【正文】 單元 2 水泥混凝土施工技術(shù) 教學(xué)目標(biāo) ： ；能夠進(jìn)行普通混凝土配合比設(shè)計(jì) 。 ，以及混凝土的拌和與運(yùn)輸；掌握滑模攤鋪機(jī)鋪筑 、三輥軸攤鋪機(jī) 鋪筑 、軌道攤鋪機(jī) 鋪筑以及 小型機(jī)具鋪筑 的施工技術(shù) 。 、橋面鋪裝技術(shù)，以及混凝土砌塊路面的施工技術(shù)。 原材料的技術(shù)要求 水泥混凝土通常由水泥、粗集料、細(xì)集料和水四部分組成。 20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)始，減水劑等外摻劑的發(fā)明成為混凝土的第五組分，混凝土進(jìn)入高強(qiáng)或高工作性階段 。 90 年代以來(lái)，出于經(jīng)濟(jì)和環(huán)保以及對(duì)混凝土耐久性的考慮，粉煤灰成為高強(qiáng)高性能混凝土的第六組分。因此，本節(jié)主要討論路面混凝土對(duì)水泥、粉煤灰、粗集料、細(xì)集料、外摻劑和水等的技術(shù)要求。 水泥混凝土質(zhì)量的好壞，除了配合比及其攪拌質(zhì)量外，與原材料的質(zhì)量和技術(shù)指標(biāo)關(guān)系很大。高速公路路面水泥混凝土是承受很大沖擊、振動(dòng)、疲勞、磨損、外界溫濕度影響的動(dòng)載結(jié)構(gòu)用材料，它比靜載結(jié)構(gòu)用水泥混凝土材料的質(zhì)量要求高得多。若用普通靜載結(jié)構(gòu)混凝土原材料的技術(shù)要求來(lái)衡量路面混凝土，將難于滿足高速公路的苛刻使用條件和環(huán)境要求。因此，施工前和施 工過(guò)程中，嚴(yán)格科學(xué)地選擇、生產(chǎn)和使用高質(zhì)量的原材料，是建造優(yōu)質(zhì)高等級(jí)公路水泥混凝土路面基本物質(zhì)前提。 水泥 水泥是水泥混凝土路面中最重要的膠凝材料，其質(zhì)量直接影響水泥混凝土路面彎拉強(qiáng)度、抗沖擊振動(dòng)性能、疲勞循環(huán)周次、體積穩(wěn)定性和耐久性等關(guān)鍵物理力學(xué)性能和路用品質(zhì)，必須引起高度重視。與瀝青路面中的瀝青相比，我國(guó)對(duì)水泥混凝土路面中使用水泥的技術(shù)要求遠(yuǎn) 不及其嚴(yán)格。我國(guó)高速公路使用的瀝青，國(guó)產(chǎn)瀝青不行，進(jìn)口重交通瀝青也不行，目前在推廣使用重交通改性瀝青。我們希望能夠嚴(yán)格執(zhí)行《公路水泥混凝土路 面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F302020)對(duì)路用水泥提出的各項(xiàng)技術(shù)要求，從原材料入手控制水泥混凝土路面質(zhì)量。 1．水泥的品種、強(qiáng)度等級(jí) 高速公路水泥混凝土路面所用的水泥應(yīng)采用抗折強(qiáng)度高、耐疲勞、收縮小、耐磨性強(qiáng)、抗凍性好的水泥。新修訂施工規(guī)范規(guī)定：特重、重交通混凝土路面應(yīng)采用旋窯道路硅酸鹽水泥，宜 采用旋窯硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥；中、輕交通的路面可采用礦渣硅酸鹽水泥。低溫天施工、有快通要求的路段可采用 R 型水泥，一般情況宜采用普通型水泥。各級(jí)交通路面水泥各齡期抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度不得低于表 211 的規(guī)定。 