道路混凝土对水泥的质量要求

　　本文简要地介绍了道路水泥混凝土的特点和技术要求，以及道路水泥混凝土对水泥的质量要求，并给出了工程实例，旨在帮助水泥生产企业技术人员更好地了解和组织生产用于水泥混凝土道路的水泥。

 

　　1.前言

　　近年来，我国经济建设迅速发展，公路运输事业突飞猛进，高等级公路里程快速增长，水泥混凝土路面作为主要的路面结构形式，自上世纪90年代以来，在公路建设中得到了飞速发展。截至到2004年底，我国就已建成沥青混凝土与水泥混凝土两种高级路面总和44.2万公里，其中25.7万公里为水泥混凝土路面，占总数的58%。

　　水泥混凝土路面具有刚度大、强度高、使用耐久和日常养护工作量小等优点。从长期投资看，它优于沥青路面，因而在一些城市道路、工矿道路、机场跑道的建造中都已大量修建了水泥混凝土路面，部分高等级公路也修筑了水泥混凝土路面。加之近年来全球性的资源、能源危机，导致石油产品的供不应求，沥青价格飞涨，这也进一步促进了水泥混凝土道路的迅猛发展，加大了对用于水泥混凝土路面的水泥的需求。我国是世界上第一大水泥生产国，具有全世界最富足的水泥资源，目前全国水泥产量已超过12亿吨。随着我国社会、经济和交通事业的迅速发展，水泥凝土路面将会得到更加广泛的应用。

　　由于各种各样的原因，我国很多水泥企业技术人员对建设水泥混凝土路面，尤其是高速公路路面用的水泥的质量要求了解不多，使一些水泥厂生产的水泥无法确保道路混凝土的质量，或者是水泥生产企业无法通过生产道路用水泥获得更好的经济效益。笔者在工作中经常碰到有水泥企业技术人员希望了解这方面的知识，因此，本文拟简要介绍道路混凝土对水泥的质量要求，以帮助水泥生产企业技术人员更好地了解和组织生产用于水泥混凝土道路的水泥。

　　2.道路混凝土及水泥混凝土路面

　　路面是道路的上部结构，常由各种坚硬材料分层铺筑于路基之上，路面应能承受交通荷载和大自然各种破坏因素的作用。因此，对路面的使用要求是：应具有足够的强度和刚度，使路面不裂、不碎、不沉、耐磨、无轮辙和推移；应具有足够的稳定性，使路面能承受冷热、干湿、冻融和荷载的长期反复作用；应具有足够的耐久性，使路面在荷载、气候因素的长期综合多次作用下耐疲劳、耐老化：应具有足够的平整度，使车轮与路面之间有足够的附着力和摩阻力；应具有与周围环境的协调性，主要包括洁净、低振动、低噪音、质地、亮度及色彩等方面。

　　路面通常是按面层的使用品质、材料以及结构强度和稳定性等划分等级，一般分为高级、次高级、中级、低级等四个等级。高速公路和一级公路是汽车专用路，采用的路面等级是高级。　

　　凡是用于各种路面材料的混凝土都称之为道路混凝土。道路混凝土按照其材质不同主要分成两类：一为道路水泥混凝土，二是道路沥青混凝土。下文中提到的道路混凝土主要是指道路水泥混凝土。

　　道路水泥混凝土是指以硅酸盐水泥或其它特种水泥为胶结材料，以砂石为集料，可加入矿物掺合料或其它少量外加剂拌合而成的混合料，经过浇筑或碾压成型，通过水泥的水化、硬化从而形成具有一定强度，用于铺筑道路的混凝土。

　　水泥混凝土路面，按照材料不同，可分为素混凝土路面、钢筋混凝土路面、预制混凝土路面、预应力混凝土路面和钢纤维混凝土路面等。

　　水泥混凝土路面所承受的轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为4级，分级范围如表1所示。

　　3.道路水泥混凝土路面的特点

　　水泥混凝土路面是最近十几年来才发展起来的，国内外对水泥混凝土路面的修筑技术一直进行着不懈地研究和总结，使水泥混凝土路面在技术上日臻完善，近年来在我国得到广泛推广应用。水泥混凝土是公路与城市道路、机场道面最常见的路面面层材料。水泥混凝土具有如下主要优缺点。

