預(yù)拌混凝土在道路工程中的應(yīng)用

馬永勝，潘宗芬，殷繼偉

（1. 哈爾濱佳連混凝土技術(shù)開發(fā)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150008 2. 貴州畢節(jié)磐石建材有限公司，貴州 畢節(jié) 551603）

預(yù)拌混凝土在道路工程中的應(yīng)用

馬永勝1，潘宗芬2，殷繼偉1

（1. 哈爾濱佳連混凝土技術(shù)開發(fā)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150008 2. 貴州畢節(jié)磐石建材有限公司，貴州 畢節(jié) 551603）

近年來隨著預(yù)拌混凝土的高速發(fā)展，預(yù)拌混凝土被廣泛適用于各種工程，在預(yù)拌混凝土用于澆筑道路時，作為預(yù)拌混凝土廠家應(yīng)如何做？本文將談到道路混凝土的配合比設(shè)計(jì)思路，原材料的選取，施工中遇到的狀況，以及應(yīng)對措施與解決方法。

混凝土；道路面層；抗折強(qiáng)度；耐久性

0 引言

道路混凝土一般指剛性路面也就是白色路面，普遍為素混凝土。素混凝土指的是沒有鋼筋，或者沒有配制受力鋼筋?；炷粱w的抗拉強(qiáng)度偏低?；炷猎谑湛s或膨脹時，容易出現(xiàn)開裂，所以配制道路混凝土?xí)r應(yīng)將混凝土的收縮降到最低。

預(yù)拌混凝土大多數(shù)是泵送混凝土，泵送混凝土有著工作性好（坍落度大）、施工進(jìn)度快、省人力物力等優(yōu)點(diǎn)，泵送混凝多應(yīng)用于鋼筋混凝土中，但泵送混凝土卻與道路混凝土的設(shè)計(jì)理念不盡相同。

預(yù)拌混凝土較常規(guī)現(xiàn)場攪拌的混凝土有規(guī)模大、生產(chǎn)工藝先進(jìn)、原材料的質(zhì)量控制穩(wěn)定性好、人員的管理制度完善、生產(chǎn)計(jì)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。但往往預(yù)拌混凝土廠家與施工現(xiàn)場距離較遠(yuǎn)，運(yùn)輸車輛多為攪拌罐車，這就使得混凝土坍落度大于標(biāo)準(zhǔn)要求，雖然坍落度變大后施工性增強(qiáng)，但對混凝土的抗折強(qiáng)度、耐久性有一定影響，所以在道路混凝土配合比設(shè)計(jì)時應(yīng)將這些因素考慮進(jìn)去。

1 工程簡介

工程位于黑龍江省安達(dá)市，屬安達(dá)市達(dá)某工程中的環(huán)湖路，設(shè)計(jì)三、四級公路，中輕度交通。全程長度約14公里?；炷撩鎸訛榘搴?0cm，基層為8%水泥穩(wěn)定碎石?；炷?8d齡期要求抗折強(qiáng)度不低于4.5MPa。路面寬度不大于4.5m所以不設(shè)置縱向縫。

橫向縮縫為假縫間距4m，脹縫為100m一道下方設(shè)置傳力桿。

2 混凝土原材料的選用

在選用道路混凝土原材料時，首先考慮原材料對混凝土抗折強(qiáng)度的影響；其次考慮原材料對混凝土耐久性的影響；再其次要考慮其對混凝土工作性的影響；最后要考慮原材料的質(zhì)量穩(wěn)定性以及廠家的規(guī)模、價(jià)格等因素的影響。

2.1 水泥

水泥是混凝土中最重要的原材料，水泥膠砂強(qiáng)度的高低直接影響混凝土的強(qiáng)度 。所以從混凝土抗折強(qiáng)度的角度考慮，水泥要選抗折強(qiáng)度高的水泥。同時對鐵鋁酸四鈣有一定要求，鐵鋁酸四鈣過低水泥的抗折強(qiáng)度達(dá)不到要求，但鐵鋁酸四鈣過高將導(dǎo)致難以抹面施工，最終影響平整度，一般要求鐵鋁酸四鈣含量12%～20%。

