商业混凝土社会实践报告

2013 山东省大学生 “调研山东”社会调查活动 所属院校 山东交通学院 指导教师 庞来学 团队成员 张乐然 孟 磊 周兴旺 王国凯 王继博 董 巍 梁广晓 赵 岩 章太松 田 江 班班 级：级： 材料 101 班 实践时间：实践时间： 2013.07.13-2013.08.13 1 济南市商品混凝土发展状况调查济南市商品混凝土发展状况调查 一、调研目的一、调研目的: : 面对国家经济发展模式的转变，以及未来十年城镇化和信息化的战略需求， 无机非金属材料，特别是混凝土行业面临着发展的重要机遇期，同时带动着大 量相关专业人才的旺盛需求，从而对人才的知识、素质、能力提出了新的要求。 我校审时度势地设置无机非金属材料工程专业，为交通行业和山东区域经济发 展提供专业人才，满足社会经济发展的需求，这也体现了教育与社会发展相结 合的理念。 混凝土行业属于一个传统行业，其发展已经历近 200 年，混凝土生产也与 经济发展具有相似的发展历程，经历了由粗放型向集约化大生产的转变。但是， 混凝土行业也面临着结构的挑战与产业升级的严峻考验。特别是其对环境污染 带来的负面效应。针对此问题，团队成员以济南市为调查对象，对济南市商品 混凝土的现状、未来发展、对人才需求等问题开展专题调研。 二、调研意义：二、调研意义： 项目的实施能明确济南市混凝土行业的发展趋势，进一步明晰行业对人才 知识、能力、素质的要求，以及未来发展对人才的知识、能力、素质的潜在需 求，实时调整人才培养方案，为行业发展和区域经济发展培养优秀人才。 三、调研方法调研方法 实地考察 咨询专家 归纳总结 调查问卷、类比推理的方法等。 四、调查研究结果：四、调查研究结果： （一） 、水泥混凝土 1.1 济南市商品混凝土生产厂商概况 截止到 2012 年年底，济南市商品水泥混凝土生产厂家为 44 家,共有 55 个 搅拌站,年设计生产能力达到 7000 万立方米,2012 年济南市实际生产供应商品 混凝土 2300 万余立方米,其中年实际生产超过 50 万立方米的生产厂家 8 家,总 体处于严重供大于求局面。其中绝大部分生产厂商位于较偏远的地方，导致运 输成本增加。 1.2 商品水泥混凝土的应用领域 水泥混凝土主要是用于市政建设、涵洞、隧道、路基工程等方面，沥青混 凝土主要是用于各级公路的铺设。到目前为止，济南市的商业砼产量实际大于 2 使用量，处于供大于求的阶段。虽然现阶段是处于供大于求的阶段，不过根据 济南近几年的规划看来，未来几年之内，济南轻轨的建设以及各个经济圈的建 设，商业砼的用量将会逐步提高。 C20 涵洞（含基础,涵台身，翼墙，直墙身，帽石，肖力设施，挡墙和路面 防护） ；C25 隧道（排水沟，大管棚套拱，电缆沟，排水沟）和路基工程； C30（墩柱，台帽，承台，系梁，盖梁，耳背墙，肋台身） 。我们所调查的都是 设计上出的强度 但实际一般是设备素混凝土基础用 C20 的，钢筋混凝土框架 结构是 C30 的，圈梁和过梁是 C20 或 C25 的，过路地沟和电缆沟底板是 C20 和 C25 的，垫层是 C10 和 C15 的（一般不用商混了） ，设备钢筋混凝土基础是 C25 或 C30 的 1.3 商品混凝土的现状、以及应用领域 水泥混凝土根据强度等级分为 C15、C20、C30、C35、C40 等，目前市场 上应用比较多的是 C30 水泥。主要是用于道路基层、垫层、桥涵、隧道、建筑 方面。 沥青混凝土按所用结合料不同，可分为石油沥青的和煤沥青的两大类；按 所用集料品种不同，可分为碎石的、砾石的、砂质的、矿渣的数类，其中以碎 石采用最为普遍。