预拌混凝土在道路工程中的应用

马永胜，潘宗芬，殷继伟

（1. 哈尔滨佳连混凝土技术开发有限公司，黑龙江 哈尔滨 150008 2. 贵州毕节磐石建材有限公司，贵州 毕节 551603）

预拌混凝土在道路工程中的应用

马永胜1，潘宗芬2，殷继伟1

（1. 哈尔滨佳连混凝土技术开发有限公司，黑龙江 哈尔滨 150008 2. 贵州毕节磐石建材有限公司，贵州 毕节 551603）

近年来随着预拌混凝土的高速发展，预拌混凝土被广泛适用于各种工程，在预拌混凝土用于浇筑道路时，作为预拌混凝土厂家应如何做？本文将谈到道路混凝土的配合比设计思路，原材料的选取，施工中遇到的状况，以及应对措施与解决方法。

混凝土；道路面层；抗折强度；耐久性

0 引言

道路混凝土一般指刚性路面也就是白色路面，普遍为素混凝土。素混凝土指的是没有钢筋，或者没有配制受力钢筋。混凝土基体的抗拉强度偏低。混凝土在收缩或膨胀时，容易出现开裂，所以配制道路混凝土时应将混凝土的收缩降到最低。

预拌混凝土大多数是泵送混凝土，泵送混凝土有着工作性好（坍落度大）、施工进度快、省人力物力等优点，泵送混凝多应用于钢筋混凝土中，但泵送混凝土却与道路混凝土的设计理念不尽相同。

预拌混凝土较常规现场搅拌的混凝土有规模大、生产工艺先进、原材料的质量控制稳定性好、人员的管理制度完善、生产计量准确等优点。但往往预拌混凝土厂家与施工现场距离较远，运输车辆多为搅拌罐车，这就使得混凝土坍落度大于标准要求，虽然坍落度变大后施工性增强，但对混凝土的抗折强度、耐久性有一定影响，所以在道路混凝土配合比设计时应将这些因素考虑进去。

1 工程简介

工程位于黑龙江省安达市，属安达市达某工程中的环湖路，设计三、四级公路，中轻度交通。全程长度约14公里。混凝土面层为板厚20cm，基层为8%水泥稳定碎石。混凝土28d龄期要求抗折强度不低于4.5MPa。路面宽度不大于4.5m所以不设置纵向缝。

横向缩缝为假缝间距4m，胀缝为100m一道下方设置传力杆。

2 混凝土原材料的选用

在选用道路混凝土原材料时，首先考虑原材料对混凝土抗折强度的影响；其次考虑原材料对混凝土耐久性的影响；再其次要考虑其对混凝土工作性的影响；最后要考虑原材料的质量稳定性以及厂家的规模、价格等因素的影响。

2.1 水泥

水泥是混凝土中最重要的原材料，水泥胶砂强度的高低直接影响混凝土的强度 。所以从混凝土抗折强度的角度考虑，水泥要选抗折强度高的水泥。同时对铁铝酸四钙有一定要求，铁铝酸四钙过低水泥的抗折强度达不到要求，但铁铝酸四钙过高将导致难以抹面施工，最终影响平整度，一般要求铁铝酸四钙含量12%～20%。

在考虑道路混凝土的耐久性时，应注意水泥中C3A的含量，C3A在水泥熟料中反应速率最快，同时C3A的含量将直接影响着水泥的反应速度，当C3A的含量过高时将加快混凝土的早期收缩，混凝土容易出现开裂。

在选用水泥时同时应考虑混合材掺量以及种类。标准中要求掺有窑灰、煤矸石、火山灰、烧粘土、煤渣做为混合材的水泥是禁止应用于道路混凝土中的，主要是因为这几种混合材会增加混凝土的收缩，对混凝土的抗裂性能不利。对混凝土的疲劳动载性能也有一定影响。

水泥中的混合材一般以矿渣、粉煤灰为主。矿渣和粉煤在一定程度下都会降低水泥的耐磨性能，随着水泥的耐磨性能下降时，混凝土的耐磨性能也会下降。若水泥中的混合材产量较高，水泥浆体过于黏稠，振动粘度系数过大，对面层的平整度有影响。

综合考虑后选取的是安达市亚泰水泥分公司生产的P·O42.5水泥、该厂家生产的水泥各项指标均符合要求，并且强度富余系数高、稳定性好。水泥各项性能见表1。

2.2 粗集料

选用粗集料时应按照标准要求尽量选用Ⅰ级或者Ⅱ级骨料。那么要先从哪个指标开始入手呢？首先要考虑的就是粗骨料的对混凝土抗折强度的影响；其次应该考虑粗集料对混凝土耐久性的影响，特别是对抗裂性能与耐磨性能的影响；最后应考虑粗集料对工作性能的影响。