　　（1）道路水泥混凝土路面的优点

　　a) 强度高。混凝土路面具有较高的抗压、抗折、抗磨耗、耐冲击等力学性能，适合于繁重交通的路面和机场跑道。

　　b) 稳定性好。混凝土路面不怕日晒雨淋，不怕严寒酷热，经得起干湿循环与冻融循环的侵蚀作用，具有良好的水稳定性与耐候性，可应用于冰冻和水淹地区。

　　c) 整体性好。混凝土路面板体刚度大，荷载应力分布均匀，板面厚度较薄，而且外露于表面，容易进行铺筑与修整，适于路基软弱地区。

　　d) 耐久性好。水泥混凝土路面耐久性优于沥青混凝土，沥青混凝土路面一般使用年限为5年，而水泥混凝土路面可达20～40年，特别在水侵蚀环境中能保持良好的通行能力，适用于气候条件差地区。

　　e) 色泽鲜明。水泥混凝土路面反光能力强，有利于夜晚行车，还可以根据需要做成不同颜色的混凝土路面。

　　（2）道路水泥混凝土路面的缺点

　　a)　水泥混凝土路面呈脆性，刚度大，变形能力差，不能吸收由于温度等因素引起的变形。所以水泥混凝土路面需要在横向、纵向设置伸缩缝和施工缝，影响路面的连续性和平整性，而刚性的路面吸收震动和噪音的能力低，影响行车舒适性。

　　b)　水泥混凝土路面对超载比较敏感，一旦外荷载超过设计极限强度，混凝土板便会出现断裂，其修补工作也较沥青混凝土路面困难。

　　c)　施工期较长。水泥混凝土路面需要较长时间的养护，铺筑后一般需要14～21天才能使用。

　　4.道路水泥混凝土对水泥的质量要求

　　道路水泥混凝土的组成材料基本上与普通混凝土相同，也是由胶凝材料、集料和外加剂等材料组成，但是由于道路混凝土的特殊性，某些对普通混凝土影响不大的原材料，对道路混凝土对有着显著的影响，因此，道路混凝土对混凝土原材料质量有着特殊的要求。本文主要介绍道路水泥混凝土对水泥的要求，不涉及混凝土用的其它原材料。

　　4.1水泥品种

　　水泥作为混凝土的胶结材料，其质量的好坏在很大程度上决定了混凝土性能的优劣。为提高道路利用率，增强混凝土的耐久性，应选用早期强度高、耐磨性强、抗冻性好的水泥。　

　　特重、重交通路面宜采用旋窑生产的道路硅酸盐水泥，也可采用旋窑生产的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；中、轻交通的路面可采用矿渣硅酸盐水泥；低温天气施工或有快通要求的路段可采用R型水泥，此外宜采用普通型水泥。《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTG F30-2003)中规定各交通等级路面水泥抗折强度、抗压强度应符合表2的规定。表2 各交通等级路面水泥各龄期的抗折强度、抗压强度要求。

　　各交通等级路面所使用水泥的化学成分、物理性能等路用品质要求应符合表3的规定。表3 各交通等级路面用水泥的化学成分和物理指标。

　　4．2水泥强度等级

　　水泥强度等级的选用，应从混凝土试配强度、和易性、耐久性及经济性等方面考虑。不宜用低标号水泥配制高强度等级混凝土，否则水泥用量大，混凝土收缩大，耐久性差；也不宜用高标号水泥配制低强度等级混凝土，否则水泥用量少，混凝土和易性和耐久性差，而要求增加水泥用量，会造成水泥浪费，成本提高。按照路面交通等级，道路混凝土设计的抗折强度一般在4.0～5.5 MPa之间。根据经验，抗折强度设计等级为4.0～4.5 MPa时，应选用32.5级水泥；设计等级为5.0～5.5MPa时，应选用42.5级水泥。表4为道路水泥混凝土各龄期控制强度值。

　　4．3水泥温度 水泥温度是导致混凝土早期开裂的一个主要原因，近年来尤其是高性能混凝土的大量采用，这方面的工程质量事故也时有发生。通常，道路水泥混凝土施工时，一般采用机械化铺筑，宜选用散装水泥。散装水泥的夏季出厂温度：南方不宜高 于65℃，北方不宜高于55℃；混凝土搅拌时的水泥温度：南方不宜高于60℃，北方不宜高于50℃，且不宜低于10℃。

　　4．4水泥混合材　

　　随着公路基础设施建设的加快及公路建设水泥混凝土技术的不断进步， 同样要求公路水泥混凝土具有早强、高强、低水化热、大流动性、轻质、高密实、高耐久性、成本低、易成型、易养护等特性，为了满足此要求，混合水泥或矿物掺合料已经广泛应用于公路工程的水泥混凝土中， 并起着不可缺少的的作用。混合水泥中最常用的是粉煤灰硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥。随着水泥新标准的实施，32.5级水泥也只有混合水泥才存在。

