水泥混凝土施工技术.doc

单元2 水泥混凝土施工技术教学目标：1.掌握水泥混凝土路面原材料的各项技术要求；能够进行普通混凝土配合比设计。2.了解水泥混凝土路面施工前的施工准备，以及混凝土的拌和与运输；掌握滑模摊铺机铺筑、三辊轴摊铺机铺筑、轨道摊铺机铺筑以及小型机具铺筑的施工技术。3.了解钢纤维混凝土路面、桥面铺装技术，以及混凝土砌块路面的施工技术。2.1 原材料的技术要求水泥混凝土通常由水泥、粗集料、细集料和水四部分组成。20世纪60年代开始，减水剂等外掺剂的发明成为混凝土的第五组分，混凝土进入高强或高工作性阶段。90年代以来，出于经济和环保以及对混凝土耐久性的考虑，粉煤灰成为高强高性能混凝土的第六组分。因此，本节主要讨论路面混凝土对水泥、粉煤灰、粗集料、细集料、外掺剂和水等的技术要求。水泥混凝土质量的好坏，除了配合比及其搅拌质量外，与原材料的质量和技术指标关系很大。高速公路路面水泥混凝土是承受很大冲击、振动、疲劳、磨损、外界温湿度影响的动载结构用材料，它比静载结构用水泥混凝土材料的质量要求高得多。若用普通静载结构混凝土原材料的技术要求来衡量路面混凝土，将难于满足高速公路的苛刻使用条件和环境要求。因此，施工前和施工过程中，严格科学地选择、生产和使用高质量的原材料，是建造优质高等级公路水泥混凝土路面基本物质前提。2.1.1水泥 水泥是水泥混凝土路面中最重要的胶凝材料，其质量直接影响水泥混凝土路面弯拉强度、抗冲击振动性能、疲劳循环周次、体积稳定性和耐久性等关键物理力学性能和路用品质，必须引起高度重视。与沥青路面中的沥青相比，我国对水泥混凝土路面中使用水泥的技术要求远 不及其严格。我国高速公路使用的沥青，国产沥青不行，进口重交通沥青也不行，目前在推广使用重交通改性沥青。我们希望能够严格执行公路水泥混凝土路面施工技术规范(JTG F30-2003)对路用水泥提出的各项技术要求，从原材料入手控制水泥混凝土路面质量。 1水泥的品种、强度等级高速公路水泥混凝土路面所用的水泥应采用抗折强度高、耐疲劳、收缩小、耐磨性强、抗冻性好的水泥。新修订施工规范规定：特重、重交通混凝土路面应采用旋窑道路硅酸盐水泥，宜 采用旋窑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。低温天施工、有快通要求的路段可采用R型水泥，一般情况宜采用普通型水泥。各级交通路面水泥各龄期抗折强度、抗压强度不得低于表2-1-1的规定。各级交通路面水泥各龄期的强度表2-1-1 交通等级特重交通重交通中、轻交通龄期(d)328328328抗压强度(MPa)25.557.522.052.516.042.5抗折强度( MPa)4.57.54.07.03.56.5从上述规定可明确以下几点：（1）特重、重交通公路必须使用旋窑水泥高速、一级和重交通二级公路混凝土路面用各种水泥推荐采用旋窑生产的质量稳定、性能可靠的水泥，除非特殊情况，不得使用立窑生产的水泥。对特重和重交通水泥混凝土路面上特别规定采用旋窑水泥的主要理由是立窑水泥的游离氧化钙和氧化镁较高、水泥性能稳定性较差。因为立窑水泥，一窑和另一窑质量不同；同一窑中，窑底部和上部、中间和边缘烧成温度和煅烧条件均不同。立窑熟料中，矿物成分、抗折强度和质量变异性均较大，实际工程中检验出的问题较多。如其游离氧化钙超过2%和氧化镁超过7%很常见，连安定性也经常会出问题。研究表明：即使安定性合格的水泥，水泥中的游离氧化钙和氧化镁含量对路面混凝土的耐动载交通的疲劳循环周次有35倍的影响，成为影响混凝土路面使用寿命能否达到30年的关键因素。对此，应充分认识和理解静载结构与动载混凝土路面及钢筋混凝土桥梁对水泥要求的实质性差别。2002年，我国年产6.2亿吨水泥中，只有2.1亿吨水泥是旋窑生产的，仅占1/3左右。在国内不出本省可得到旋窑水泥。如果全部交通等级限制只能使用旋窑水泥，许多地方确有困难。在这种特殊条件下，我们也不能排斥矿物成分、安定性、抗折强度和质量变异性都能控制住的高质量立窑水泥可在中、轻交通二级以下公路上的使用。（2）路面适用的水泥品种特重、重交通公路优先（应）使用道路硅酸盐水泥，宜采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，中等以下交通量的路面，也可采用矿渣硅酸盐水泥。其他混合水泥不得在混凝土路面中使用。有生产粉煤灰硅酸盐水泥的厂家对此提出质疑，认为在混凝土中允许掺粉煤灰，为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许掺量高达45%，而在路面混凝土中，纯熟料水泥情况下，粉煤灰的最大掺量不得大于30%在普通水泥中，粉煤灰的最大允许掺量不超过15%，就是普通水泥已经掺加的混合材与混凝土中外掺粉煤灰总和不得超过30%。