在考慮道路混凝土的耐久性時，應(yīng)注意水泥中C3A的含量，C3A在水泥熟料中反應(yīng)速率最快，同時C3A的含量將直接影響著水泥的反應(yīng)速度，當(dāng)C3A的含量過高時將加快混凝土的早期收縮，混凝土容易出現(xiàn)開裂。

在選用水泥時同時應(yīng)考慮混合材摻量以及種類。標(biāo)準(zhǔn)中要求摻有窯灰、煤矸石、火山灰、燒粘土、煤渣做為混合材的水泥是禁止應(yīng)用于道路混凝土中的，主要是因?yàn)檫@幾種混合材會增加混凝土的收縮，對混凝土的抗裂性能不利。對混凝土的疲勞動載性能也有一定影響。

水泥中的混合材一般以礦渣、粉煤灰為主。礦渣和粉煤在一定程度下都會降低水泥的耐磨性能，隨著水泥的耐磨性能下降時，混凝土的耐磨性能也會下降。若水泥中的混合材產(chǎn)量較高，水泥漿體過于黏稠，振動粘度系數(shù)過大，對面層的平整度有影響。

綜合考慮后選取的是安達(dá)市亞泰水泥分公司生產(chǎn)的P·O42.5水泥、該廠家生產(chǎn)的水泥各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求，并且強(qiáng)度富余系數(shù)高、穩(wěn)定性好。水泥各項(xiàng)性能見表1。

2.2 粗集料

選用粗集料時應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)要求盡量選用Ⅰ級或者Ⅱ級骨料。那么要先從哪個指標(biāo)開始入手呢？首先要考慮的就是粗骨料的對混凝土抗折強(qiáng)度的影響；其次應(yīng)該考慮粗集料對混凝土耐久性的影響，特別是對抗裂性能與耐磨性能的影響；最后應(yīng)考慮粗集料對工作性能的影響。

粗集料的公稱粒徑既不是越大越好，也不是越小越好。粗集料的粒徑越大與水泥的交界面也就越小，隨之膠結(jié)能力也就越差。在振搗時容易出現(xiàn)離析導(dǎo)致砂漿過于集中，不但影響混凝土的抗折強(qiáng)度同時對混凝土表面的耐磨性有一定影響。同時粒徑過大混凝土的流變性能變差，不易于施工，試驗(yàn)表明粒徑越大越省水泥漿，但公稱粒徑超過40mm時則效果不明顯。

通常情況粗集料粒徑變小混凝土的抗折強(qiáng)度會有所提高，但當(dāng)粒徑小于 26.5mm 時，此時粗集料起不到剛性骨架的力量。粒徑變小比表面積卻會變大，為保證混凝土的和易性，則需要更多的水泥漿體進(jìn)行包裹，會增加混凝土的收縮，同時不利于耐久性。

表1 水泥的標(biāo)準(zhǔn)要求及復(fù)檢性能指標(biāo)

粗集料的級配，可以選用連續(xù)級配，或者按照標(biāo)準(zhǔn)要求采用2-4的單粒級進(jìn)行級配。當(dāng)混凝土中集料級配斷檔時，孔隙率變大混凝土變得不密實(shí)，同時需要更多的水泥砂漿進(jìn)行填充，這無疑增加了混凝土的收縮。

粗集料的含泥量，無論對混凝土抗折強(qiáng)度或是抗壓強(qiáng)度都是有害的，因?yàn)槟鄷皆谒啾砻孀璧K水泥漿體與集料膠結(jié)，所以膠結(jié)能力變差混凝土強(qiáng)度降低，同時因?yàn)槟鄷揭欢ㄋ詾楸ＷC混凝土的工作性水膠比也會隨之增加。含泥量過高會增加混凝土的收縮，極易在混凝土內(nèi)部形成有害裂縫影響混凝土的強(qiáng)度。

