本文簡(jiǎn)要地介紹了道路水泥混凝土的特點(diǎn)和技術(shù)要求，以及道路水泥混凝土對(duì)水泥的質(zhì)量要求，并給出了工程實(shí)例，旨在幫助水泥生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)人員更好地了解和組織生產(chǎn)用于水泥混凝土道路的水泥。
1.前言
近年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅速發(fā)展，公路運(yùn)輸事業(yè)突飛猛進(jìn)，高等級(jí)公路里程快速增長(zhǎng)，水泥混凝土路面作為主要的路面結(jié)構(gòu)形式，自上世紀(jì)90年代以來，在公路建設(shè)中得到了飛速發(fā)展。截至到2004年底，我國(guó)就已建成瀝青混凝土與水泥混凝土兩種高級(jí)路面總和44.2萬公里，其中25.7萬公里為水泥混凝土路面，占總數(shù)的58%。
水泥混凝土路面具有剛度大、強(qiáng)度高、使用耐久和日常養(yǎng)護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。從長(zhǎng)期投資看，它優(yōu)于瀝青路面，因而在一些城市道路、工礦道路、機(jī)場(chǎng)跑道的建造中都已大量修建了水泥混凝土路面，部分高等級(jí)公路也修筑了水泥混凝土路面。加之近年來全球性的資源、能源危機(jī)，導(dǎo)致石油產(chǎn)品的供不應(yīng)求，瀝青價(jià)格飛漲，這也進(jìn)一步促進(jìn)了水泥混凝土道路的迅猛發(fā)展，加大了對(duì)用于水泥混凝土路面的水泥的需求。我國(guó)是世界上第一大水泥生產(chǎn)國(guó)，具有全世界最富足的水泥資源，目前全國(guó)水泥產(chǎn)量已超過12億噸。隨著我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和交通事業(yè)的迅速發(fā)展，水泥凝土路面將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。
由于各種各樣的原因，我國(guó)很多水泥企業(yè)技術(shù)人員對(duì)建設(shè)水泥混凝土路面，尤其是高速公路路面用的水泥的質(zhì)量要求了解不多，使一些水泥廠生產(chǎn)的水泥無法確保道路混凝土的質(zhì)量，或者是水泥生產(chǎn)企業(yè)無法通過生產(chǎn)道路用水泥獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。筆者在工作中經(jīng)常碰到有水泥企業(yè)技術(shù)人員希望了解這方面的知識(shí)，因此，本文擬簡(jiǎn)要介紹道路混凝土對(duì)水泥的質(zhì)量要求，以幫助水泥生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)人員更好地了解和組織生產(chǎn)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
路面是道路的上部結(jié)構(gòu)，常由各種堅(jiān)硬材料分層鋪筑于路基之上，路面應(yīng)能承受交通荷載和大自然各種破壞因素的作用。因此，對(duì)路面的使用要求是：應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，使路面不裂、不碎、不沉、耐磨、無輪轍和推移；應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性，使路面能承受冷熱、干濕、凍融和荷載的長(zhǎng)期反復(fù)作用；應(yīng)具有足夠的耐久性，使路面在荷載、氣候因素的長(zhǎng)期綜合多次作用下耐疲勞、耐老化：應(yīng)具有足夠的平整度，使車輪與路面之間有足夠的附著力和摩阻力；應(yīng)具有與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性，主要包括潔凈、低振動(dòng)、低噪音、質(zhì)地、亮度及色彩等方面。
路面通常是按面層的使用品質(zhì)、材料以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性等劃分等級(jí)，一般分為高級(jí)、次高級(jí)、中級(jí)、低級(jí)等四個(gè)等級(jí)。高速公路和一級(jí)公路是汽車專用路，采用的路面等級(jí)是高級(jí)。