否则，在路面现场养护较差的条件下，表面耐磨性即使长龄期也不能满足要求。（3）正常施工条件宜使用普通型水泥，不宜使用R型水泥在低温天施工、有快通要求的路段或快速修复工程中，可采用R型水泥。原因是R型早强水泥的水化放热量大，温峰值高而集中，凝结时间相对较短，不利于控制断板和温度裂缝，更不便于拌和物远距离运输，特别是在夏季热天施工，不得采用。但在冬季负温条件下，有利于蓄热保温和养生，尽早达到抗冻临界强度。抢修工程要加快施工速度和混凝土凝结硬化，所以冬季和抢修工程推荐采用R型水泥。（4）以实测抗折强度来选择和使用水泥表2-1-1中各级交通路面水泥各龄期抗折强度、抗压强度与道路硅酸盐水泥(GB 13693-92)、硅酸盐水泥和普通水泥(GB 175-1999)有差别。但是，无论水泥强度等级多少，均应以其实测抗折强度为准来选择和使用。首先是现行水泥规范中所规定的强度等级由抗压强度确定，并不完全代表水泥的抗折强度而水泥混凝土路面的第一力学指标是其弯拉强度。如普通水泥32.5级，有的抗折强度高达 8MPa，可否在高等级公路上使用？其次，目前滑模摊铺水泥混凝土的水灰比在0.380.46之间，经常使用的是0.420.44的水灰比，与水泥标准软练砂浆的水灰比一致，此时，水泥的抗折强度是混凝土弯拉强度不可逾越的上限。若水泥的抗折强度不高，即使抗压强度和强度车级满足设计规范的要求，也可能做不到设计加施工保证率所要求的试配混凝土弯拉强度5.75 MPa以上的要求。所以，应以水泥实测抗折强度7.58MPa为选择高速公路混凝土路面用水泥。水泥实测抗折强度越高，对保障混凝土路面抗折强度越有利。表2-1-1中在要求抗折强度的同时，也对水泥的抗压强度提出了要求，主要原因是水泥的采购和使用时必须要先明确其强度等级，水泥在公路路面工程中使用的前提是抗压强度等级必、须符合要求，同时抗折强度也应符合要求。水泥强度是抗压强度等级和抗折强度双指标要求，两者应同时满足。2水泥的矿物组成、物理性能等路用品质要求各级公路混凝土路面所使用水泥的矿物组成、物理性能等路用品质要求应符合表2-1-2的规定。水泥进场时每批量应附有齐全的矿物组成、物理、力学指标合格的检验证明。水泥进场时应附有检验证明，使用前应对水泥的安定性、凝结时间、标准稠度用水量、抗折强度、细度等主要技术指标检验合格后，方可使用。水泥的存放期不得超过三个月。各级交通路面用水泥的矿物组成和物理指标表2-1-2水 泥 性 能特重、重交通路面中、轻交通路面铝酸三钙不宜7.0%不宜9.0%铁铝酸四钙不宜15.0%不宜1.0%不得1.5%氧化镁不得5.0%不得6.0%三氧化硫不得3.5% 不得 4.0% 碱含量怀疑有碱活性骨料时，0.6%无碱活性骨料时，1.0%混合材种类不得掺窑灰、煤矸石、火山灰和粘土，有抗盐冻要求不得掺石灰石粉不得掺窑灰、煤矸石、火山灰和粘土，有抗盐冻要求不得掺石灰石粉出磨时安定性雷氏夹或蒸煮法检验必须合格蒸煮法检验必须合格标稠需水量不宜 28%不宜 30%烧失量不得3.0%不得5.0 % 比表面积宜在300500（）宜在300 450()细度()筛余量不得 10%筛余量不得10% 初凝时间终凝时间不早于1.5h不迟于10h不早于1.5h不迟于10h28d干缩率不得0.09% 不得0.10%耐磨性不得 3.6（）不得 3.6 ()注：28d干缩率和耐磨性指标及试验方法采用道路硅酸盐水泥(GB 13693-92)标准。（1）水泥的矿物组成 水泥的矿物组成主要有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙，其中满足水泥混凝土路面较高抗折强度最重要的是硅酸三钙和铁铝酸四钙，应该保证特重、重交通公路混凝土路面用水泥的硅酸三钙不小于50%，铝酸三钙不大于5%，铁铝酸四钙不低于l5%（道路水泥则不得小于16%）。 水泥中有5%左右的调凝石膏，还应控制游离氧化钙1%、氧化镁5%，三氧化硫3.5%，碱度：。 普通水泥中掺有15%的混合材料，按水泥标准规定可以是粒化高炉矿渣、煤矸石、粉煤灰、火山灰、石灰石、砂岩，甚至还有少量窑灰。实践证明，凡掺有火山灰、煤矸石和窑灰的水泥，体积收缩率相当大，极易造成路面开裂和断板。掺有这三种混合材料的水泥不应在高速和一级公路混凝土路面上使用。（2）水泥的出厂温度和搅拌温度现行水泥规范(GB 175-1999)和(GB 13693-92)，对水泥的出厂温度没有限制。在我国南方各省夏季热天，水泥运到工地的温度在70 90之间，混凝土搅拌时的温度在6080之间，已经在滑模机械化施工中带来了严重的温度开裂问题（其中还有使用高发热量的R型水泥问题）。