　　粉煤灰是硅酸盐水泥中最常用的、也是全国各地都有的资源最多的混合材。大量试验证明，水泥中掺加优质粉煤灰，可极大地改善混凝土拌合物的和易性，较细的粉煤灰颗粒，能很好地填充到混凝土的细微孔隙中，使硬化混凝土更加致密。但对道路混凝土而言，粉煤灰水泥配制的混凝土因早期强度低，不利于提高道路利用率，且耐磨性下降，因而在道路混凝土中的应用仍需要严格控制粉煤灰的掺量和质量。

　　混凝土路面在使用粉煤灰作为掺合料时，根据相关规定，应掺用质量指标符合表5规定的电收尘I、II级干排或磨细粉煤灰，不得使用III级粉煤灰。贫混凝土、碾压混凝土基层或复合式路面下面层应掺用符合表5规定的III级或III级以上粉煤灰，不得使用等级外粉煤灰【1】。对用作为水泥混合材的粉煤灰，虽然与作为混凝土掺合料的要求并不完全相同，但表5的要求也可作为参考。

　　注：①45pm气流筛的筛余量换算为8μm水泥筛的筛余量时换算系数约为2.4；

　　②混合砂浆的活性指数为掺粉煤灰的砂浆与水泥砂浆的抗压强度比的百分数，适用于所配制混凝土强度等级大于等于C40的混凝土；当配制的混凝土强度等级小于C40时，混合砂浆的活性指数要求应满足28d括号中的数值。

　　矿渣水泥或磨细矿渣作为掺合料在道路水泥混凝土中也已开始应用。有研究显示，在确保施工质量的前提下，矿渣掺量为40%的道路混凝土28d抗折强度达到9.1MPa。而且混凝土的耐磨性、抗渗性、抗冻性、收缩性能等耐久性以及疲劳等路用性能均得到了大幅的提高【1】。　

　　5．道路水泥混凝土工程实例

　　由于道路水泥混凝土施工的特殊性，坍落度宜为10～25mm 。考虑到商品混凝土的生产设备和运输设备在混凝土坍落度小于70mm时难以运行，对设备的损耗也较大，因此在道路施工中，商品混凝土的坍落度一般较大。下面列举某商品混凝土搅拌站进行混凝土路面设计的实例【1】。

　　（1）原材料选择

　　水泥：P.0 32.5R水泥及P.O 42.5R水泥；

　　砂：河砂，细度模数2.6，中砂Ⅱ区；石：碎石，5~31.5mm连续级配；

　　粉煤灰：某电厂Ⅱ级灰；

　　外加剂： Point—A型高效减水剂。

　　（2）配合比及施工应用情况

　　一般来说，对于厂区或小区的路面，其设计强度等级较低，对水泥的强度等级要求也低；而对于市政工程的道路建设，其设计强度等级较高，对水泥的强度等级要求较高。但道路混凝土工程有一个共性，就是通常对工期要求较短，以尽快保证道路畅通，因此常采用早强水泥。具体应用实例如表6所示：

　　从表6可以看出，针对不同要求的道路路面混凝土，选用适当的水泥，采取合理的混凝土配合比，完全可以满足C25到C40等级的路面混凝土要求。混凝土性能如表7所示：

　　从表7可知，所用水泥配制的混凝土具有较高的混凝土早期强度，包括早期抗折强度，表7中3d抗折强度可达设计抗折强度的65%，28d抗折强度可达设计强度的120%。在施工方面，这种混凝土在到达工地时坍落度为70mm左右，刚好能满足卸料要求，且混凝土不离析，不泌水，和易性良好，易于施工；初凝时间在8h以内。避免了由于混凝土内外层凝结时间差异而导致的“起壳”现象，混凝土终凝后养护14d，后期强度稳定增长。而且，这两个工程项目的具有早强功能的路面混凝土使用至今路面情况良好。

　　6．结语

　　我国公路建设的飞速发展，已使水泥混凝土路面发展成为主要的路面结构形式，水泥生产企业技术人员应该了解和掌握有关水泥混凝土路面及其对水泥质量要求的专业知识，以更好地组织生产用于道路水泥混凝土建设所需的水泥，为国家经济建设作出更大的贡献，同时也可更好地拓宽市场，为水泥企业获得更好的经济效益。