按混合料最大颗粒尺寸不同,可分为粗粒(3540 毫米以下)、 中粒（2025 毫米以下） 、细粒(1015 毫米以下)、砂粒 (57 毫米以下)等 数类。热拌热铺的密级配碎石混合料经久耐用，强度高，整体性好，是修筑高 级沥青路面的代表性材料，应用得最广。主要应用于各级沥青公路施工中。 （二） 、沥青混合料 2.1 济南市生产沥青混合料的概况 济南生产沥青混合料的生产厂家有 5 家。 2.2 沥青混合料的应用领域 沥青混合料主要应用在道路施工和部分高层建筑屋顶的防水，目前道路上 主要是应用 SBS 改性沥青、MAC 沥青，这两种主要是改性沥青混合料。 2.3 沥青混合料工程应用问题与对策 应用问题：沥青混合料的拌合、沥青混合料的拌合时间、施工温度、沥青 混合料的运输、沥青混合料的摊铺、碾压 3 对策：（1）拌合：集料的除尘，即要保证改性沥青混合料的质量，就必 须对拌合楼严格控制吸尘，间歇式拌合楼都有一级除尘旋风式和二级除尘布袋 式。日常施工时，应根据当天的拌合产量和矿料级配，计算出所需矿粉量，并 与当天实际消耗量进行比较。抗剥离剂的添加，改性沥青中掺加适宜的抗剥 离剂，以保证沥青与集料紧密的结合在一起，从而提高沥青路面质量和耐久性。 在施工过程中，可通过总量法控制抗剥离剂的掺加量，即根据拌合产量和沥青 用量按规定的比例计算出应加抗剥离剂的数量 （2）拌合时间：通过试拌确定最佳拌和时间，并随时观察所拌改性沥青混 合料的品质，以沥青全部裹覆集料颗粒且沥青混合料色泽均匀一致为度。 （3）施工温度：改性沥青混合料的施工温度较普通沥青提高 1020， 具体的施工温度由改性沥青供应商提供。考虑到沥青温度过高会引起改性剂和 抗剥落剂的老化，在施工过程中从出场温度、到场温度、摊铺温度以及碾压温 度都要设专人检测，制成相应的记录表格，严格控制施工温度，超出范围之外 的坚决废弃。（4）沥青混合料的运输：为了防止混合料与厢板粘结，车厢板和 厢底洒一薄层隔离剂后，用拖把拖匀，要求无余液积聚。运料车应用完整无损 且中间带有夹芯的双层篷布覆盖，以保温防雨及防止环境污染。气温低时采取 夹层棉絮来保温。 （5）沥青混合料的摊铺：拌合法摊铺、层铺法 （6）碾压：用钢桶式压路机低速碾压，待集料基本稳定后停止。 2.4 沥青混合料未来发展趋势 未来的发展趋势主要是向环保型沥青混合料发展，因为未来中国将承担着 巨大的降低 CO2的排放任务，而沥青混合料的铺设，会造成很高的 CO2排放任务， 所以，有必要向环保沥青混合料发展。目前来看主要是温拌沥青混合料的发展。 三、结论 我们最常使用的就是石油沥青。在黄河路桥中我们主要接触到的是 70#沥青、 SBS 改性沥青、MAC 沥青，其中，后两者是在前者作为基质沥青的基础上，进 行改性的改性沥青。下面我来详细的介绍一下后两种种沥青。 A、SBS 沥青 4 SBS 改性沥青是以基质沥青为原料，加入一定比例的 SBS 改性剂，通过剪 切、搅拌等方法使 SBS 均匀地分散于沥青中，同时，加入一定比例的专属稳定 剂，形成 SBS 共混材料，利用 SBS 良好的物理性能对沥青做改性处理。 B、MAC 沥青 MAC 是“多级沥青结合料”的英文缩写，是一种新型的化学改性沥青， 又称为凝胶改性沥青。MAC 改性剂在沥青中形成了网络格架结构，提高了沥青 的高温和低温性能。在室温下，基质沥青随着时间而流动，MAC 沥青则不流动。 6、沥青混凝土在实际使用中所遇到的问题（主要是 5 种） （1）水损害 所谓水损害即降水透入路面结构层后使路面产生破坏的现象。随着时间的 推移，特别是长期下雨后，路面的颜色会愈来愈黑，并出现轮迹处路面向两边 推挤向隆起，轮迹处继续沉陷。