水泥的出厂温度没有限制显然是不行的，施工规范应规定水泥的出厂温度：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。低温天施工时的水泥温度不宜低于10。混凝土出搅拌机的温度宜在1035之间。新拌混凝土高温时的初凝时间不得小于3h，否则必须对原材料采取降温或混凝土缓凝措施；混凝土冬季低温时的终凝时间不得大于lOh，大于lOh亦应采取必要的促凝措施。（3）水泥包装大型滑模混凝土路面施工应采用散装水泥。在散装水泥供应不上时，远距离运输水泥作为补救措施，可采用吨包装和袋装水泥，但应配备拆包和泵送水泥的设备。注意目前使用最多的50kg/袋的小包装水泥，实践证明，在施工当中是拆不赢包的，供应不上使用的，因此，滑模施工即使使用袋装水泥也应使用大包装或吨包装水泥。（4）水泥使用前必须通过试验最后，选用水泥时，除了满足表2-1-1、2-1-2的各项规定外，在路面开工前，必须进行混凝土配合比试验，根据其试配弯拉强度、耐久性和工作性确定适宜的水泥品种、强度等级及厂家。路面混凝土各项技术指标满足要求方可使用，且水泥种类、强度等级和厂家一旦选定，不得随意变更。2.1.2 粉煤灰及其他掺合料1粉煤灰的技术要求粉煤灰是一种活性掺合料，掺在路面混凝土中，必须满足活性高的要求，因此水泥混凝土路面（包括碾压）应掺用质量指标符合表2-1-3规定的电收尘的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底层应掺用符合表1规定的III级以上粉煤灰，不得使用等外粉煤灰。粉煤灰分级和质量指标 表2-1-3 粉煤灰等级细度（气流筛，筛余量）(%)烧失量 （%）需水量比（%）含水量（%）（%）(%)混合砂浆活性指数7d28d1220455815951051151.01.01.50.020.02333757085（75）80（62）注：1）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标号C40的混凝土；当配制的混凝土标号 C40，混合砂浆的活性指数要求满足28d括号中的数值。 2）45m气流筛的筛余量换算为80pm水泥筛的筛余量换算系数约2.4，仅作参考。3）粉煤灰应测定总碱量，并于性能指标中予以说明。4）粉煤灰与本章其他矿物掺合料复合而成的产品，依其主要组成参照该类指标进行检验。注意：上表中粉煤灰的分级规定与以前相比，增加了混合砂浆活性指数、氯离子含量和含水量的要求，混合砂浆活性指数是对粉煤灰没有化学成分规定的弥补。以前，由于没有此项要求，我们发现某些级粉煤灰的活性比I、II级灰要高；而某些I、II级灰的活性相当低。我们掺粉煤灰，最主要的是希望有更高的化学活性，使混凝土具备更高的长期弯拉强度，此项规定对制作高性能道路混凝土极其重要。氯离子含量的规定是粉煤灰越来越多地使用在钢筋混凝土结构中，必须要有防锈蚀要求，在无筋、无钢纤维混凝土中，此项规定允许放宽。含水量的要求主要是防止粉煤灰结块。2使用粉煤灰是贯彻高性能道路混凝土思想在高速公路水泥混凝土路面施工中，按照高性能道路混凝土的设计思想，推荐使用掺量在1/41/7水泥用量的I、II级原状或磨细干粉煤灰，其主要目的是在保证28d弯拉强度5.OMPa以上的前提下，取得粉煤灰混凝土一年龄期67MPa的高弯拉强度和优异的抗磨性能。因此，在公路路面工程中使用粉煤灰时，其设计和施工弯拉强度控制龄期依然使用28d，不使用56d或90d，目的是将粉煤灰所带来的长期强度增长预留作为路面抵抗超重载的强度储备。粉煤灰水泥混凝土必须在加强和延长养护时间、保证表面不失水的条件下，才能达到与长期强度增长相同步的高抗磨性。3粉煤灰使用要求在水泥混凝土路面和贫混凝土基层工程中使用粉煤灰的基本原则是扬其长而避其短。首先，必须保证水泥混凝土路面的28d强度要求；而后，利用其长期强度高的特点增加抵抗超载的强度储备，以利延长路面使用寿命，保障水泥混凝土路面弯拉强度、抗疲劳性和耐久性。其具体使用要求是：（1)在混凝土路面或贫混凝土基层中使用粉煤灰时，应确切了解所用水泥中已经加入的掺合料种类和数量。（2)粉煤灰进货应有等级检验报告，并宜采用散装干（磨细）粉煤灰。粉煤灰的储存、运输等要求与水泥相同，使用粉煤灰的搅拌楼应增加1个水泥罐仓装粉煤灰。计量时，先称水泥，然后累计计量粉煤灰。（3)路面混凝土中使用粉煤灰必须有适宜掺量控制。在高速公路水泥混凝土路面上，视所使用的水泥种类，在使用硅酸盐水泥时，粉煤灰的极限掺量不得大于30%，普通水泥中允许有不大于15%的混合材料，则粉煤灰掺量不应大于15%。