凡是用于各種路面材料的混凝土都稱之為道路混凝土。道路混凝土按照其材質(zhì)不同主要分成兩類：一為道路水泥混凝土，二是道路瀝青混凝土。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鹽水泥或其它特種水泥為膠結(jié)材料，以砂石為集料，可加入礦物摻合料或其它少量外加劑拌合而成的混合料，經(jīng)過澆筑或碾壓成型，通過水泥的水化、硬化從而形成具有一定強(qiáng)度，用于鋪筑道路的混凝土。
水泥混凝土路面，按照材料不同，可分為素混凝土路面、鋼筋混凝土路面、預(yù)制混凝土路面、預(yù)應(yīng)力混凝土路面和鋼纖維混凝土路面等。
水泥混凝土路面所承受的軸載作用，按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道所承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)分為4級(jí)，分級(jí)范圍如表1所示。
3.道路水泥混凝土路面的特點(diǎn)
水泥混凝土路面是最近十幾年來才發(fā)展起來的，國(guó)內(nèi)外對(duì)水泥混凝土路面的修筑技術(shù)一直進(jìn)行著不懈地研究和總結(jié)，使水泥混凝土路面在技術(shù)上日臻完善，近年來在我國(guó)得到廣泛推廣應(yīng)用。水泥混凝土是公路與城市道路、機(jī)場(chǎng)道面最常見的路面面層材料。水泥混凝土具有如下主要優(yōu)缺點(diǎn)。
（1）道路水泥混凝土路面的優(yōu)點(diǎn)
a) 強(qiáng)度高?；炷谅访婢哂休^高的抗壓、抗折、抗磨耗、耐沖擊等力學(xué)性能，適合于繁重交通的路面和機(jī)場(chǎng)跑道。
b) 穩(wěn)定性好?；炷谅访娌慌氯諘裼炅埽慌聡?yán)寒酷熱，經(jīng)得起干濕循環(huán)與凍融循環(huán)的侵蝕作用，具有良好的水穩(wěn)定性與耐候性，可應(yīng)用于冰凍和水淹地區(qū)。
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c) 整體性好?；炷谅访姘弩w剛度大，荷載應(yīng)力分布均勻，板面厚度較薄，而且外露于表面，容易進(jìn)行鋪筑與修整，適于路基軟弱地區(qū)。
d) 耐久性好。水泥混凝土路面耐久性優(yōu)于瀝青混凝土，瀝青混凝土路面一般使用年限為5年，而水泥混凝土路面可達(dá)20～40年，特別在水侵蝕環(huán)境中能保持良好的通行能力，適用于氣候條件差地區(qū)。
e) 色澤鮮明。水泥混凝土路面反光能力強(qiáng)，有利于夜晚行車，還可以根據(jù)需要做成不同顏色的混凝土路面。
（2）道路水泥混凝土路面的缺點(diǎn)
a) 水泥混凝土路面呈脆性，剛度大，變形能力差，不能吸收由于溫度等因素引起的變形。所以水泥混凝土路面需要在橫向、縱向設(shè)置伸縮縫和施工縫，影響路面的連續(xù)性和平整性，而剛性的路面吸收震動(dòng)和噪音的能力低，影響行車舒適性。
b) 水泥混凝土路面對(duì)超載比較敏感，一旦外荷載超過設(shè)計(jì)極限強(qiáng)度，混凝土板便會(huì)出現(xiàn)斷裂，其修補(bǔ)工作也較瀝青混凝土路面困難。
c) 施工期較長(zhǎng)。水泥混凝土路面需要較長(zhǎng)時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，鋪筑后一般需要14～21天才能使用。
4.道路水泥混凝土對(duì)水泥的質(zhì)量要求
道路水泥混凝土的組成材料基本上與普通混凝土相同，也是由膠凝材料、集料和外加劑等材料組成，但是由于道路混凝土的特殊性，某些對(duì)普通混凝土影響不大的原材料，對(duì)道路混凝土對(duì)有著顯著的影響，因此，道路混凝土對(duì)混凝土原材料質(zhì)量有著特殊的要求。本文主要介紹道路水泥混凝土對(duì)水泥的要求，不涉及混凝土用的其它原材料。
4.1水泥品種
水泥作為混凝土的膠結(jié)材料，其質(zhì)量的好壞在很大程度上決定了混凝土性能的優(yōu)劣。為提高道路利用率，增強(qiáng)混凝土的耐久性，應(yīng)選用早期強(qiáng)度高、耐磨性強(qiáng)、抗凍性好的水泥。
特重、重交通路面宜采用旋窯生產(chǎn)的道路硅酸鹽水泥，也可采用旋窯生產(chǎn)的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；低溫天氣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術(shù)規(guī)范》(JTG F30-2003)中規(guī)定各交通等級(jí)路面水泥抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度應(yīng)符合表2的規(guī)定。