粗集料的公称粒径既不是越大越好，也不是越小越好。粗集料的粒径越大与水泥的交界面也就越小，随之胶结能力也就越差。在振捣时容易出现离析导致砂浆过于集中，不但影响混凝土的抗折强度同时对混凝土表面的耐磨性有一定影响。同时粒径过大混凝土的流变性能变差，不易于施工，试验表明粒径越大越省水泥浆，但公称粒径超过40mm时则效果不明显。

通常情况粗集料粒径变小混凝土的抗折强度会有所提高，但当粒径小于 26.5mm 时，此时粗集料起不到刚性骨架的力量。粒径变小比表面积却会变大，为保证混凝土的和易性，则需要更多的水泥浆体进行包裹，会增加混凝土的收缩，同时不利于耐久性。

表1 水泥的标准要求及复检性能指标

粗集料的级配，可以选用连续级配，或者按照标准要求采用2-4的单粒级进行级配。当混凝土中集料级配断档时，孔隙率变大混凝土变得不密实，同时需要更多的水泥砂浆进行填充，这无疑增加了混凝土的收缩。

粗集料的含泥量，无论对混凝土抗折强度或是抗压强度都是有害的，因为泥会吸附在水泥表面阻碍水泥浆体与集料胶结，所以胶结能力变差混凝土强度降低，同时因为泥会吸附一定水，所以为保证混凝土的工作性水胶比也会随之增加。含泥量过高会增加混凝土的收缩，极易在混凝土内部形成有害裂缝影响混凝土的强度。

综合以上几点作者选用的粗集料性能如表2。

表2 粗集料复检性能

2.3 细集料

选用细集料时首先应考虑砂的细度模数，道路混凝土一般选用较粗的天然砂或机制砂，细度模数控制在2.0～3.7之间。

当砂过细时干缩的可能性会变大，同时单位用水量变大，在保证水胶比的情况下，配制混凝土的水泥用量就大，不利于混凝土的抗裂性能。当砂颗粒较细时，不容易与水泥胶结，影响强度。

当砂颗粒较粗时混凝土的保水性变差，容易出现泌水离析。造成混凝土的内部匀质性降低，表面强度降低，起皮、起砂。同时应考虑砂的级配，若级配不合理，不但需要更多的水泥浆体，混凝土也不密实。

选用砂子其次要考虑它的含泥量，含泥量不但会影响强度而且会增加混凝土的收缩，并且砂中含泥量过大，会造成混凝土坍落度损失快，浆体过稠不宜于施工。

表3 细集料复检性能指标 %

3 混凝土配合比设计

道路混凝土配合比设计，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。混凝土的抗折强度在一定情况下，随着水胶比的降低、砂率的降低、水泥用量的增加而升高。同时水胶比的增加、水泥用量的增加、不但浪费成本同时不利于混凝土耐久性。

3.1 确定混凝土的试配强度

依据JTGTF 30—2014中标准规定，t按表取0.20， s按表取0.84，cv取0.15

注：fr取4.0（依据JTGD 40—2011）

3.2 确定水胶比

依据JTGTF 30—2014中标准规定的最大水胶比，所以选取水胶比为0.48

注：fs为水泥28d实测抗折强度值8.0MPa

3.3 确定砂率

砂率根据查表与经验选定34%。

3.4 确定用水量

根据标准要求混凝土出机坍落度应控制在10～30mm，但因用混凝土搅拌罐车进行运输，如此小的坍落度无法进行装卸，所以将混凝土坍落度调整至(80±20)mm。根据混凝土设计坍落度及经验，用水量选取170kg/m3。

3.5 碎石级配

将三个单粒级的碎石进行级配，以达到连续级配的目的。为的是保证混凝土的密实性，降低混凝土中的孔隙率。试验证明当混凝土中碎石级配断档时，对混凝土的抗折强度有相当大的影响。增加水泥用量只会增加混凝土的抗压强度，对混凝土的抗折强度增长不明显。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 混凝土配合比计算及混凝土试拌

采用密度法进行配合比设计，初定混凝土的密度为2400kg/m3，通过计算出的水胶比与用水量，确定水泥用量为355kg。混凝土的配合比与试拌配合比（30L）见表4。并且依据JTGF 30—2003中规定分别增加和减少20kg水泥，同时进行混凝土试拌与强度检验见表5。