时间久了，靠近轮迹的隆起部分破损，很快就 出现面层松散、剥落、坑槽等。 （2）裂缝 沥青路面裂缝主要有横向裂缝、纵向裂缝两种。其形成的主要原因可分为 两人类：一是由于行车荷载而产生的结构性破坏裂缝，一般称之为荷载裂缝。 另一种主要是由于沥青面层温度变化而引起的温度裂缝，包括低温收缩裂缝和 疲劳裂缝，通常称之为非荷载型裂缝。横向裂缝的产生主要是由于温度应力的 作用而产生的疲劳裂缝。这种温度裂缝往往起始温度变化最大的表面并很快向 下延伸，并随着时间增长造成沥青老化，沥青面层的抗裂缝能力逐年降低，温 度裂缝也随之增加。纵向裂缝主要是由于路基压实度不均匀、施工接缝质量不 合格、路面不均匀的沉陷或结构承载力不足而引起的 （3）泛油 泛油足指沥青从沥青混凝土层的内部和下部向上移动，使表面产生过多沥 青的现象。新建沥青混凝上路面在通车后的第一个高温季节，特别在连续多天 高温天气后，会由于大量行车特别是在重载车辆作用而进一步压实，此时易导 致沥青混凝上内部过多的自由沥青向上移动，产生泛油现象，油右比偏大地段 表现的尤为明显。高温季节雨水侵入沥青混凝上内部后，若沥青与矿料的粘结 5 力不足，沥青会很快从集料表面剥落并向上移动，产生更为严重的泛油现象。 在绝大多数情况下，泛油仅产生在行车道上，而且是间断式的片状分布。沥青 用量过大是产生沥青面层泛油的最主要的原因。而沥青用量过大的主要原因有： 沥青混合料配合比设计的击实功不够：施工过程不严格要求和管理不普以及少 数施工单位习惯于使用沥青用量过大的混合料。 （4）变形车辙 变形车辙是指在行车载荷重复作用下，路面产生累积永久性的带状凹槽， 主要表现为沿行车带出现横向高差。产生变形车辙主要是由于沥青混合料级配 设计不合理、稳定性差或由于基层及面层施工时压实度不足，从而使轮迹带处 的面层和基层材料在行车荷载反复作用下出现固结变形和侧向剪切位移引起。 另外，重载或超载车辆过多也是产生车辙的重要原因。 （5）路面平整度 平整度是路表功能中最重要而且也是最直观的一项技术指标，它关系到行 车的安全性、舒适度以及路面受到冲击力的人小和路面的使用寿命乃至运输效 益等。影响沥青路面平整度的因素很多，它不仅同路面施攻阶段的施工装备、 施工管理水平和施工工艺有关，还与路基的强度和抗变形能力，以及路面材料 的强度、抗变形能力和均匀性有关。 7、混凝土外加剂的使用 （一）水泥混凝土：在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的、用以改善新 拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的材料。主要有普通减水剂、高效减水剂、 早强剂及早强减水剂、缓凝剂和缓凝减水剂、引气剂及引起减水剂、防冻剂、 泵送剂、膨胀剂、高性能减水剂。 （1）普通减水剂 主要作用：在保持混凝土流动度不变条件下，可减少用水量，提高混凝 土各龄期强度； 在不减少单方混凝土用水量条件下，可减少混凝土和易性和提高混凝土 流动性能； 在保持混凝土强度不变条件下，可减少单方混凝土水泥用量，节约水泥。 6 适用范围：可广泛应用于普通混凝土、大体积混凝土、水工混凝土、防水 混凝土、泵送混凝土、预制混凝土、现浇混凝土、钢筋混凝土以及预应力混凝 土。 （2） 高效减水剂 主要作用： 在保持混凝土流动度不变条件下，可大幅度减少用水量（减水率不小于 14%） ，显著提高混凝土强度。 在不减少单方混凝土用水量条件下，可大幅度提高混凝土的流动性。 适用范围：主要应用于泵送混凝土、防水混凝土、流态混凝土、高强混凝 土、高性能混凝土、蒸养混凝土以及冬期施工混凝土。 （3） 早强剂及早强减水剂 主要作用：明显提高混凝土早龄期强度； 缩短混凝土养护周期，加快施工进度; 适用范围：主要应用于有早强要求的各类混凝土、蒸养混凝土、预制混凝 土、低温及负温下工混凝土以及道路、桥梁抢修工程中. (4) 缓凝剂及缓凝减水剂 主要作用： 延缓混凝土初、凝时间； 降低水泥水化放热速率。 适用范围：主要应用于大体积混凝土、泵送混凝土以及夏季高温下施工混 凝土。 （5）引气剂及引气减水剂 主要作用： 改善混凝土拌合物的和易性，减少或抑制新拌混凝土离析泌水； 改善混凝土内部孔结构，提高混凝土耐久性。 适用范围：主要应用于防水混凝土、泵送混凝土、道路混凝土以及低温及 负温下施工混凝土。 （6） 防冻剂 主要作用： 7 降低混凝土中游离水的冰点，在负温下混凝土内部仍然保持足够的液相， 以使水泥水化作用继续进行； 改善混凝土内部结构，缓解混凝土内部游离水结冰时产生的冻胀应力和 过冷水迁移产生的附加应力。 适用范围：应用于低温或负温条件下施工的各类混凝土中。 （7）泵送剂 主要作用： 提高混凝土的流动性、减少摩擦阻力、不离析、不泌水、不堵塞管道， 顺利实现混凝土的泵送浇筑施工； 和水泥具有良好的相容性，坍落度经时损失可满足是施工要求。 适用范围：应用于流态混凝土和泵送施工混凝土 （8）膨胀剂 主要作用： 使混凝土在浇筑硬化过程中产生一定的体积膨胀以补偿由于化学减缩、 冷缩和干缩等原因引起的体积收缩； 使混凝土产生一定的自应力； 提高混凝土的密实性，提高混凝土的抗渗性。 适用范围：配置补偿收缩混凝土，用于大体积混凝土的结构自防水混凝土； 配制自应力混凝土，用于生产在自应力管，桥梁和板桩等。 （9）高效性能减水剂 主要作用 与普通减水剂的作用相比，可显著减少用水量，显著改善混凝土的和易 性，可进一步降低 单方混凝土水泥用量，节约水泥； 明显延长混凝土的工作性且不影响混凝土的正常硬化； 可显著改善混凝土的黏度 可明显改善混凝土的外观质量 用其配置的混凝土收缩率较小，可改善混凝土的体积稳定性和耐久性。 适用范围：主要用于（超）高强混凝土、高效性能混凝土、自流平自密实 8 混凝土、清水混凝土、超高泵送混凝土以及高耐久性混凝土。 (二)沥青混凝土：在现在的沥青混合料中，主要用的外加剂有木质素纤维 和抗车辙剂。 木质素纤 木质素纤维是天然木材经过化学处理得到的有机纤维，外观为棉絮状，呈 白色或灰白色。通过筛选、分裂、高温处理、漂白、化学处理、中和、筛分成 不同长度和粗细度的纤维以适应不同应用材料的需要由于处理温度高达 250以上，在通常条件下是化学上非常稳定的物质，不为一般的溶剂、酸、碱 所腐蚀，具有无毒、无味、无污染、无放射性的优良品质，不影响环境，对人 体无害，属绿色环保产品，这是其它矿物质素纤维所不具备的。纤维微观结构 是带状弯曲的，凹凸不平的，多孔的，交叉处是扁平的，有良好的韧性、分散 性和化学稳定性，吸水能力强，有非常优秀的增稠抗裂性能。 广泛用于沥青道路、混凝土、砂浆、石膏制品、木浆海棉等领域，对防止 涂层开裂、提高保水性、提高生产的稳定性和施工的合宜性、增加强度、增强 对表面的附着力等有良好的效果。其技术作用主要是：触变、防护、吸收、载 体和填充剂。 2、抗车辙剂 抗车辙剂指以预防沥青路面车辙病害为主要应用目的的沥青改性剂。因此， 它是一种功能上的定义，凡是以抗车辙为目的应用的相关沥青改性剂均为广义 上的抗车辙剂。主要作用： （1）嵌挤作用 抗车辙剂在施工过程中由于高温的作用而软化,这些微粒在碾压过程中热 成型,相当于具有高粘附性的单一粒径细集料填充嵌挤到了集料骨架中的空隙, 增加了沥青混合料结构的骨架作用,加强了混合料之间的相互作用力,使混合料 之间更加紧密,降低了成型路面的渗透性。