停机坪5.0MPa抗折混凝土配合比设计
1. 各组成材料说明 1.1. 水泥
采用当地CILU牌425R普通硅酸盐散装水泥，其水泥物理性能指标见表1. 表1 CILU425R普通硅酸盐水泥物理性能指标
1.2. 粗集料
本项目混凝土粗集料采用刚果（金）金沙萨当地砂岩（砂岩是沉积岩的一种），采用4.75 ~16mm、16~31.5mm两种粒径集料。
表2 粗集料物理性能
根据《MHT 5004-2010 民用机场水泥混凝土道面设计规范》要求：针片状颗粒含量（按质量计）4.75~16mm应小于15%；16~31.5mm应小于10%。
在同等情况下，针片状颗粒更容易截断水向上的泌出通路，进而可能形成较大的孔洞，对混凝土的危害极大。通过试验可知所用集料的针片状满足要求。 表3 两种粗集料参配比例的选取
调整16-31.5mm石子和4.75-16mm石子所占比例，例如：表3
中11.3%*73%+0.8%*27% = 8.5%。可得出不同参配比例下合成后的集料的累计筛余量与理想累计筛余量（中线）的的相关系数，同时可得出各级累计筛余量中线的偏离值和平均偏离量。 表4
大小石子在不同比例下的相关系数和平均偏离量
从曲线可见，当大小石子的比例为72%：28%时，各级累计筛余量与理想筛余量的相关性最好，而当大小石子比例为74%：26%时，各级累计筛余量平均偏离中线的量最小，兼顾两方面的约束，取用73%：27%作为大小石子参配比例。
图1 相关系数和累计筛余量平均偏离中线的值的曲线图
图2 大小石子按73%：27%的比例合成后的级配曲线图
调整大石子(16~31.5mm ) 及小石子(4.75 ~16mm ) 的参配比例, 是为了减少骨架孔隙率, 增加混合料与砂浆的粘聚性, 减少离析。
1.3. 细集料
采用刚果河河砂，实测含泥量为1.88%，规范要求天然砂含泥量应小于2%，故满足要求。砂质纯净不含其它杂质，试验室检测细度模数。 表5 砂的细度模数试验记录
1.4. 减水剂
采用ADD-3高效缓凝减水剂，并采用检测机构所推荐的1.0%的掺量。
水泥水化实际所需的结合水一般只占水泥质量的23%左右，但在拌制混凝土拌合物时，为了获得必要的流动性，实际用水量约占水泥质量的40%-70%。减水剂可促使水泥颗粒相互分散，使水泥浆絮凝结构破坏，释放出被包裹部分水，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性，故不需要太多的用水量就可达到便于施工的和易性，而单位体积用水量的减小保障了混
凝土的抗折强度。
表6 ADD-3高效缓凝减水剂技术性能指标检测表
1.5. 确定各组成材料的用量
（1）计算配制强度
按照《民航工程水泥混凝土道面施工技术规范》的要求，混凝土的配制强度按设计抗折强度提高10%~15%（即1.10~1.15）。本机场的飞行区指标为E类，按规范其水泥混凝土设计强度不应低于5.0MPa。
F配=（1.10~1.15）F设
取F配=1.15F设=5.0×1.15=5.75MPa （2）计算水灰比
已知CILU425R普通硅酸盐水泥28天抗折强度fs=9.5MPa，计算水灰比： 5.75=-1.0079+0.3595×fs+1.5684C/W
W/C=0.47。所用减水剂在1%掺量时的实测减水率为21%，故0.47*（1-21%）= 0.37 （3）合理砂率的选取
在采用合理砂率时，在水泥浆用量一定的情况下，混凝土拌和物能获得最大的流动性且能保持良好的粘聚性和保水性，且抗折强度最佳。合理砂率随粗集料种类、最大粒径和级配、砂子的粗细程度和级配，混凝土的水灰比和施工要求的流动性而变化，需要根据实际施工条件，通过试验来选择。
