預拌混凝土在道路工程中的應用

馬永勝，潘宗芬，殷繼偉

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

預拌混凝土在道路工程中的應用

馬永勝1，潘宗芬2，殷繼偉1

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

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

混凝土；道路面層；抗折強度；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。混凝土基體的抗拉強度偏低。混凝土在收縮或膨脹時，容易出現開裂，所以配制道路混凝土時應將混凝土的收縮降到最低。

預拌混凝土大多數是泵送混凝土，泵送混凝土有著工作性好（坍落度大）、施工進度快、省人力物力等優點，泵送混凝多應用于鋼筋混凝土中，但泵送混凝土卻與道路混凝土的設計理念不盡相同。

預拌混凝土較常規現場攪拌的混凝土有規模大、生產工藝先進、原材料的質量控制穩定性好、人員的管理制度完善、生產計量準確等優點。但往往預拌混凝土廠家與施工現場距離較遠，運輸車輛多為攪拌罐車，這就使得混凝土坍落度大于標準要求，雖然坍落度變大后施工性增強，但對混凝土的抗折強度、耐久性有一定影響，所以在道路混凝土配合比設計時應將這些因素考慮進去。

1 工程簡介

工程位于黑龍江省安達市，屬安達市達某工程中的環湖路，設計三、四級公路，中輕度交通。全程長度約14公里。混凝土面層為板厚20cm，基層為8%水泥穩定碎石。混凝土28d齡期要求抗折強度不低于4.5MPa。路面寬度不大于4.5m所以不設置縱向縫。

橫向縮縫為假縫間距4m，脹縫為100m一道下方設置傳力桿。

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量穩定性以及廠家的規模、價格等因素的影響。

2.1 水泥

水泥是混凝土中最重要的原材料，水泥膠砂強度的高低直接影響混凝土的強度 。所以從混凝土抗折強度的角度考慮，水泥要選抗折強度高的水泥。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度達不到要求，但鐵鋁酸四鈣過高將導致難以抹面施工，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，應注意水泥中C3A的含量，C3A在水泥熟料中反應速率最快，同時C3A的含量將直接影響著水泥的反應速度，當C3A的含量過高時將加快混凝土的早期收縮，混凝土容易出現開裂。

在選用水泥時同時應考慮混合材摻量以及種類。標準中要求摻有窯灰、煤矸石、火山灰、燒粘土、煤渣做為混合材的水泥是禁止應用于道路混凝土中的，主要是因為這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量較高，水泥漿體過于黏稠，振動粘度系數過大，對面層的平整度有影響。

綜合考慮后選取的是安達市亞泰水泥分公司生產的P·O42.5水泥、該廠家生產的水泥各項指標均符合要求，并且強度富余系數高、穩定性好。水泥各項性能見表1。

2.2 粗集料

選用粗集料時應按照標準要求盡量選用Ⅰ級或者Ⅱ級骨料。那么要先從哪個指標開始入手呢？首先要考慮的就是粗骨料的對混凝土抗折強度的影響；其次應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，隨之膠結能力也就越差。在振搗時容易出現離析導致砂漿過于集中，不但影響混凝土的抗折強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度會有所提高，但當粒徑小于 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 水泥的標準要求及復檢性能指標

粗集料的級配，可以選用連續級配，或者按照標準要求采用2-4的單粒級進行級配。當混凝土中集料級配斷檔時，孔隙率變大混凝土變得不密實，同時需要更多的水泥砂漿進行填充，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度或是抗壓強度都是有害的，因為泥會吸附在水泥表面阻礙水泥漿體與集料膠結，所以膠結能力變差混凝土強度降低，同時因為泥會吸附一定水，所以為保證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，極易在混凝土內部形成有害裂縫影響混凝土的強度。

綜合以上幾點作者選用的粗集料性能如表2。

表2 粗集料復檢性能

2.3 細集料

選用細集料時首先應考慮砂的細度模數，道路混凝土一般選用較粗的天然砂或機制砂，細度模數控制在2.0～3.7之間。

當砂過細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。當砂顆粒較細時，不容易與水泥膠結，影響強度。

當砂顆粒較粗時混凝土的保水性變差，容易出現泌水離析。造成混凝土的內部勻質性降低，表面強度降低，起皮、起砂。同時應考慮砂的級配，若級配不合理，不但需要更多的水泥漿體，混凝土也不密實。