綜合以上幾點(diǎn)作者選用的粗集料性能如表2。

表2 粗集料復(fù)檢性能

2.3 細(xì)集料

選用細(xì)集料時首先應(yīng)考慮砂的細(xì)度模數(shù)，道路混凝土一般選用較粗的天然砂或機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)控制在2.0～3.7之間。

當(dāng)砂過細(xì)時干縮的可能性會變大，同時單位用水量變大，在保證水膠比的情況下，配制混凝土的水泥用量就大，不利于混凝土的抗裂性能。當(dāng)砂顆粒較細(xì)時，不容易與水泥膠結(jié)，影響強(qiáng)度。

當(dāng)砂顆粒較粗時混凝土的保水性變差，容易出現(xiàn)泌水離析。造成混凝土的內(nèi)部勻質(zhì)性降低，表面強(qiáng)度降低，起皮、起砂。同時應(yīng)考慮砂的級配，若級配不合理，不但需要更多的水泥漿體，混凝土也不密實(shí)。

選用砂子其次要考慮它的含泥量，含泥量不但會影響強(qiáng)度而且會增加混凝土的收縮，并且砂中含泥量過大，會造成混凝土坍落度損失快，漿體過稠不宜于施工。

表3 細(xì)集料復(fù)檢性能指標(biāo) %

3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

道路混凝土配合比設(shè)計(jì)，主要思路就是最低坍落度、最低的水泥用量、最低的用水量、最低的砂率?；炷恋目拐蹚?qiáng)度在一定情況下，隨著水膠比的降低、砂率的降低、水泥用量的增加而升高。同時水膠比的增加、水泥用量的增加、不但浪費(fèi)成本同時不利于混凝土耐久性。

3.1 確定混凝土的試配強(qiáng)度

依據(jù)JTGTF 30—2014中標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，t按表取0.20， s按表取0.84，cv取0.15

注：fr取4.0（依據(jù)JTGD 40—2011）

3.2 確定水膠比

依據(jù)JTGTF 30—2014中標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大水膠比，所以選取水膠比為0.48

注：fs為水泥28d實(shí)測抗折強(qiáng)度值8.0MPa

3.3 確定砂率

砂率根據(jù)查表與經(jīng)驗(yàn)選定34%。

3.4 確定用水量

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求混凝土出機(jī)坍落度應(yīng)控制在10～30mm，但因用混凝土攪拌罐車進(jìn)行運(yùn)輸，如此小的坍落度無法進(jìn)行裝卸，所以將混凝土坍落度調(diào)整至(80±20)mm。根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)坍落度及經(jīng)驗(yàn)，用水量選取170kg/m3。

3.5 碎石級配

將三個單粒級的碎石進(jìn)行級配，以達(dá)到連續(xù)級配的目的。為的是保證混凝土的密實(shí)性，降低混凝土中的孔隙率。試驗(yàn)證明當(dāng)混凝土中碎石級配斷檔時，對混凝土的抗折強(qiáng)度有相當(dāng)大的影響。增加水泥用量只會增加混凝土的抗壓強(qiáng)度，對混凝土的抗折強(qiáng)度增長不明顯。9～19.0mm 的碎石占 15%，16.0～31.5mm的碎石占35%，20～40mm 的碎石占50%。3.6 混凝土配合比計(jì)算及混凝土試拌

采用密度法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，初定混凝土的密度為2400kg/m3，通過計(jì)算出的水膠比與用水量，確定水泥用量為355kg?；炷恋呐浜媳扰c試拌配合比（30L）見表4。并且依據(jù)JTGF 30—2003中規(guī)定分別增加和減少20kg水泥，同時進(jìn)行混凝土試拌與強(qiáng)度檢驗(yàn)見表5。