粉煤灰掺量限制是水泥及外掺粉煤灰能够全部水化的最高掺量要求，同时也是路面抗冲、耐磨和抗疲劳性能的要求。研究表明，粉煤灰主要化学成分是活性和，在混凝土中的化学反应属于二次反应，其反应的激发剂是水泥反应后释放出的和原有的石膏，它与水泥之间有一个完全化学反应的剂量配伍关系。资料表明，粉煤灰最多可完全反应量为纯硅酸盐水泥的28%。超过总混合材料30%必定有一些粉煤灰是不可能反应而产生强度的，多余的粉煤灰和石粉及土一样是有害的。这是在路面混凝土中使用粉煤灰必须注意的。 （4)路面混凝土掺用粉煤灰时，其配合比计算应按超量取代法进行，超掺部分代替砂，并减少砂用量。2.1.3 粗集料1粗集料的种类集料是混凝土中份量最大的组成材料，粒径5mm以上者，称为粗集料；粒径5mm以下者称为细集料。粗、细集料在混凝土中占有4/5的比例。所以，混凝土中的集料重要性是不言而喻的。混凝土粗集料种类从岩石成因上可分为火成岩、变质岩和沉积岩。从岩石化学成分上分为碱性石灰岩、玄武岩、大理岩等；有酸性花岗岩、石英岩等、中性闪长岩等。岩石由产状分类有页岩、板岩、砂岩、块状岩石等。从粒形上分为碎石、破口石和卵石，有不规则、角状、片状、针状。按岩石的表面结构可分为玻璃质、光滑、粒状、粗糙、结晶、蜂窝状等。集料的颗粒形状、级配、矿物成分、表面特征对所配制的混凝土抗折强度、用水量、工作性、界面粘结有较大的影响。2粗集料对路面混凝土性能的影响 我们最关心的是不同的岩石种类和性能对混凝土和混凝土路面性能有何重要影响。各类岩石集料的工程性质见表2-1-4。过去在很长一段时间内，人们认为集料是混凝土中的各惰性成分，除了级配而外，对混凝土及其路面性能几乎没有影响。随着研究的深入，有了一些最新的认识。各类岩石的工程性质 表2-1-4 岩石类型名 称强度耐久性化学稳定性表面特性夹杂质可能性破碎后形状火成石花岗岩、正长岩、闪长岩好好好好可能好致密长石好好有问题良可能良玄武岩、辉绿岩、辉长岩橄榄岩好好好良好有问题好好稀少可能良好橄榄岩好好良良有问题有问题好好可能好沉积石石灰岩、白云岩好良好好可能好砂岩燧石良好良差好差好良稀少很可能好差燧石好差差良很可能差砾岩、角砾岩良良好好稀少良页岩差差差好可能良-差变质岩片麻岩、片岩石英岩好好好好好好好好稀少稀少好-差良石英岩好好好好好好好好稀少稀少良大理岩良良好， 良好好好良，差可能可能好良蛇纹岩良良好良-差可能良闪岩好好好好稀少良板岩好好好差稀少差注：该表引自混凝土实用手册。相比较碎石、破口石和卵石而言：首先，对于影响拌和物工作性，卵石的和易性和流动性优于破口石，破口石优于碎石；其次，由于粒形造成嵌锁力不同，碎石混凝土弯拉强度高于破口石，破口石高于卵石；最新研究成果表明，混凝土路面的耐疲劳循环次数卵石高于破口石，破口石高于碎石。 随着高性能道路混凝土的发展，集料的强度决定混凝土可能达到的最高抗压强度，集料的种类和级配决定混凝土弹性模量的大小，可以通过集料的体积份数和对应的弹性模量计算出来。粗集料在普通混凝土中，质量占50%左右；体积按骨架密实结构几乎充满混凝土整个空间。在高速公路要求的高性能道路混凝土中，粗集料的重要性比中低强度的混凝土突出得多。最新研究表明，岩石的酸碱性影响混凝土材料结构内部的集料界面粘结强度和界面结构宽度。碱性岩石优于中性岩石，中性岩石优于酸性岩石。岩石的酸碱性同时会影响混凝土的温度收缩系数，酸性石英岩的温度收缩系数可达碱性石灰岩的2倍以上，粗集料岩石的酸碱性对混凝土温度变形性能影响很大，不仅影响到面板的温度翘曲量、接缝开口位移量和温度疲劳应力大小和特性，进而影响其接缝的张开量、耐水性、抗风化能力及耐候性，包括抗冻性。从抗断裂能力上看，岩石本身结晶结构复杂的变质岩优于结构均一的火成岩和沉积岩。3. 粗集料的技术要求粗集料可使用碎石、碎卵石和卵石。粗集料应质地坚硬、耐久、洁净。粗集料按国标建筑用卵石、碎石( GB/T 14685)的技术要求分为I、II、III级。混凝土强度等级大于C60宜用I级；强度等级C30C60及有抗冻、抗渗或其他要求的混凝土宜用II级；强度等级小于C30宜用III级。由于特重、重交通高速公路、一级公路、二级公路及有抗（盐）冻要求的三、四级公路混凝土路面施工弯拉强度5.05.75MPa时，对应的强度等级C30C45，因此规定使用的碎石、碎卵石和卵石级别不应低于II级，无抗（盐）冻要求的三、四级公路混凝土路面及贫混凝土基层可使用III级粗集料（对应的强度等级为C15C30）。将III级集料的压碎指标及针片状颗粒含量分为用于面板或贫混凝土基层来要求。各类粗集料技术要求应符合表2-1-5的规定。