由于选用了细砂，故应使用较小的砂率，由于现有规范中没有关于细度模数为2.2以下的砂的合理砂率范围的要求。按照细砂采用低砂率的原则，参考经验数据（特细砂砂率一般为25%，粉砂砂率一般为21%），本次所用的砂为较细的细砂，接近于特细砂，故暂取试验砂率Sp=27%。
（4）计算用水量、水泥用量、粗集料用量、细集料用量的计算
用水量W0=104.97+0.309×SL+11.27×C/W+0.61SP=154kg（坍落度SL取8mm，SP=27）。 水泥用量C=154÷0.37=417kg。 利用体积法计算粗细集料的用量：
表7 各种材料在混凝土中的所占的重量和体积
注：, α为含气量百分数，未掺引起剂时按《普通混凝土配合比设计规范》取1，故0.01α=0.01。
表中 a/2440+b/2700+b/995+0.135+0.002+0.154+0.01=1 ① 砂率为27%，则27%=a/(a+b+b×73%/27%) ② 利用以上两式求得a=494kg，b=361kg
在以上表格中，不宜用质量法计算粗、细集料和水泥的用量。即不宜在2300~2500kg/m³中假定一个数作为容重，再利用a+b+b×73%/27%+414+4.139+153等于这个假定的容重来构造等式。因为质量法的结果相对粗糙，仅适宜于低强度等级混凝土的粗细集料用量的计算。
根据以上的计算结果，得到砂率27%时的配合比如下： （5）合理砂率的验证
以上的配合比为砂率为27%时候的配合比，而合理砂率并不一定是27%，故需要进一步地验证合理砂率。
将上一步中的②式中的砂率25%替换为21%、23%、25%、29%，利用方程式：
SP= a/(a+b+b×73%/27%) Σ1m³内各材料所占体积=1m³
W0=104.97+0.309×SL+11.27×C/W+0.61SP C=W0/0.37
算得各种材料的用量，对各材料用量和坍落度、抗折强度进行统计，可得到表9内的数据。
图3 合理砂率的验证曲线
从试验结果可知，此配比的合理砂率为25%，而不是27%。从表内可知，砂率过小就不能保证在粗骨料之间有足够的砂浆层，会降低拌合物的流动性，而且会严重影响其粘聚性和保水性，容易造成离析、流浆等现象。砂率过大时，由于骨料的总表面积及空隙率都会增大，在各组的水泥浆含量几乎一定（各组水泥浆用量变化较小）的情况下，相对地减弱了水泥浆的润滑作用，而使混凝土拌合物的流动性减小。 （6）最终配合比
通过以上的计算和分析，可得到最终的配合比如下： 根据上表的数据显示，砂率为25%情况下的试块，7天抗折强度平均值为4.73MPa，28天抗折强度平均值为5.81MPa，大于5.75MPa，故满足要求。
1.6. 试验结论
（1）减水剂对半干硬性混凝土的影响。试验表明：当未掺减水剂时，用217kg/m³的用水量（水灰比0.53）才能拌合成型坍落度为6-9mm的混凝土，28天抗折强度为4.71MPa。而掺入1%的缓凝高效减水剂后，只需152kg/m³的用水量（水灰比0.37）就能拌合成型坍落度为6-9mm的混凝土，28天抗折强度为5.81MPa。所以减水剂改善了混凝土的和易性，提高了抗
折强度。掺入减水剂是一种行之有效的技术措施。
（2）干硬性混凝土采用150×150×550mm小梁试件，3块为一组，龄期28天。抗折试件是按照E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行，在600kN液压式压力试验机上进行（三分点加荷法）。
（3）试件的折断处均发生在梁中部1/3区段，观察小梁试件断裂面的密实程度，发现大小石子分布均匀，且形成坚固的骨架，石子之间水泥砂浆层粘结，嵌挤牢固。试件受到外力作用时，荷重主要由石子骨架承受，断裂面处石子受外力破坏的痕迹十分明显。