各級(jí)交通路面水泥各齡期的強(qiáng)度 表 211 交通等級(jí) 特重交通 重交通 中、輕交通 齡期 (d) 3 28 3 28 3 28 抗壓強(qiáng)度≥ (MPa) 抗折強(qiáng)度≥ ( MPa) 從上述規(guī)定可明確以下幾點(diǎn)： （ 1）特重、重交通公路必須使用旋窯水泥 高速、一級(jí)和重交通二級(jí)公路混凝土路面用各種水泥推薦采用旋窯生產(chǎn)的質(zhì)量穩(wěn)定、性能可靠的水泥，除非特殊情況，不得使用立窯生產(chǎn)的水泥。對(duì)特 重和重交通水泥混凝土路面上特別規(guī)定采用旋窯水泥的主要理由是立窯水泥的游離氧化鈣和氧化鎂較高、水泥性能穩(wěn)定性較差。因?yàn)榱⒏G水泥，一窯和另一窯質(zhì)量不同；同一窯中，窯底部和上部、中間和邊緣燒成溫度和煅燒條件均不同。立窯熟料中，礦物成分、抗折強(qiáng)度和質(zhì)量變異性均較大，實(shí)際工程中檢驗(yàn)出的問(wèn)題較多。如其游離氧化鈣超過(guò) 2%和氧化鎂超過(guò) 7%很常見(jiàn)，連安定性也經(jīng)常會(huì)出問(wèn)題。研究表明：即使安定性合格的水泥，水泥中的游離氧化鈣和氧化鎂含量對(duì)路面混凝土的耐動(dòng)載交通的疲勞循環(huán)周次有 3～ 5 倍的影響，成為影響混凝土路面使用壽命能否達(dá)到 30年的關(guān)鍵因素。對(duì)此，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)和理解靜載結(jié)構(gòu)與動(dòng)載混凝土路面及鋼筋混凝土橋梁對(duì)水泥要求的實(shí)質(zhì)性差別。 2020 年，我國(guó)年產(chǎn) 億噸水泥中，只有 億噸水泥是旋窯生產(chǎn)的，僅占 1/3 左右。在國(guó)內(nèi)不出本省可得到旋窯水泥。如果全部交通等級(jí)限制只能使用旋窯水泥，許多地方確有困難。在這種特殊條件下，我們也不能排斥礦物成分、安定性、抗折強(qiáng)度和質(zhì)量變異性都能控制住的高質(zhì)量立窯水泥可在中、輕交通二級(jí)以下公路上的使用。 （ 2）路面適用的水泥品種 特重、重交通公路優(yōu)先（應(yīng)）使用道路硅酸鹽水泥，宜采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥 ，中等以下交通量的路面，也可采用礦渣硅酸鹽水泥。其他混合水泥不得在混凝土路面中使用。有生產(chǎn)粉煤灰硅酸鹽水泥的廠家對(duì)此提出質(zhì)疑，認(rèn)為在混凝土中允許摻粉煤灰，為何不能直接使用粉煤灰水泥？原因是粉煤灰水泥中粉煤灰的最大允許摻量高達(dá) 45%，而在路面混凝土中，純熟料水泥情況下，粉煤灰的最大摻量不得大于 30%在普通水泥中，粉煤灰的最大允許摻量不超過(guò) 15%，就是普通水泥已經(jīng)摻加的混合材與混凝土中外摻粉煤灰總和不得超過(guò) 30%。否則，在路面現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)較差的條件下，表面耐磨性即使長(zhǎng)齡期也不能滿足要求。 （ 3）正常施工條件宜使用普 通型水泥，不宜使用 R 型水泥 在低溫天施工、有快通要求的路段或快速修復(fù)工程中，可采用 R 型水泥。原因是 R 型早強(qiáng)水泥的水化放熱量大，溫峰值高而集中，凝結(jié)時(shí)間相對(duì)較短，不利于控制斷板和溫度裂縫，更不便于拌和物遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，特別是在夏季熱天施工，不得采用。但在冬季負(fù)溫條件下，有利于蓄熱保溫和養(yǎng)生，盡早達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度。