表2 各交通等級(jí)路面水泥各齡期的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度要求
各交通等級(jí)路面所使用水泥的化學(xué)成分、物理性能等路用品質(zhì)要求應(yīng)符合表3的規(guī)定。
表3 各交通等級(jí)路面用水泥的化學(xué)成分和物理指標(biāo)
4．2水泥強(qiáng)度等級(jí)
水泥強(qiáng)度等級(jí)的選用，應(yīng)從混凝土試配強(qiáng)度、和易性、耐久性及經(jīng)濟(jì)性等方面考慮。不宜用低標(biāo)號(hào)水泥配制高強(qiáng)度等級(jí)混凝土，否則水泥用量大，混凝土收縮大，耐久性差；也不宜用高標(biāo)號(hào)水泥配制低強(qiáng)度等級(jí)混凝土，否則水泥用量少，混凝土和易性和耐久性差，而要求增加水泥用量，會(huì)造成水泥浪費(fèi)，成本提高。按照路面交通等級(jí)，道路混凝土設(shè)計(jì)的抗折強(qiáng)度一般在4.0～5.5 MPa之間。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，抗折強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為4.0～4.5 MPa時(shí)，應(yīng)選用32.5級(jí)水泥；設(shè)計(jì)等級(jí)為5.0～5.5MPa時(shí)，應(yīng)選用42.5級(jí)水泥。表4為道路水泥混凝土各齡期控制強(qiáng)度值。
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4．3水泥溫度
水泥溫度是導(dǎo)致混凝土早期開裂的一個(gè)主要原因，近年來尤其是高性能混凝土的大量采用，這方面的工程質(zhì)量事故也時(shí)有發(fā)生。通常，道路水泥混凝土施工時(shí)，一般采用機(jī)械化鋪筑，宜選用散裝水泥。散裝水泥的夏季出廠溫度：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℃，且不宜低于10℃。
4．4水泥混合材
隨著公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加快及公路建設(shè)水泥混凝土技術(shù)的不斷進(jìn)步， 同樣要求公路水泥混凝土具有早強(qiáng)、高強(qiáng)、低水化熱、大流動(dòng)性、輕質(zhì)、高密實(shí)、高耐久性、成本低、易成型、易養(yǎng)護(hù)等特性，為了滿足此要求，混合水泥或礦物摻合料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于公路工程的水泥混凝土中， 并起著不可缺少的的作用?；旌纤嘀凶畛Ｓ玫氖欠勖夯夜杷猁}水泥和礦渣硅酸鹽水泥。隨著水泥新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，32.5級(jí)水泥也只有混合水泥才存在。
粉煤灰是硅酸鹽水泥中最常用的、也是全國(guó)各地都有的資源最多的混合材。大量試驗(yàn)證明，水泥中摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰，可極大地改善混凝土拌合物的和易性，較細(xì)的粉煤灰顆粒，能很好地填充到混凝土的細(xì)微孔隙中，使硬化混凝土更加致密。但對(duì)道路混凝土而言，粉煤灰水泥配制的混凝土因早期強(qiáng)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應(yīng)用仍需要嚴(yán)格控制粉煤灰的摻量和質(zhì)量。
混凝土路面在使用粉煤灰作為摻合料時(shí)，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，應(yīng)摻用質(zhì)量指標(biāo)符合表5規(guī)定的電收塵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)合式路面下面層應(yīng)摻用符合表5規(guī)定的III級(jí)或III級(jí)以上粉煤灰，不得使用等級(jí)外粉煤灰【1】。對(duì)用作為水泥混合材的粉煤灰，雖然與作為混凝土摻合料的要求并不完全相同，但表5的要求也可作為參考。
注：①45pm氣流篩的篩余量換算為8μm水泥篩的篩余量時(shí)換算系數(shù)約為2.4；