表4 混凝土配合比

表5 试验结果

3.7 选定配合比

用1m3为容积的容器，将混凝土进行密度实测，实测值为2410kg/m3与设计密度相差不超过2%，所以设计密度选取2400kg/m3合理。根据计算出混凝土28d抗折强度要高于4.91MPa，所以按照要求选取的配合比见表6。

表6 选定的配合比

4 试验段试验

试验段全长400m路面单幅宽3m，路面厚度为20cm，摊铺设备为三辊轴机组。

混凝土坍落度控制在 80～100mm。混凝土在运输以及整个摊铺浇筑期间，工作性良好，并未出现异常。混凝土初凝时间约为 4 个小时终凝时间约为 6 小时。

混凝土在初凝之后终凝之前，是预拌混凝土出现开裂的高发期。因为混凝土在这段时间内还没有形成一定的抗拉强度。当混凝土失水后，容易形成表面微裂缝，如不进行封闭，裂缝会继续发展与混凝土内部的裂缝连通，最后会形成影响结构安全的有害裂缝。所以混凝土要在混凝土临近终凝时进行二次抹压，甚至多次摸压。二次抹压还可以将混凝土表面压实，修整表面的平整度。在抹压之后用无纺土工布进行覆盖，保证混凝土的湿养护。

试验段整个施工流程及施工图见图1、2。

混凝土切缝是为了在混凝土面层中，制造薄弱的环节，这样的混凝土在收缩时会在薄弱的地方出现开裂，也就是说，既然混凝土要开裂我们无法避免，那么我们就让它在规定的地方裂，这样大大减少了混凝土短板的几率。

混凝土切缝一般在12小时之后，但最晚不得超过24小时。时间短由于混凝土没有形成一定的强度，如此时切缝混凝土中的碎石会从中蹦出，切缝附近也有可能因为机械的扰动出现裂缝。如切缝时间晚混凝土收缩已经出现开裂，切缝就失去作用了。

图1 施工流程图

图2 混凝土施工图

5 试验段试验中发现的问题

试验段全长400m出现了3条断板及一些质量问题的情况（见图3），远远的超出了标准要求。混凝土拌合站负责人员、施工负责人员、监理单位负责人员进行分析。分析出现开裂的原因如下：

（1）试验段浇筑当日平均温度为 20 度。最高温度为 29度。混凝土开裂出现在约 26～30 小时之间。当时由于特殊原因切缝没有及时。

（2）由于试验段地理位置的特殊，在基层在进行压实时，为了躲避管线、沉井等两端基层不实造成了混凝土的不均匀沉降。

为减少混凝土断板，项目部决定作出以下几点调整：

（1）为降低混凝土收缩，混凝土拌合站将配合比进行优化。

（2）加强人员管理，对混凝土的切缝要及时、振捣要到位。

（3）对基层进行重新检验，如不符合要求时须处理之后才能进行混凝土的浇筑。

图3 试验段混凝土质量问题

6 混凝土的配合优化

调查混凝土拌合站的原材料，发现原材料并未有什么变化，骨料含泥量也较低，所以降低混凝土的收缩，主要思路在降低水泥用量与用水量。JTGTF 30—2014中标准要求采用三辊轴机组的施工工艺，碎石混凝土最大单位用水量为153kg/m3。试验段中配合比用水量为170kg/m3。

超出标准要求主要因为混凝土用搅拌罐车进行运输，153kg用水量无法达到所要求的坍落度。所以在配合比优化时，采取降低单位用水量的办法是，将混凝土中掺入适量的引气高效减水剂，下图所示为同配合比，同减水组份。不同引气组份所试验的结果见图4。

图4 混凝土中含气量与混凝土抗折强度、抗压强度的关系

根据图4 含气量与28d混凝土抗折强度抗压强度的关系式，在同时考虑混凝土抗折强度、抗压强度以及混凝土耐久性的情况。选取混凝土含气量4% 为最佳。优化后的配合比见表7。

表7 优化后的配合比 kg/m3

7 施工中遇见的问题

7.1 混凝土的开裂

浇筑当天全长共700m，混凝土浇筑方量为580m3。裂缝出现在混凝土浇筑之后的15至20个小时内，裂缝为横向裂缝，700m长的面层共出现3条。

调查发现混凝土拌合站的配合比和原材料未发生变化。在混凝土浇筑前几层的强度平整度均有技术人员进行检测。而且近几日内混凝土并未有开裂的情况出现。

后经过调查，混凝土开裂的原因主要由于两家混凝土搅拌站的混凝土进行了混卸。当时在工程中其他部位的泵送混凝土因特殊原因没有其他位置混用。现场管理人员认为同样是C30混凝土不应该出现问题，所以就混卸到道路混凝土中。图5 为不同厂家混凝土被混卸的照片。