搶修工程要加快施工速度和混凝土凝結(jié)硬化，所以冬季和搶修工程推薦采用 R 型水泥。 （ 4）以實(shí)測(cè)抗折強(qiáng)度來(lái)選擇和使用水泥 表 211 中各級(jí)交通路面水泥各齡期抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度與《道路硅酸鹽水泥》 (GB 1369392)、《硅酸鹽水泥和普通水泥》 (GB 1751999)有差別。但是，無(wú)論水泥強(qiáng)度等級(jí)多少，均應(yīng)以其實(shí)測(cè)抗折強(qiáng)度為準(zhǔn)來(lái)選擇和使用。 首先是現(xiàn)行水泥規(guī)范中所規(guī)定的強(qiáng)度等級(jí)由抗壓強(qiáng)度確定，并不完全代表水泥的抗折強(qiáng)度．而水泥混凝土路面的第一力學(xué)指標(biāo)是其彎拉強(qiáng)度。如普通水泥 級(jí)，有的抗折強(qiáng)度高達(dá) 8MPa，可否在高等級(jí)公路上使用？其次，目前滑模攤鋪水泥混凝土的水灰比在～ 之間，經(jīng)常使用的是 ～ 的水灰比，與水泥標(biāo)準(zhǔn)軟練砂漿的水灰比一致，此時(shí)，水泥的抗折強(qiáng)度是混凝土彎拉強(qiáng)度不可 逾越的上限。若水泥的抗折強(qiáng)度不高，即使抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度車(chē)級(jí)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，也可能做不到設(shè)計(jì)加施工保證率所要求的試配混凝土彎拉強(qiáng)度≥ MPa 以上的要求。所以，應(yīng)以水泥實(shí)測(cè)抗折強(qiáng)度≥ ～ 8MPa 為選擇高速公路混凝土路面用水泥。水泥實(shí)測(cè)抗折強(qiáng)度越高，對(duì)保障混凝土路面抗折強(qiáng)度越有利。 表 211 中在要求抗折強(qiáng)度的同時(shí)，也對(duì)水泥的抗壓強(qiáng)度提出了要求，主要原因是水泥的采購(gòu)和使用時(shí)必須要先明確其強(qiáng)度等級(jí)，水泥在公路路面工程中使用的前提是抗壓強(qiáng)度等級(jí)必、須符合要求，同時(shí)抗折強(qiáng)度也應(yīng)符合要求。水泥強(qiáng)度是抗壓強(qiáng) 度等級(jí)和抗折強(qiáng)度雙指標(biāo)要求，兩者應(yīng)同時(shí)滿足。 2．水泥的礦物組成、物理性能等路用品質(zhì)要求 各級(jí)公路混凝土路面所使用水泥的礦物組成、物理性能等路用品質(zhì)要求應(yīng)符合表 212的規(guī)定。水泥進(jìn)場(chǎng)時(shí)每批量應(yīng)附有齊全的礦物組成、物理、力學(xué)指標(biāo)合格的檢驗(yàn)證明。水泥進(jìn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)附有檢驗(yàn)證明，使用前應(yīng)對(duì)水泥的安定性、凝結(jié)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、抗折強(qiáng)度、細(xì)度等主要技術(shù)指標(biāo)檢驗(yàn)合格后，方可使用。水泥的存放期不得超過(guò)三個(gè)月。 各級(jí)交通路面用水泥的礦物組成和物理指標(biāo) 表 212 水 泥 性 能 特重、重交通路面 中、輕交通路面 鋁 酸三鈣 不宜 % 不宜 % 鐵鋁酸四鈣 不宜 % 不宜 % 游離氧化鈣 不得 % 不得 % 氧化鎂 不得 % 不得 % 三氧化硫 不得 % 不得 % 堿含量 22Na O+ O %? 