選用砂子其次要考慮它的含泥量，含泥量不但會影響強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 細集料復檢性能指標 %

3 混凝土配合比設計

道路混凝土配合比設計，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。混凝土的抗折強度在一定情況下，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、不但浪費成本同時不利于混凝土耐久性。

3.1 確定混凝土的試配強度

依據JTGTF 30—2014中標準規定，t按表取0.20， s按表取0.84，cv取0.15

注：fr取4.0（依據JTGD 40—2011）

3.2 確定水膠比

依據JTGTF 30—2014中標準規定的最大水膠比，所以選取水膠比為0.48

注：fs為水泥28d實測抗折強度值8.0MPa

3.3 確定砂率

砂率根據查表與經驗選定34%。

3.4 確定用水量

根據標準要求混凝土出機坍落度應控制在10～30mm，但因用混凝土攪拌罐車進行運輸，如此小的坍落度無法進行裝卸，所以將混凝土坍落度調整至(80±20)mm。根據混凝土設計坍落度及經驗，用水量選取170kg/m3。

3.5 碎石級配

將三個單粒級的碎石進行級配，以達到連續級配的目的。為的是保證混凝土的密實性，降低混凝土中的孔隙率。試驗證明當混凝土中碎石級配斷檔時，對混凝土的抗折強度有相當大的影響。增加水泥用量只會增加混凝土的抗壓強度，對混凝土的抗折強度增長不明顯。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 混凝土配合比計算及混凝土試拌

采用密度法進行配合比設計，初定混凝土的密度為2400kg/m3，通過計算出的水膠比與用水量，確定水泥用量為355kg。混凝土的配合比與試拌配合比（30L）見表4。并且依據JTGF 30—2003中規定分別增加和減少20kg水泥，同時進行混凝土試拌與強度檢驗見表5。

表4 混凝土配合比

表5 試驗結果

3.7 選定配合比

用1m3為容積的容器，將混凝土進行密度實測，實測值為2410kg/m3與設計密度相差不超過2%，所以設計密度選取2400kg/m3合理。根據計算出混凝土28d抗折強度要高于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 試驗段試驗

試驗段全長400m路面單幅寬3m，路面厚度為20cm，攤鋪設備為三輥軸機組。

混凝土坍落度控制在 80～100mm。混凝土在運輸以及整個攤鋪澆筑期間，工作性良好，并未出現異常。混凝土初凝時間約為 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，是預拌混凝土出現開裂的高發期。因為混凝土在這段時間內還沒有形成一定的抗拉強度。當混凝土失水后，容易形成表面微裂縫，如不進行封閉，裂縫會繼續發展與混凝土內部的裂縫連通，最后會形成影響結構安全的有害裂縫。所以混凝土要在混凝土臨近終凝時進行二次抹壓，甚至多次摸壓。二次抹壓還可以將混凝土表面壓實，修整表面的平整度。在抹壓之后用無紡土工布進行覆蓋，保證混凝土的濕養護。

試驗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，制造薄弱的環節，這樣的混凝土在收縮時會在薄弱的地方出現開裂，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為機械的擾動出現裂縫。如切縫時間晚混凝土收縮已經出現開裂，切縫就失去作用了。

圖1 施工流程圖

圖2 混凝土施工圖

5 試驗段試驗中發現的問題

試驗段全長400m出現了3條斷板及一些質量問題的情況（見圖3），遠遠的超出了標準要求。混凝土拌合站負責人員、施工負責人員、監理單位負責人員進行分析。分析出現開裂的原因如下：