因为不同厂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，混凝土收缩及凝结时间就不一致，配合比设计与原材料的使用也不相同，在混凝土相胶结的地方是最薄弱的，非常容易出现混凝土开裂（图6）。

即使同一搅拌站的C30混凝土因浇筑部位不同，混凝土的配合比设计也不同（砂率、水胶比等）。泵送混凝土一般为钢筋混凝土，该工程中所需要的素混凝土从设计理念上就有不同，所以即使同一家的混凝土改变浇筑部位也需要经过技术人员的确认及试验才可。

图5 不同厂家的混凝土拌合站卸料

图6 混凝断板

7.2 混凝土泌水

在工程其他标段的试验段时，混凝土出现了泌水情况，通过分析是由于混凝土的水胶比过大，原材料中水泥的标准稠度用水量比较低造成的。泌水会引起混凝土起皮起砂。混凝土的耐磨性变差。后经过混凝土配合比优化，向混凝土中加入优质的引气剂后混凝土泌水未出现。是因为良好的引气剂会向混凝土中引入优质的小气泡，而气泡可以将混凝土正在向上运动的自由水进行包裹，将其稳定在气泡周围。图7和图8 分别是混凝土表面泌水及泌水后混凝土形成两种颜色的照片。

7.3 施工时遇上下雨天

混凝土浇筑时遇上下雨天，要做好应急预案。否则下雨会冲走混凝土的水泥浆体，造成混凝土的强度下降。如遇大雨混凝土的防雨措施不及时，混凝土会出现离析现象。首先工作人员应掌握好天气的变化，最好能避开雨天施工。同时在施工时应准备好塑料布等材料。下雨时应首先将浇筑完成的混凝土表面覆盖，并停止收工留下伸缩缝，等雨停后在进行混凝土的收光。若下雨时间长，可以用电抹子，在进行表面处理。如遇到混凝土被雨水冲到，应将离析的混凝土进行扣除，重现进行浇筑。雨停过后如想继续浇筑应将基层的水进行排除，否则会影响混凝土的质量。在混凝土生产时，同时也应该注意混凝土骨料的含水量，来调整混凝土配合比。图9～12 为雨天施工现场图。

图7 浇筑后的混凝土表面泌水

图8 泌水后混凝土形成两种颜色

图9 施工人员与云彩赛跑加速进行处理

图10 雨后混凝土卸料但基层里有积水

图11 部分混凝土被雨水冲离析

图12 将已经摊铺完的混凝土进行覆盖

8 结论

预拌混凝土有着稳定性好，计量准确，生产规范化等的好处。但在应用于道路时，应着重考虑混凝土抗折强度、耐久性。在预拌混凝土设计、生产、运输等环节都有别于现场生产的混凝土。应将各种因素考虑进去，选取最合适原材料，生产工艺，去满足道路混凝土所需要的各种要求。事实证明，预拌混凝土在应用于道路时，是可以通过优化配合比等措施，来满足标准与施工要求的。作者作为预拌混凝土厂家的技术人员，与大家分享自己的拙见，所道之处有错误请各位砼仁指导。

[1] GB/T 50080—2011．普通混凝土拌合物性能试验方法[S]．

[2] GB/T 50081—2016．普通混凝土力学性能试验方法标准[S].

[3] JTGTF 30—2014．公路水泥混凝土路面施工技术细则[S]．

[4] JTG D 40—2011．公路水泥混凝土路面设计规范[S]．

［通讯地址］哈尔滨佳连混凝土技术开发有限公司（150008）

马永胜，高级工程师，工商管理硕士。中国砂石协会委员；中国土木工程学会混凝土质量专业委员会委员；中国土木工程学会混凝土外加剂应用技术专业委员会委员；中国土木工程学会建筑材料测试专业委员会常务委员；中国混凝土与水泥制品协会混凝土外加剂应用技术专业委员会委员；中国商品混凝土行业企业专家委员会主任委员；哈尔滨佳连混凝土技术开发有限公司总经理；哈尔滨兴昌建材有限公司总工程师。长期从事预拌混凝土的常规品、特制品的配制及研发；高性能混凝土、透水混凝土、桥梁等特殊预拌混凝土的研发配制；混凝土新型矿物掺合料的研发与应用；混凝土新型混凝土减水剂、泵送剂及其它外加剂的研发与应用；预拌混凝土质量事故鉴定；冬季施工混凝土配制及研发。