表4 混凝土配合比

表5 試驗(yàn)結(jié)果

3.7 選定配合比

用1m3為容積的容器，將混凝土進(jìn)行密度實(shí)測，實(shí)測值為2410kg/m3與設(shè)計(jì)密度相差不超過2%，所以設(shè)計(jì)密度選取2400kg/m3合理。根據(jù)計(jì)算出混凝土28d抗折強(qiáng)度要高于4.91MPa，所以按照要求選取的配合比見表6。

表6 選定的配合比

4 試驗(yàn)段試驗(yàn)

試驗(yàn)段全長400m路面單幅寬3m，路面厚度為20cm，攤鋪設(shè)備為三輥軸機(jī)組。

混凝土坍落度控制在 80～100mm。混凝土在運(yùn)輸以及整個攤鋪澆筑期間，工作性良好，并未出現(xiàn)異常?；炷脸跄龝r間約為 4 個小時終凝時間約為 6 小時。

混凝土在初凝之后終凝之前，是預(yù)拌混凝土出現(xiàn)開裂的高發(fā)期。因?yàn)榛炷猎谶@段時間內(nèi)還沒有形成一定的抗拉強(qiáng)度。當(dāng)混凝土失水后，容易形成表面微裂縫，如不進(jìn)行封閉，裂縫會繼續(xù)發(fā)展與混凝土內(nèi)部的裂縫連通，最后會形成影響結(jié)構(gòu)安全的有害裂縫。所以混凝土要在混凝土臨近終凝時進(jìn)行二次抹壓，甚至多次摸壓。二次抹壓還可以將混凝土表面壓實(shí)，修整表面的平整度。在抹壓之后用無紡?fù)凉げ歼M(jìn)行覆蓋，保證混凝土的濕養(yǎng)護(hù)。

試驗(yàn)段整個施工流程及施工圖見圖1、2。

混凝土切縫是為了在混凝土面層中，制造薄弱的環(huán)節(jié)，這樣的混凝土在收縮時會在薄弱的地方出現(xiàn)開裂，也就是說，既然混凝土要開裂我們無法避免，那么我們就讓它在規(guī)定的地方裂，這樣大大減少了混凝土短板的幾率。

混凝土切縫一般在12小時之后，但最晚不得超過24小時。時間短由于混凝土沒有形成一定的強(qiáng)度，如此時切縫混凝土中的碎石會從中蹦出，切縫附近也有可能因?yàn)闄C(jī)械的擾動出現(xiàn)裂縫。如切縫時間晚混凝土收縮已經(jīng)出現(xiàn)開裂，切縫就失去作用了。

圖1 施工流程圖

圖2 混凝土施工圖

5 試驗(yàn)段試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題

試驗(yàn)段全長400m出現(xiàn)了3條斷板及一些質(zhì)量問題的情況（見圖3），遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超出了標(biāo)準(zhǔn)要求。混凝土拌合站負(fù)責(zé)人員、施工負(fù)責(zé)人員、監(jiān)理單位負(fù)責(zé)人員進(jìn)行分析。分析出現(xiàn)開裂的原因如下：

（1）試驗(yàn)段澆筑當(dāng)日平均溫度為 20 度。最高溫度為 29度?；炷灵_裂出現(xiàn)在約 26～30 小時之間。當(dāng)時由于特殊原因切縫沒有及時。

（2）由于試驗(yàn)段地理位置的特殊，在基層在進(jìn)行壓實(shí)時，為了躲避管線、沉井等兩端基層不實(shí)造成了混凝土的不均勻沉降。

為減少混凝土斷板，項(xiàng)目部決定作出以下幾點(diǎn)調(diào)整：

（1）為降低混凝土收縮，混凝土拌合站將配合比進(jìn)行優(yōu)化。

（2）加強(qiáng)人員管理，對混凝土的切縫要及時、振搗要到位。

（3）對基層進(jìn)行重新檢驗(yàn)，如不符合要求時須處理之后才能進(jìn)行混凝土的澆筑。

圖3 試驗(yàn)段混凝土質(zhì)量問題

6 混凝土的配合優(yōu)化

調(diào)查混凝土拌合站的原材料，發(fā)現(xiàn)原材料并未有什么變化，骨料含泥量也較低，所以降低混凝土的收縮，主要思路在降低水泥用量與用水量。JTGTF 30—2014中標(biāo)準(zhǔn)要求采用三輥軸機(jī)組的施工工藝，碎石混凝土最大單位用水量為153kg/m3。試驗(yàn)段中配合比用水量為170kg/m3。