（1）試驗段澆筑當日平均溫度為 20 度。最高溫度為 29度。混凝土開裂出現在約 26～30 小時之間。當時由于特殊原因切縫沒有及時。

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

為減少混凝土斷板，項目部決定作出以下幾點調整：

（1）為降低混凝土收縮，混凝土拌合站將配合比進行優化。

（2）加強人員管理，對混凝土的切縫要及時、振搗要到位。

（3）對基層進行重新檢驗，如不符合要求時須處理之后才能進行混凝土的澆筑。

圖3 試驗段混凝土質量問題

6 混凝土的配合優化

調查混凝土拌合站的原材料，發現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中標準要求采用三輥軸機組的施工工藝，碎石混凝土最大單位用水量為153kg/m3。試驗段中配合比用水量為170kg/m3。

超出標準要求主要因為混凝土用攪拌罐車進行運輸，153kg用水量無法達到所要求的坍落度。所以在配合比優化時，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的結果見圖4。

圖4 混凝土中含氣量與混凝土抗折強度、抗壓強度的關系

根據圖4 含氣量與28d混凝土抗折強度抗壓強度的關系式，在同時考慮混凝土抗折強度、抗壓強度以及混凝土耐久性的情況。選取混凝土含氣量4% 為最佳。優化后的配合比見表7。

表7 優化后的配合比 kg/m3

7 施工中遇見的問題

7.1 混凝土的開裂

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

調查發現混凝土拌合站的配合比和原材料未發生變化。在混凝土澆筑前幾層的強度平整度均有技術人員進行檢測。而且近幾日內混凝土并未有開裂的情況出現。

后經過調查，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行了混卸。當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。現場管理人員認為同樣是C30混凝土不應該出現問題，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。

因為不同廠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，混凝土收縮及凝結時間就不一致，配合比設計與原材料的使用也不相同，在混凝土相膠結的地方是最薄弱的，非常容易出現混凝土開裂（圖6）。

即使同一攪拌站的C30混凝土因澆筑部位不同，混凝土的配合比設計也不同（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計理念上就有不同，所以即使同一家的混凝土改變澆筑部位也需要經過技術人員的確認及試驗才可。

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

在工程其他標段的試驗段時，混凝土出現了泌水情況，通過分析是由于混凝土的水膠比過大，原材料中水泥的標準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。后經過混凝土配合比優化，向混凝土中加入優質的引氣劑后混凝土泌水未出現。是因為良好的引氣劑會向混凝土中引入優質的小氣泡，而氣泡可以將混凝土正在向上運動的自由水進行包裹，將其穩定在氣泡周圍。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，要做好應急預案。否則下雨會沖走混凝土的水泥漿體，造成混凝土的強度下降。如遇大雨混凝土的防雨措施不及時，混凝土會出現離析現象。首先工作人員應掌握好天氣的變化，最好能避開雨天施工。同時在施工時應準備好塑料布等材料。下雨時應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，等雨停后在進行混凝土的收光。若下雨時間長，可以用電抹子，在進行表面處理。如遇到混凝土被雨水沖到，應將離析的混凝土進行扣除，重現進行澆筑。雨停過后如想繼續澆筑應將基層的水進行排除，否則會影響混凝土的質量。在混凝土生產時，同時也應該注意混凝土骨料的含水量，來調整混凝土配合比。圖9～12 為雨天施工現場圖。

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 將已經攤鋪完的混凝土進行覆蓋

8 結論

預拌混凝土有著穩定性好，計量準確，生產規范化等的好處。但在應用于道路時，應著重考慮混凝土抗折強度、耐久性。在預拌混凝土設計、生產、運輸等環節都有別于現場生產的混凝土。應將各種因素考慮進去，選取最合適原材料，生產工藝，去滿足道路混凝土所需要的各種要求。事實證明，預拌混凝土在應用于道路時，是可以通過優化配合比等措施，來滿足標準與施工要求的。作者作為預拌混凝土廠家的技術人員，與大家分享自己的拙見，所道之處有錯誤請各位砼仁指導。

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

[2] GB/T 50081—2016．普通混凝土力學性能試驗方法標準[S].

[3] JTGTF 30—2014．公路水泥混凝土路面施工技術細則[S]．

[4] JTG D 40—2011．公路水泥混凝土路面設計規范[S]．

［通訊地址］哈爾濱佳連混凝土技術開發有限公司（150008）

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