碎石、碎卵石和卵石技术要求 表2-1-5 项 目技术要求I级II级III级碎石压碎指标(%) 10 15 20卵石压碎指标(%) 12 14 16坚固性（按质量损失计%） 5 8 12针片状颗粒含量（按质量计%） 5 15 20含泥量（按质量计%） 0.5 1.0 1.5泥块含量（按质量计%） 0 0.2 0.5有机物含量（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐（按S03质量计%） 0.5 1O2500松散堆积密度1350空隙率 47%碱集料反应经碱集料反应试验后，试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定试验龄期的膨胀率应小于0.10%。注：1）III级碎石的压碎指标，用作路面时，应 20%；用作下面层或基层时，可25%。2）III级粗集料的针片状颗粒含量，用作路面时，应 20%；用作下面层或基层时，可25%。 3）有抗（盐）冻要求时，I级集料24h吸水率1O%；II级集料24h吸水率2.0%。 4）粗集料中不应混有草根、树叶、树枝、塑料品、煤块、炉渣等固体杂物。高速公路、一级公路、二级公路及有抗（盐）冻要求的三、四级公路混凝土路面使用的粗集料级别应不低于级，无抗（盐）冻要求的三、四级公路混凝土路面可使用级粗集料。有抗（盐）冻要求时，I级粗集料吸水率不应大于1.0%，级粗集料吸水率不应大于2.0%。4粗集料级配与最大粒径要求（1）粗集料级配粗集料级配的优劣首先影响新拌混凝土的工作性、黏聚性、匀质性和可振动密实性。良好的级配所提供的较大嵌锁力直接影响到弯拉强度和单位水泥用量，其次还影响水灰比和单位用水量，同时决定着塑性收缩和硬化混凝土的干缩变形和抗冻耐久性。所以，从严控制路面混凝土粗集料级配，使路面混凝土形成具有嵌锁力的骨架密实结构，对改善其路用品质和抗磨耐久性具有现实意义。为此，公路水泥混凝土路面施工技术规范规定，路面混凝土粗级配应待合表2-1-6合成级配的要求。用做路面混凝土的粗集料不得使用不分级的统料，应该按最大公称粒径的不同采用24个粒径的集料进行掺配。当2级级配石料不符合级配要求时，应当采用3级或4级级配的集料。粗集料级配范围 表2-1-6 类型方孔筛尺寸(mm)2.364.759.5016.019.026.531.537.5累计筛余（以质量计）(%)连续级配4.75164.75194.7526.54.7531.595100951009510095100851008595901009010040606075709075900103045507060750052540406000520300050单粒级4.759.59.5169.5191626.516 31.59510080100951009510001580100851009510095100001540605570851000015254055700010254000100（2）公称最大粒径粗集料的最大粒径过大，会降低路面混凝土弯拉强度，且粒径过大由于暴露的粗集料不耐冲击、易脱落，耐磨性变差，在混凝土卸料、摊铺中粗集料离析增大，不利于铺筑匀质混凝土路面。因此，要求用做路面混凝土的粗集料，卵石最大公称粒径不宜大于19.Omm;碎卵石最大公称粒径不宜大于26.5mm;碎石最大公称粒径不宜大于31.5mm。2.1.4 细集料 由于水泥混凝土路面在车轮作用下有表面抗滑耐磨的要求，并非任何土建工程可使用的砂均可用于混凝土路面。又由于水泥混凝土路面对粗集料的要求比沥青路面相对较低，一般国内外所做的水泥混凝土路面不对粗集料的磨光值提出要求，对普通混凝土路面、钢筋混凝土路面及钢纤维混凝土路面表面基本要求是不裸露粗集料，要求表面砂浆层的充分包裹，除非施工中有低噪声技术要求而裸露的粗集料，一般水泥混凝土路面上若建成初期就裸露粗集料视为一种病害。所以，水泥混凝土路面上的抗滑耐磨即安全耐久性等功能要求主要依赖细集料。对细集料本身的硅质含量即硬度、细粉含量、颗粒度即细度模数及其稳定性的要求比其他土建工程结构要高得多、严格得多。1.细集料的种类和技术要求(1)细集料的种类 细集料可采用质地坚硬、耐久、洁净的天然砂、人工砂。天然砂包括河砂、湖砂、山砂、淡化海砂；人工砂包括机制砂和混合砂。新水泥混凝土路面施工技术规范与以往的规范相比是在天然砂中扩展了淡化海砂和人工砂，在人工砂中扩展了机制砂和混合砂。河砂经过长期水流冲洗，粒形较圆、较洁净，质量较好，路面混凝土应优先采用河砂；海砂的、和贝类壳含量较高，须经冲洗处理满足氯盐、硫酸盐和有机质含量规定，可用于无筋混凝土路面；山砂的含泥量大，软弱颗粒较多，但只要不超标仍可使用。机制砂的粒形很差，石粉含量较高，新拌混凝土工作性差，相同工作性的水灰比大，弯拉强度及耐磨性等指标不易满足，当控制住石粉和土含量、采用减水率较高的外加剂时，也可生产合格的水泥混凝土路面。