同时增加了沥青混合料承受荷载的能 力。 （2）加筋作用 由于抗车辙剂中聚合物形成的微结晶区具有相当的劲度,它在拌和过程中 部分拉丝成塑料纤维,在集料骨架内搭桥交联而形成纤维加筋作用。由于聚合物 9 纤维的存在,它在胶结料中形成网状,加强了沥青矿粉胶结料体系相互作用和整 体性。 （3）胶结作用 抗车辙剂投入沥青混合料的拌和锅中,在 170180的温度下,首先通过与 矿料干拌,使其软化,继续加入沥青拌和,抗车辙剂颗粒与沥青形成胶结作用，使 沥青性能得到改善。提高了沥青的软化点；降低了对温度的敏感性；增加了沥 青与矿料的粘附能力。 （4）变形恢复作用 抗车辙剂的弹性成分在较高温度时具有使路面的变形部分弹性恢复的功能,因 而降低了成型沥青路面的永久变形。 8、目前的技术水平和之后的发展方向 混凝土强度等级分布为：C10C30 强度等级的混凝土用量达 71.33%，其中， C10C25 混凝土占 27.18%，C30 混凝土占 44.15% ；C35 及以上级混凝土用量 占 28.67%,中高强混凝土比上年增加 20.8%。近几年，C80 混凝土已在多个工程 中使用。 现阶段，高强水泥的不断应用，使得工程质量有了很大的提升。目前混凝 土中采用的粗集料主要是石灰石，细集料主要是砂子，很少采用矿渣做集料。 未来的发展势趋势是利用矿渣取代集料，进行商业混凝土的拌合，这样做可以 减少工业废料，从而达到节能减排的效果。以后主要发展的混凝土方向： （1）高强轻质混凝土是指利用高强轻粗集料(在我国通常称它为高强陶粒)、 普通砂、水泥和水配制而成的干表观密度不大于 1 950 kgm3，强度等级为 LC30 以上的结构用轻质混凝土，具有轻质高强，脆性较大，低弹性模量，高收 缩及高徐变等特点。从高强轻质混凝土的定义我们可以看出，它除了和普通混 凝土一样牵涉到粗、细集料、水泥和水以外，所不同的是还涉及到表观密度(原 称容重)的最大限值和最小的强度等级限值。 （2）纤维增强混凝土是纤维和水泥基料（水泥石、砂浆或混凝土）组成的 复合材料的统称。为了改善混凝土的抗拉性能差、延展性差等缺点，在混凝土 中掺加纤维，以改善混凝土性能的研究发展得相当迅速。目前研究较多的有钢 纤维、耐碱玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维或尼龙合成纤维混凝土 10 等。 在承重结构中，发展较快、应用较广的是钢纤维混凝土。而钢纤维主要有 用于土木建筑工程的碳素钢纤维和用于耐火材料工业中的不锈钢纤维。用于土 木建筑工程的钢纤维主要有以下几种生产方法：（1）钢丝切断法；（2）薄板 剪切法；（3）钢锭（厚板）铣削法；（4）熔钢抽丝法。 （3）自密实混凝土这一概念最早由日本学者 Okamum 于 1986 年提出来的。 随后，东京大学的 Ozawa 等开展了自密实混凝土的研究。1988 年，自密实混凝 土第一次使用市售原材料研制成功，获得了满意的性能，包括适当的水化放热、 良好的密实性以及其他性能。近 20 多年来， 自密实混凝土在美国、 日本、 欧洲等发达国家和地区都得到了广泛的应用。在将自密实混凝土投入到实际应 用的同时， 工程技术人员还对自密实混凝土的物理化学性能及力学性能进行了 研究，研究成果被纳入相应的设计施工指南和手册中。 （4）智能混凝土是在传统混凝土原有组分基础上复合智能型组分，如把传 感器、驱动器和微处理器等特殊材料置入混凝土中，使混凝土成为既能承载又 具有自感知和记忆、自适应、自修复等特定功能的多功能材料。