超出標(biāo)準(zhǔn)要求主要因?yàn)榛炷劣脭嚢韫捃囘M(jìn)行運(yùn)輸，153kg用水量無法達(dá)到所要求的坍落度。所以在配合比優(yōu)化時，采取降低單位用水量的辦法是，將混凝土中摻入適量的引氣高效減水劑，下圖所示為同配合比，同減水組份。不同引氣組份所試驗(yàn)的結(jié)果見圖4。

圖4 混凝土中含氣量與混凝土抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

根據(jù)圖4 含氣量與28d混凝土抗折強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度的關(guān)系式，在同時考慮混凝土抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度以及混凝土耐久性的情況。選取混凝土含氣量4% 為最佳。優(yōu)化后的配合比見表7。

表7 優(yōu)化后的配合比 kg/m3

7 施工中遇見的問題

7.1 混凝土的開裂

澆筑當(dāng)天全長共700m，混凝土澆筑方量為580m3。裂縫出現(xiàn)在混凝土澆筑之后的15至20個小時內(nèi)，裂縫為橫向裂縫，700m長的面層共出現(xiàn)3條。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)混凝土拌合站的配合比和原材料未發(fā)生變化。在混凝土澆筑前幾層的強(qiáng)度平整度均有技術(shù)人員進(jìn)行檢測。而且近幾日內(nèi)混凝土并未有開裂的情況出現(xiàn)。

后經(jīng)過調(diào)查，混凝土開裂的原因主要由于兩家混凝土攪拌站的混凝土進(jìn)行了混卸。當(dāng)時在工程中其他部位的泵送混凝土因特殊原因沒有其他位置混用。現(xiàn)場管理人員認(rèn)為同樣是C30混凝土不應(yīng)該出現(xiàn)問題，所以就混卸到道路混凝土中。圖5 為不同廠家混凝土被混卸的照片。

因?yàn)椴煌瑥S家的混凝土使用的水泥不同，所以混凝土中水泥的熟料就不同，混凝土收縮及凝結(jié)時間就不一致，配合比設(shè)計(jì)與原材料的使用也不相同，在混凝土相膠結(jié)的地方是最薄弱的，非常容易出現(xiàn)混凝土開裂（圖6）。

即使同一攪拌站的C30混凝土因澆筑部位不同，混凝土的配合比設(shè)計(jì)也不同（砂率、水膠比等）。泵送混凝土一般為鋼筋混凝土，該工程中所需要的素混凝土從設(shè)計(jì)理念上就有不同，所以即使同一家的混凝土改變澆筑部位也需要經(jīng)過技術(shù)人員的確認(rèn)及試驗(yàn)才可。

圖5 不同廠家的混凝土拌合站卸料

圖6 混凝斷板

7.2 混凝土泌水

在工程其他標(biāo)段的試驗(yàn)段時，混凝土出現(xiàn)了泌水情況，通過分析是由于混凝土的水膠比過大，原材料中水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量比較低造成的。泌水會引起混凝土起皮起砂。混凝土的耐磨性變差。后經(jīng)過混凝土配合比優(yōu)化，向混凝土中加入優(yōu)質(zhì)的引氣劑后混凝土泌水未出現(xiàn)。是因?yàn)榱己玫囊龤鈩蚧炷林幸雰?yōu)質(zhì)的小氣泡，而氣泡可以將混凝土正在向上運(yùn)動的自由水進(jìn)行包裹，將其穩(wěn)定在氣泡周圍。圖7和圖8 分別是混凝土表面泌水及泌水后混凝土形成兩種顏色的照片。