(2)细集料的技术要求路面用细集料的技术要求应符合表2-1-7的规定。细集料技术指标表2-1-7项 目技术要求I级II级III级人工砂单粒级最大压碎指标(%) 20 25 30氯化物（氯离子质量计%） 0.01 0.02 0.06坚固性（按质量损失计%） 6 8 10云母（按质量计%） 1.O 2O 2.O天然砂、人工砂含泥量（按质量计%） 1.0 2.0 3.O天然砂、人工砂泥块含量（按质量计%）0 1.O 2.O人工砂MB值1.4或合格石粉含量（按质量计%） 3.0 5.O 7.0人工砂MB值1.4或不合格石粉含量（按质量计%） 1.0 3.O 5.0有机物含量（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐（按S03质量计%） 0.5 0.5 0.5轻物质（按质量计%） 1.O 1.O2500 松散堆积密度1350 空隙率 47%碱集料反应 经碱集料反应试验后，由砂配制试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象,在规定试验龄期的膨胀率应小于O.1O%注：1）砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料品、煤块、炉渣等固体杂物。 2）亚甲蓝试验MB值用于区分砂中粒径小于75颗粒是石粉或泥土。 3）MB值1.4或合格时，根据使用地区，在经试验验证的前提下，可由供需双方商定。 4）天然III级砂用作路面时，含泥量应小于3%；用作贫混凝土基层时，可小于5%。砂按表2-1-7的技术要求分为I级、级、级。混凝土强度等级大于C60时宜用I级砂；混凝土强度等级为C30C60及有抗冻、抗渗或其他要求时宜用级砂；混凝土强度等级小于030时宜用级砂。高速公路、一级公路、二级公路及有抗（盐）冻要求的三、四级公路混凝土路面使用的砂应不低于级，无抗（盐）冻要求的三、四级公路混凝土路面可使用级砂。 2.细集料细度模数和级配要求(1)细度模数和级配砂按细度模数M，分为3个区：I区粗砂（M=3.13.7）、区中砂(M=2.33.0)、区细砂(M。=1.62.2)。各区砂级配要求见表2-1-8。 路面普通混凝土、钢筋混凝土及钢纤维混凝土用天然砂的级配曲线宜为区，可使用I区偏细粗砂和区偏粗细砂，细度模数应在2.03.5之间。路面混凝土同一配合比用砂的细度模数变化范围不应超过0.3，否则，应分别堆放，并调整配合比中的砂率后使用。细集料级配范围表2-1-8砂分级方孔筛尺寸(mm)0.150.300.601.182.364.75累计筛余（以质量计）(%)粗砂中砂细砂90100901009010080957092558571854170164035651050025535025015010010010(2)砂粗细、细度模数和比表面积的关系研究表明，对混凝土工作性影响很大的砂比表面积与其细度模数之间成反比线性关系，其细度模数越大，比表面积越小。因此，砂的细度模数可以较好地反映砂的粗细程度和比表面积。为了保证水泥混凝土路面弯拉强度和表面砂浆的耐磨性能，路面混凝土宜采用细度模数为2.03.5的中砂、中粗砂和偏细粗砂。这项规定主要是从提高表面的耐磨性出发提出的。实质上，在水泥路面通车运行12年后，路面轮迹部位的抗滑性能与横向力系数关键取决于砂的硬度及细度模数，因为水泥浆总归是先于砂被磨掉的，暴露的凸起物将是砂颗粒，而正是凸起的砂颗粒为路表面提供了足够的抗滑性能和横向力系数。当砂过细时，表面水泥浆磨损后，细砂所能提供的路面安全性指标（横向力系数）过低；当砂过粗时，不仅拌和物泌水较严重，而且平整度难以保证，粗砂中毫米级的砂数量较多，表面上一个3mm以上的砂粒，就足以影响到3m直尺3mm的平整度。3.机制砂的技术要求在我国大西南各省区相当多的地方很难找到天然河砂，只有生产的破碎机制砂。新编公路水泥混凝土路面施工技术规范对机制砂使用有下述规定：路面和桥面所使用的机制砂除应满足表2.7和表2.8规定外，特别是硅质含量不小于25%，同样适应于机制砂，还应检验砂浆磨光值PMV且宜大于35，不宜使用耐磨性较差的泥岩、页岩、板岩等水成岩类母岩品种生产机制砂。配制机制砂混凝土应同时掺引气高效减水剂。(1)磨光值施工规范对机制砂的磨光值提出沥青路面集料中的最大要求：PMV不小于35，同时，对强度较低、耐磨性较差的机制砂母岩品种亦加以适当限制，破碎机制砂的岩石品种亦应保证硅质含量。生产机制砂的母岩强度：火成岩不小于100MPa；变质岩不小于80MPa；水成岩不小于60MPa。目的是提高机制砂水泥混凝土路面的抗滑性能与横向力系数，保证路面运营的安全性。