本文簡要地介紹了道路水泥混凝土的特點和技術(shù)要求，以及道路水泥混凝土對水泥的質(zhì)量要求，并給出了工程實例，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，我國經(jīng)濟建設(shè)迅速發(fā)展，公路運輸事業(yè)突飛猛進，高等級公路里程快速增長，水泥混凝土路面作為主要的路面結(jié)構(gòu)形式，自上世紀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，我國就已建成瀝青混凝土與水泥混凝土兩種高級路面總和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、強度高、使用耐久和日常養(yǎng)護工作量小等優(yōu)點。從長期投資看，它優(yōu)于瀝青路面，因而在一些城市道路、工礦道路、機場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，導(dǎo)致石油產(chǎn)品的供不應(yīng)求，瀝青價格飛漲，這也進一步促進了水泥混凝土道路的迅猛發(fā)展，加大了對用于水泥混凝土路面的水泥的需求。我國是世界上第一大水泥生產(chǎn)國，具有全世界最富足的水泥資源，目前全國水泥產(chǎn)量已超過12億噸。隨著我國社會、經(jīng)濟和交通事業(yè)的迅速發(fā)展，水泥凝土路面將會得到更加廣泛的應(yīng)用。
由于各種各樣的原因，我國很多水泥企業(yè)技術(shù)人員對建設(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，因此，本文擬簡要介紹道路混凝土對水泥的質(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，對路面的使用要求是：應(yīng)具有足夠的強度和剛度，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、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)強度和穩(wěn)定性等劃分等級，一般分為高級、次高級、中級、低級等四個等級。高速公路和一級公路是汽車專用路，采用的路面等級是高級。
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)計基準期內(nèi)設(shè)計車道所承受的標準軸載累計作用次數(shù)分為4級，分級范圍如表1所示。
3.道路水泥混凝土路面的特點
水泥混凝土路面是最近十幾年來才發(fā)展起來的，國內(nèi)外對水泥混凝土路面的修筑技術(shù)一直進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，近年來在我國得到廣泛推廣應(yīng)用。水泥混凝土是公路與城市道路、機場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。
?。?）道路水泥混凝土路面的優(yōu)點
a) 強度高。混凝土路面具有較高的抗壓、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場跑道。
b) 穩(wěn)定性好?；炷谅访娌慌氯諘裼炅?，不怕嚴寒酷熱，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)。
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，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
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和噪音的能力低，影響行車舒適性。
b) 水泥混凝土路面對超載比較敏感，一旦外荷載超過設(shè)計極限強度，混凝土板便會出現(xiàn)斷裂，其修補工作也較瀝青混凝土路面困難。
c) 施工期較長。水泥混凝土路面需要較長時間的養(yǎng)護，鋪筑后一般需要14～21天才能使用。
4.道路水泥混凝土對水泥的質(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，某些對普通混凝土影響不大的原材料，對道路混凝土對有著顯著的影響，因此，道路混凝土對混凝土原材料質(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，增強混凝土的耐久性，應(yīng)選用早期強度高、耐磨性強、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?！豆匪嗷炷谅访媸┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》(JTG F30-2003)中規(guī)定各交通等級路面水泥抗折強度、抗壓強度應(yīng)符合表2的規(guī)定。
表2 各交通等級路面水泥各齡期的抗折強度、抗壓強度要求
各交通等級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 各交通等級路面用水泥的化學(xué)成分和物理指標
4．2水泥強度等級
水泥強度等級的選用，應(yīng)從混凝土試配強度、和易性、耐久性及經(jīng)濟性等方面考慮。不宜用低標號水泥配制高強度等級混凝土，否則水泥用量大，混凝土收縮大，耐久性差；也不宜用高標號水泥配制低強度等級混凝土，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，會造成水泥浪費，成本提高。按照路面交通等級，道路混凝土設(shè)計的抗折強度一般在4.0～5.5 MPa之間。根據(jù)經(jīng)驗，抗折強度設(shè)計等級為4.0～4.5 MPa時，應(yīng)選用32.5級水泥；設(shè)計等級為5.0～5.5MPa時，應(yīng)選用42.5級水泥。表4為道路水泥混凝土各齡期控制強度值。
4．3水泥溫度
水泥溫度是導(dǎo)致混凝土早期開裂的一個主要原因，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)量事故也時有發(fā)生。通常，道路水泥混凝土施工時，一般采用機械化鋪筑，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)的不斷進步， 同樣要求公路水泥混凝土具有早強、高強、低水化熱、大流動性、輕質(zhì)、高密實、高耐久性、成本低、易成型、易養(yǎng)護等特性，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。隨著水泥新標準的實施，32.5級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、也是全國各地都有的資源最多的混合材。大量試驗證明，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，較細的粉煤灰顆粒，能很好地填充到混凝土的細微孔隙中，使硬化混凝土更加致密。但對道路混凝土而言，粉煤灰水泥配制的混凝土因早期強度低，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，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，應(yīng)摻用質(zhì)量指標符合表5規(guī)定的電收塵I、II級干排或磨細粉煤灰，不得使用III級粉煤灰。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級或III級以上粉煤灰，不得使用等級外粉煤灰【1】。對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水泥篩的篩余量時換算系數(shù)約為2.4；
?、诨旌仙皾{的活性指數(shù)為摻粉煤灰的砂漿與水泥砂漿的抗壓強度比的百分數(shù)，適用于所配制混凝土強度等級大于等于C40的混凝土；當配制的混凝土強度等級小于C40時，混合砂漿的活性指數(shù)要求應(yīng)滿足28d括號中的數(shù)值。
礦渣水泥或磨細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抗折強度達到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)備和運輸設(shè)備在混凝土坍落度小于70mm時難以運行，對設(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行混凝土路面設(shè)計的實例【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，細度模數(shù)2.6，中砂Ⅱ區(qū)；石：碎石，5~31.5mm連續(xù)級配；
粉煤灰：某電廠Ⅱ級灰；
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，對于廠區(qū)或小區(qū)的路面，其設(shè)計強度等級較低，對水泥的強度等級要求也低；而對于市政工程的道路建設(shè)，其設(shè)計強度等級較高，對水泥的強度等級要求較高。但道路混凝土工程有一個共性，就是通常對工期要求較短，以盡快保證道路暢通，因此常采用早強水泥。具體應(yīng)用實例如表6所示：
從表6可以看出，針對不同要求的道路路面混凝土，選用適當?shù)乃?，采取合理的混凝土配合比，完全可以滿足C25到C40等級的路面混凝土要求?；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度，包括早期抗折強度，表7中3d抗折強度可達設(shè)計抗折強度的65%，28d抗折強度可達設(shè)計強度的120%。在施工方面，這種混凝土在到達工地時坍落度為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；初凝時間在8h以內(nèi)。避免了由于混凝土內(nèi)外層凝結(jié)時間差異而導(dǎo)致的“起殼”現(xiàn)象，混凝土終凝后養(yǎng)護14d，后期強度穩(wěn)定增長。而且，這兩個工程項目的具有早強功能的路面混凝土使用至今路面情況良好。
6．結(jié)語
我國公路建設(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水泥質(zhì)量要求的專業(yè)知識，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，為國家經(jīng)濟建設(shè)作出更大的貢獻，同時也可更好地拓寬市場，為水泥企業(yè)獲得更好的經(jīng)濟效益。
參考文獻
施惠生，孫振平，鄧愷.混凝土外加劑實用技術(shù)大全.北京：中國建材工業(yè)出版社，2008