7.3 施工時遇上下雨天

混凝土澆筑時遇上下雨天，要做好應(yīng)急預(yù)案。否則下雨會沖走混凝土的水泥漿體，造成混凝土的強(qiáng)度下降。如遇大雨混凝土的防雨措施不及時，混凝土?xí)霈F(xiàn)離析現(xiàn)象。首先工作人員應(yīng)掌握好天氣的變化，最好能避開雨天施工。同時在施工時應(yīng)準(zhǔn)備好塑料布等材料。下雨時應(yīng)首先將澆筑完成的混凝土表面覆蓋，并停止收工留下伸縮縫，等雨停后在進(jìn)行混凝土的收光。若下雨時間長，可以用電抹子，在進(jìn)行表面處理。如遇到混凝土被雨水沖到，應(yīng)將離析的混凝土進(jìn)行扣除，重現(xiàn)進(jìn)行澆筑。雨停過后如想繼續(xù)澆筑應(yīng)將基層的水進(jìn)行排除，否則會影響混凝土的質(zhì)量。在混凝土生產(chǎn)時，同時也應(yīng)該注意混凝土骨料的含水量，來調(diào)整混凝土配合比。圖9～12 為雨天施工現(xiàn)場圖。

圖7 澆筑后的混凝土表面泌水

圖8 泌水后混凝土形成兩種顏色

圖9 施工人員與云彩賽跑加速進(jìn)行處理

圖10 雨后混凝土卸料但基層里有積水

圖11 部分混凝土被雨水沖離析

圖12 將已經(jīng)攤鋪完的混凝土進(jìn)行覆蓋

8 結(jié)論

預(yù)拌混凝土有著穩(wěn)定性好，計(jì)量準(zhǔn)確，生產(chǎn)規(guī)范化等的好處。但在應(yīng)用于道路時，應(yīng)著重考慮混凝土抗折強(qiáng)度、耐久性。在預(yù)拌混凝土設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)都有別于現(xiàn)場生產(chǎn)的混凝土。應(yīng)將各種因素考慮進(jìn)去，選取最合適原材料，生產(chǎn)工藝，去滿足道路混凝土所需要的各種要求。事實(shí)證明，預(yù)拌混凝土在應(yīng)用于道路時，是可以通過優(yōu)化配合比等措施，來滿足標(biāo)準(zhǔn)與施工要求的。作者作為預(yù)拌混凝土廠家的技術(shù)人員，與大家分享自己的拙見，所道之處有錯誤請各位砼仁指導(dǎo)。

[1] GB/T 50080—2011．普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法[S]．

[2] GB/T 50081—2016．普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] JTGTF 30—2014．公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則[S]．

[4] JTG D 40—2011．公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

［通訊地址］哈爾濱佳連混凝土技術(shù)開發(fā)有限公司（150008）

馬永勝，高級工程師，工商管理碩士。中國砂石協(xié)會委員；中國土木工程學(xué)會混凝土質(zhì)量專業(yè)委員會委員；中國土木工程學(xué)會混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)專業(yè)委員會委員；中國土木工程學(xué)會建筑材料測試專業(yè)委員會常務(wù)委員；中國混凝土與水泥制品協(xié)會混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)專業(yè)委員會委員；中國商品混凝土行業(yè)企業(yè)專家委員會主任委員；哈爾濱佳連混凝土技術(shù)開發(fā)有限公司總經(jīng)理；哈爾濱興昌建材有限公司總工程師。長期從事預(yù)拌混凝土的常規(guī)品、特制品的配制及研發(fā)；高性能混凝土、透水混凝土、橋梁等特殊預(yù)拌混凝土的研發(fā)配制；混凝土新型礦物摻合料的研發(fā)與應(yīng)用；混凝土新型混凝土減水劑、泵送劑及其它外加劑的研發(fā)與應(yīng)用；預(yù)拌混凝土質(zhì)量事故鑒定；冬季施工混凝土配制及研發(fā)。