母岩的强度、硅质含量及耐磨性提高后，机制砂的破碎生产效率会降低，砂的成本会有所提高，这是无法避免的。另一方面，若再做加铺层，成本会提高。(2)含泥量和石粉含量机制砂中含泥量和石粉含量的控制一直是公路界面临的难题。显然，石粉含量不能与土等同对待，石粉的化学活性与表面物理特性比土强得多，在我国型硅酸盐水泥中，允许掺入5%以内的生石灰岩石粉。试验表明，即使将其掺入混凝土中，同样具有一定的化学反应活性。当石粉和土总量不超过12%时，应掺引气高效减水剂达到压低单位用水量和水灰比，有效控制拌和物工作性、稠度，提高抗滑、耐磨性，保证强度及耐久性之目的。 4.淡化海砂的技术要求在我国许多沿海地区，河砂资源紧缺或运距较远，价格为海砂的24倍。施工规范首次允许二级及二级以下公路混凝土路面使用海砂。为了防止钢筋混凝土路面及钢纤维混凝土路面产生严重锈蚀或其他化学侵蚀破坏，施工技术规范不是笼统称海砂，而明确讲淡化海砂，即使用淡水冲洗或雨水冲淋过的海砂、海水浸湿时间有限的河口附近河海混合砂，并规定全部缩缝设传力杆混凝土路面不宜使用淡化海砂，钢筋混凝土及钢纤维混凝土路面和桥面不得使用淡化海砂。在混凝土路面工程中，淡化海砂的技术要求除应符合表2.7和表2.8的规定外，为防止碱一集料反应，淡化海砂带入每立方米混凝土中的含盐量不大于1.Okg，碎贝壳等甲壳类动物残留物含量不大于1.0%，并要求与河砂进行对比试验，验证淡化海砂应对砂浆磨光值、混凝土凝结时间、耐磨性、弯拉强度等无不利影响。2.1.5 水新拌混凝土用水及养护用水中，不得含有影响混凝土质量的油、酸、盐类及有害物质，海水不能用做搅拌及养护路面混凝土用水。饮用水一般均适用于混凝土；非饮用水，经化验符合下列要求时也可使用：硫酸盐含量（按计）小于0.002 7；含盐量不大于0.005；pH值不小于4；不得含有油污、泥和其他有害杂质。2.1.6 外加剂1.常用外加剂的种类和性能 在现代水泥混凝土路面材料科学中，外加剂成为制作优质混凝土路面的必需组分，在公路水泥混凝土路面工程中主要使用如下三类外加剂： (1)减水剂 减水剂按照其减水效率大于或小于15%分为高效减水剂和普通减水剂，还有早强减水剂、缓凝减水剂、缓凝高效减水剂、引气减水剂。常用减水剂按化学成分可分为木质素系列（木质素磺酸钙（木钙）、木钠、木镁）普通缓凝减水剂、糖蜜系列（糖蜜、糖钙和糖钠）普通缓凝减水剂、多环芳香族萘磺酸盐系列（萘磺酸盐甲醛缩合物）高效减水剂、聚丙稀酸盐系列高效减水剂和水溶性树脂磺酸盐系列（密胺、三聚氰胺、苯酚、磺化古玛隆树脂等）高效减水剂等。 各级公路路面混凝土宜选用减水率较高、坍落度损失较小、凝结时间可调控的复合型减水剂。高温施工宜使用引气缓凝减水剂或引气高效缓凝（保塑）减水剂，低温天施工宜使用引气早强高效减水剂。 混凝土外加剂( GB 8076-1997)规定的外加剂产品种类和性能指标见表2-1-9。高等级公路水泥混凝土路面使用的外加剂应满足一等品的技术要求，所以本书仅摘录一等品的性能指标。供应商在提供外加剂试验之前，应提供国家、省级或地区级外加剂检测机构认定的一等品质检报告，检验报告应说明外加剂的主要化学成分，对混凝土无腐蚀和对人员无毒副危害。混凝土外加剂产品的技术性能指标表2-1-9试验项目普通减水剂高效减水剂早强减水剂缓凝高效减水剂缓凝减水剂引气减水剂早强剂缓凝剂引气剂减水率(%)8158158126泌水率比(%)9590951001007010010070含气量(%)3O4O3O 4.53O3O凝结时间( min)初凝终凝-90+120-90+120-90+90 +90 +90-90+120-90+90 +90-90+120抗压强度比(%)不小于ld1401401353d115130130125100115130100957d1151251151251101101101009528d11012010512011010010010090收缩率比(%)28d不大于120120120120120120120120120抗冻强度等级50505050502005050200对钢筋锈蚀作用应说明对钢筋无锈蚀危害注：1）除含气量外，表中数据为掺外加剂混凝土与基准混凝土差值或比值。 2）凝结时间指标“一”表示提前，“+”表示延缓。高速公路水泥混凝土路面使用的减水剂可以是普通减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂、高效减水剂、缓凝高效减水剂或同时加引气剂构成缓凝引气高效减水剂。 使用减水剂等外加剂的目的如下： 1)改善工作性 道路混凝土一般是低坍落度（摊铺时不大于5cm）的混合料，对于路面在任何气候条件下的可施工性能即工作性（振动易密性、流动性、粘聚性和可滑性或可模性）的要求很高，这是保证施工质量的前提条件。 