②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強(qiáng)度等級(jí)大于等于C40的混凝土；當(dāng)配制的混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于C40時(shí)，混合砂漿的活性指數(shù)要求應(yīng)滿足28d括號(hào)中的數(shù)值。
礦渣水泥或磨細(xì)礦渣作為摻合料在道路水泥混凝土中也已開始應(yīng)用。有研究顯示，在確保施工質(zhì)量的前提下，礦渣摻量為40%的道路混凝土28d抗折強(qiáng)度達(dá)到9.1MPa。而且混凝土的耐磨性、抗?jié)B性、抗凍性、收縮性能等耐久性以及疲勞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實(shí)例
由于道路水泥混凝土施工的特殊性，坍落度宜為10～25mm ?？紤]到商品混凝土的生產(chǎn)設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)備在混凝土坍落度小于70mm時(shí)難以運(yùn)行，對(duì)設(shè)備的損耗也較大，因此在道路施工中，商品混凝土的坍落度一般較大。下面列舉某商品混凝土攪拌站進(jìn)行混凝土路面設(shè)計(jì)的實(shí)例【1】。
（1）原材料選擇
水泥：P.0 32.5R水泥及P.O 42.5R水泥；
砂：河砂，細(xì)度模數(shù)2.6，中砂Ⅱ區(qū)；石：碎石，5~31.5mm連續(xù)級(jí)配；
粉煤灰：某電廠Ⅱ級(jí)灰；
外加劑： Point—A型高效減水劑。
?。?）配合比及施工應(yīng)用情況
一般來說，對(duì)于廠區(qū)或小區(qū)的路面，其設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)較低，對(duì)水泥的強(qiáng)度等級(jí)要求也低；而對(duì)于市政工程的道路建設(shè)，其設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)較高，對(duì)水泥的強(qiáng)度等級(jí)要求較高。但道路混凝土工程有一個(gè)共性，就是通常對(duì)工期要求較短，以盡快保證道路暢通，因此常采用早強(qiáng)水泥。具體應(yīng)用實(shí)例如表6所示：[Page]
從表6可以看出，針對(duì)不同要求的道路路面混凝土，選用適當(dāng)?shù)乃?，采取合理的混凝土配合比，完全可以滿足C25到C40等級(jí)的路面混凝土要求?；炷列阅苋绫?所示：
從表7可知，所用水泥配制的混凝土具有較高的混凝土早期強(qiáng)度，包括早期抗折強(qiáng)度，表7中3d抗折強(qiáng)度可達(dá)設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度的65%，28d抗折強(qiáng)度可達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的120%。在施工方面，這種混凝土在到達(dá)工地時(shí)坍落度為70mm左右，剛好能滿足卸料要求，且混凝土不離析，不泌水，和易性良好，易于施工；初凝時(shí)間在8h以內(nèi)。避免了由于混凝土內(nèi)外層凝結(jié)時(shí)間差異而導(dǎo)致的“起殼”現(xiàn)象，混凝土終凝后養(yǎng)護(hù)14d，后期強(qiáng)度穩(wěn)定增長(zhǎng)。而且，這兩個(gè)工程項(xiàng)目的具有早強(qiáng)功能的路面混凝土使用至今路面情況良好。
6．結(jié)語
我國(guó)公路建設(shè)的飛速發(fā)展，已使水泥混凝土路面發(fā)展成為主要的路面結(jié)構(gòu)形式，水泥生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)人員應(yīng)該了解和掌握有關(guān)水泥混凝土路面及其對(duì)水泥質(zhì)量要求的專業(yè)知識(shí)，以更好地組織生產(chǎn)用于道路水泥混凝土建設(shè)所需的水泥，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出更大的貢獻(xiàn)，同時(shí)也可更好地拓寬市場(chǎng)，為水泥企業(yè)獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
施惠生，孫振平，鄧愷.混凝土外加劑實(shí)用技術(shù)大全.北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2008