懷疑有堿活性骨料時(shí)，≤ % 無(wú)堿活性骨料時(shí)，≤ % 混合材種類(lèi) 不得摻窯灰、煤矸石、火山灰和粘 土，有抗鹽凍要求不得摻石灰石粉 不得摻窯灰、煤矸石、火山灰和粘土，有抗鹽凍要求不得摻石灰石粉 出磨時(shí)安定 性 雷氏夾或蒸煮法檢驗(yàn)必須合格 蒸煮法檢驗(yàn)必須合格 標(biāo)稠需水量 不宜 28% 不宜 30% 燒失量 不得 % 不得 % 比表面積 宜在 300～ 500（ 2m/kg ） 宜在 300～ 450( 2m/kg ) 細(xì)度 (80m? ) 篩余量不得 10% 篩余量不得 10% 初凝時(shí)間 終凝時(shí)間 不早于 不遲于 10h 不早于 不遲于 10h 28d 干縮率 ? 不得 % 不得 % 耐磨性 ? 不得 （ 2kg/m ） 不得 ( 2kg/m ) 注： 28d 干縮率和耐磨性指標(biāo)及試驗(yàn)方法采用《道路硅酸鹽水泥》 (GB 1369392)標(biāo)準(zhǔn)。 （ 1）水泥的礦物組成 水泥的礦物組成主要有硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣 ，其中滿足水泥混凝土路面較高抗折強(qiáng)度最重要的是硅酸三鈣和鐵鋁酸四鈣，應(yīng)該保證特重、重交通公路混凝土路面用水泥的硅酸三鈣不小于 50%，鋁酸三鈣不大于 5%，鐵鋁酸四鈣不低于 l5%（道路水泥則不得小于 16%）。 水泥中有 5%左右的調(diào)凝石膏，還應(yīng)控制游離氧化鈣≤ 1%、氧化鎂≤ 5%，三氧化硫≤ %，堿度： 22N a O + 0 .6 5 8 K O 0 .6 %?。 普通水泥中摻有 15%的混合材料，按水泥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可以是?；郀t礦渣、煤矸石、粉煤灰、火山灰、石灰石、砂巖，甚至還有少量窯灰。實(shí)踐證明，凡摻 有火山灰、煤矸石和窯灰的水泥，體積收縮率相當(dāng)大，極易造成路面開(kāi)裂和斷板。摻有這三種混合材料的水泥不應(yīng)在高速和一級(jí)公路混凝土路面上使用。 （ 2）水泥的出廠溫度和攪拌溫度 現(xiàn)行水泥規(guī)范 (GB 1751999)和 (GB 1369392)，對(duì)水泥的出廠溫度沒(méi)有限制。在我國(guó)南方各省夏季熱天，水泥運(yùn)到工地的溫度在 70℃ ～ 90℃之間，混凝土攪拌時(shí)的溫度在 60℃ ～80℃之間，已經(jīng)在滑模機(jī)械化施工中帶來(lái)了嚴(yán)重的溫度開(kāi)裂問(wèn)題（其中還有使用高發(fā)熱量的R 型水泥問(wèn)題）。水泥的出廠溫度沒(méi)有限制顯然是不行的，《施工規(guī)范》應(yīng)規(guī)定水泥 的出廠溫度：南方不宜高于 65℃，北方不宜高于 55℃ ；混凝土攪拌時(shí)的水泥溫度：南方不宜高于 60℃，北方不宜高于 50℃。低溫天施工時(shí)的水泥溫度不宜低于 10℃。混凝土出攪拌機(jī)的溫度宜在10℃ ～ 35℃之間。新拌混凝土高溫時(shí)的初凝時(shí)間不得小于 3h，否則必須對(duì)原材料采取降溫或混凝土緩凝措施；混凝土冬季低溫時(shí)的終凝時(shí)間不得大于 lOh，大于 lOh 亦應(yīng)采取必要的促凝措施。 （ 3）水泥包裝 大型滑?；炷谅访媸┕?yīng)采用散裝水泥。在散裝水泥供應(yīng)不上時(shí)，遠(yuǎn)距離運(yùn)輸水泥作為補(bǔ)救措施，可采用噸包裝和袋裝水泥，但應(yīng)配備拆包和泵送水泥的設(shè) 備。注意目前使用最多的 50kg/袋的小包裝水泥，實(shí)踐證明，在施工當(dāng)中是拆不贏包的，供應(yīng)不上使用的，因此，滑模施工即使使用袋裝水泥也應(yīng)使用大包裝或噸包裝水泥。 （ 4）水泥使用前必須通過(guò)試驗(yàn) 最后，選用水泥時(shí)，除了滿足表 21 212 的各項(xiàng)規(guī)定外，在路面開(kāi)工前，必須進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)，根據(jù)其試配彎拉強(qiáng)度、耐久性和工作性確定適宜的水泥品種、強(qiáng)度等級(jí)及廠家。路面混凝土各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足要求方可使用，且水泥種類(lèi)、強(qiáng)度等級(jí)和廠家一旦選定，不得隨意變更。 粉煤灰及其他摻合料 1．粉煤灰的技術(shù)要求 粉 煤灰是一種活性摻合料，摻在路面混凝土中，必須滿足活性高的要求，因此水泥混凝土路面（包括碾壓）應(yīng)摻用質(zhì)量指標(biāo)符合表 213 規(guī)定的電收塵的 I、 II 級(jí)干排或磨細(xì)粉煤灰，不得使用 III 級(jí)粉煤灰。貧混凝土、碾壓混凝土基層或復(fù)合式路面底層應(yīng)摻用符合表 1規(guī)定的 III 級(jí)以上粉煤灰，不得使用等外粉煤灰。 粉煤灰分級(jí)和質(zhì)量指標(biāo) 表 213 粉煤灰等級(jí) 細(xì)度（ 45m? 氣流篩，篩余量） (%) 燒失量 （ %） 需水量比 （ %） 含水量 （ %） Cl （ %） 23SO (%) 混合砂漿活性指數(shù) 7d 28d Ⅰ Ⅱ Ⅲ ≤ 12 ≤ 20 ≤ 45 ≤ 5 ≤ 8 ≤ 15 ≤ 95 ≤ 105 ≤ 115 ≤ ≤ ≤ ＜ ＜ — ≤ 3 ≤ 3 ≤ 3 ≤ 75 ≤ 70 — ≤ 85（ 75） ≤ 80（ 62） 注： 1） 混合砂漿的活性指數(shù)為摻粉煤灰的砂漿與水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度比的百分?jǐn)?shù)，適用于所配制混凝土標(biāo)號(hào)≥ C40的混凝土；當(dāng)配制的混凝土標(biāo)號(hào) C40，混合 砂漿的活性指數(shù)要求滿足 28d括號(hào)中的數(shù)值。 2） 45μ m氣流篩的篩余量換算為 80pm水泥篩的篩余量換算系數(shù)約 ，僅作參考。 3） 粉煤灰應(yīng)測(cè)定總堿量，并于性能指標(biāo)中予以說(shuō)明。 4） 粉煤灰與本章其他礦物摻合料復(fù)合而成的產(chǎn)品，依其主要組成參照該類(lèi)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)。 注意：上表中粉煤灰的分級(jí)規(guī)定與以前相比，增加了混合砂漿活性指數(shù)、氯離子含量和含水量的要求，混合砂漿活性指數(shù)是對(duì)粉煤灰沒(méi)有化學(xué)成分規(guī)定的彌補(bǔ)。以前，由于沒(méi)有此項(xiàng)要求，我們發(fā)現(xiàn)某些 Ⅲ 級(jí)粉煤灰的活性比 I、 II級(jí)灰要高；而某些 I、 II級(jí)灰的 活性相當(dāng)?shù)?。我們摻粉煤灰，最主要的是希望有更高的化學(xué)活性，使混凝土具備更高的長(zhǎng)期彎拉強(qiáng)度，此項(xiàng)規(guī)定對(duì)制作高性能道路混凝土極其重要。氯離子含量的規(guī)定是粉煤灰越來(lái)越多地使用在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，必須要有防銹蝕要求，在無(wú)筋、無(wú)鋼纖維混凝土中，此項(xiàng)規(guī)