2)降低水灰比 使用减水剂可降低水灰比，减小单位用水量，保障和提高弯拉强度。要制造高弯拉强度、高耐疲劳极限、小变形性能和高耐久性的高性能道路混凝土离不开高效缓凝引气减水剂。 3)节约水泥 在等强度及工作性不变条件下，可节约一定的水泥用量。（2)调整新拌混凝土施工性能的外加剂调整新拌混凝土性能，满足施工要求的外加剂和品种有： 1)调整凝结时间的外加剂有缓凝剂品种主要有柠檬酸、石碳酸、酒石酸等羟基羧酸类；木钙、木钠、木镁、糖蜜、糖钙、糖钠等减水剂同时是重要的缓凝剂。 2)控制新拌混凝土坍落度损失的保塑剂 主要品种有白糖、三聚磷酸钠、乙二醇、柠檬酸等；木钙、木钠、木镁、糖蜜、糖钙、糖钠等减水剂剂量加大时，同时是重要的保塑缓凝减水剂。 3)冬季施工使用的促凝剂、防冻剂和早强剂 氯化物系列（氯化钠、氯化钙、氯化铁等），硫酸盐和硝酸盐系列（硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝钾；（亚）硝酸钠、（亚）硝酸钙等），有机系列无氯非盐类的品种（三乙醇胺、三乙丙醇胺、乙酸钠、甲酸钙、乙二醇、尿素等）。 以上在阐述水泥的凝结时间时，已经谈到目前水泥规定的标准温度202下初凝时间过短。在夏季热天（平均气温35以上）大型机械施工中，如果不用缓凝剂、保塑剂或缓凝减水剂，施工时间将无法保证，最终将严重影响摊铺水泥混凝土路面质量。高温条件下必须使用缓凝剂、保塑剂和缓凝减水剂来保证施工能够正常进行。 在冬季负温施工时，混凝土负温凝结时间过长，防止不了冬季负温下混凝土冻坏，所以需要使用促凝剂、早强剂或防冻剂。由于氯盐对钢筋有锈蚀作用，在钢筋混凝土结构工程中对其限制使用，普通水泥混凝土路面基本上是素混凝土结构，上述各种促凝剂、早强剂均可采用。配有钢筋网的混凝土路面、桥头搭板和桥面铺装层，不得使用氯盐和其他盐类防冻剂。在钢筋混凝土中使用盐类防冻剂，必须用掺有硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐等阻锈成分的防冻剂。施工规范规定：凡处在海水、海风和酸雨环境；被氯离子、硫酸根离子污染的河流；冬季洒除冰盐的路面、桥面钢筋混凝土和钢纤维混凝土面层中，宜掺阻锈剂。阻锈剂的质量要求和使用方法应符合公路水泥混凝土外加剂和掺合料应用技术指南(SHC F90-01-2003)的规定。(3)引气剂施工规范规定：二级及其以上公路路面混凝土中应使用引气剂，有抗冰冻、抗盐冻要求的地区的各级公路路面、桥面、护栏、路缘石、路肩石及贫混凝土基层必须使用引气剂。引气剂应选用表面张力降低值大、水泥稀浆中起泡容量多而细密、泡沫稳定时间长、不溶残渣少的产品。引气剂的主要作用是改善和易性、减少泌水、提供富浆平整的表面；提高弯拉强度、同时降低抗折弹性模量、改善荷载和温湿度变形性能；提高抗渗性、抗冻性和耐候性。引气剂同时有减水作用。 引气剂所引的气泡与振捣不密实和木钙等所引气泡有本质不同的是：引气剂所引的气泡尺寸非常小，直径在Mm量级，是肉眼不可见的微小气泡，只有在光学显微镜下才能看到。一般来讲，引气剂对抗压强度有降低作用，而剂量合适、含气量适宜时，可提高弯拉强度l0%15%，是我们制作高性能道路混凝土的不可缺少的重要外加剂。 引气剂主要有三大系列：松香树脂类（文松树脂、松香皂、松香热聚物），烷基磺酸盐类（烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、烷基苯酚、聚氧乙烯醚、皂角素）和脂肪醇类（脂肪醇聚氧乙烯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、高级脂肪醇衍生物）等。目前国内外使用最普遍的是第一类。引气剂质量检验的摇泡实验没有采用简单清水或蒸馏水摇泡方法，而推荐在水泥浆条件下的摇泡。这是因为不同的引气剂在水泥稀浆和水中气泡的产率、细密度和稳定性差别较大，有时会产生误判。当然水泥稀浆比水中更符合混凝土中的真实情况。 滑模摊铺混凝土路面规定应使用引气剂，引气剂不仅引气而且具有普通减水剂的减水率，它可增大新拌混凝土的粘聚性，防止泌水离析，能提高混凝土的匀质性。引气剂所引含气量增大了混凝土中水泥浆的体积，使滑模摊铺出的路面光滑密实、平整度高、外观规矩。适宜含气量的引气混凝土，抗弯拉强度提高10%15%，降低了抗弯弹性模量，减小了干缩和温缩变形，提高了抗冻性和抗渗性，缓解了碱集料反应和化学侵蚀膨胀，改善了路面混凝土的耐候性，增强了耐久性。所以在滑模摊铺混凝土路面中必须使用引气剂，其他外加剂视工程的需要选用。路面混凝