根据这些特性 可以有效地预报混凝土材料内部的损伤，满足结构自我安全检测需要。防止混 凝土结构潜在脆性破坏，并能根据检测结果自动进行修复，显著提高混凝土结 构的安全性和耐久性。用于智能混凝土中的驱动器材料可根据温度、电场的变 化而改变其形状、尺寸、自然频率、阻尼以及其它一些力学特征，因而具有对 环境的自适应功能。传感是智能混凝土中要求具备的另一关键功能，无论是驱 动控制还是智能处理都要求传感网络提供系统状态的准确信息。白 20 世纪 60 年代以来，国内外对混凝土在智能化方面作了一些有益的探讨，并取得了一些 阶段性的成果。 另一个，便是沥青混凝土拌合，由于需要一定温度去熔化沥青，因此属于 高耗能产业。目前的额设想是如何降低沥青的熔点，从而减少电力的使用，另 一个问题是施工中的气味问题。众所周知，沥青摊铺时的气味非常难闻，想要 解决这个问题，主要是从沥青的化学成分入手，气味产生的原因是沥青是石油 残留成分，主要是碳和氢，都是是分子量很大的烷烃、环烷烃、芳香烃，还有 硫等，高温下有烃和硫化氢散发出来。所以气味比较难闻，现在的设想是向摊 11 铺时的沥青混合料中加入某种材料，用以中和硫化氢。 未来发展方向：（环保型）温拌沥青混合料 目前，道路建设中的路面基本上都采用传统的热拌沥青混合料 HMA(Hot Mixture Asphalt)。HMA 是一种热拌热铺沥青混合料，其是将沥青从常温加热 到 140左右，矿料从常温加热到 160180，然后再将沥青和矿料于 160 的高温下进行拌和，拌和后的 HMA 温度不低于 150。摊铺和碾压时的温度不 低于 120。将沥青和矿料加热到如此高的温度，不仅要消耗大量的能源，而 且在生产和施工的过程中还会排放出大量的废气和粉尘，严重影响周围的环境 质量和施工人员的身体健康，所以说，使用 HMA 的后果就是环境的破坏、能源 的浪费和人的生存圈的缩小，这与我国发展绿色的和可持续的道路是背道而驰 的。 因此，人们在 1995 年就开始研制一种环保型的温拌沥青混合料 WMA(warm Mix Asphalt)来替代传统的热拌沥青混合料 HMA。所谓 WMA 就是在沥青混合料 中使用一种调和沥青，这种调和沥青具有合适的粘度，从而能在相对较低的温 度下进行拌和及施工。就目前的技术水平而言，WMA 的拌和温度一般保持在 100120，摊铺和压实路面的温度为 8090，相对于 HMA，温度降低了 30左右，而 WMA 却具备和 HMA 一样的旋工和易性和路用性能。 1、WMA 的材料组成与配制 对于普通热拌沥青混合料 HMA 来说，沥青混合料的生产、摊铺及压实都是 在比较高的温度下进行的。如沥青需要加热到 150180，只有在这个温度下， 沥青才能有足够的流动性与矿料拌和均匀，矿料也要加热到 170190左右， 沥青混合料的摊铺压实温度一般在 130160。而温拌沥青混合料则在比较低 的温度下即可进行拌和、摊铺以及压实。在配制 WMA 时，其结合料是调和沥青， 即由两种不同针入度的沥青(软沥青和硬沥青)组成的，矿料仍为一般矿料。由 于调和沥青的粘度较低，因此，它能在相对较低的温度下全面地覆盖矿料，与 矿料进行充分地结合，形成稳定均匀的沥青混合料，而且不降低沥青混合料的 性能。制备调和沥青的关键在于硬沥青的加入形式，硬沥青的加入形式一般分 为 3 种：(1)乳化沥青(emulsion)；(2)泡沫沥青(WMAfoam)；(3)粉末沥青。 11 调和沥青的配制 12 由于各种原因的限制，目前大多将硬沥青以泡沫沥青的形式制作调和沥青。 在配制调和沥青之前，分别选用两种不同针入度的沥青。 (1)软沥青：针入度较大，