高性能道面混凝土质量控制

1、1高性能道面混凝土质量控制高性能道面混凝土质量控制High Performance Pavement Concrete Quality Control 2主要内容主要内容一、高性能道面混凝土的含义一、高性能道面混凝土的含义二、机场道面应用高性能混凝土的意义二、机场道面应用高性能混凝土的意义三、配制高性能混凝土的关键技术三、配制高性能混凝土的关键技术四、水泥混凝土道面常见质量通病四、水泥混凝土道面常见质量通病五、混凝土原材料与配合比质量控制五、混凝土原材料与配合比质量控制六、混凝土施工关键技术与质量控制六、混凝土施工关键技术与质量控制七、机场道面混凝土发展趋势七、机场道面混凝土发展趋势3一、高性

2、能道面混凝土的含义一、高性能道面混凝土的含义 41、混凝土的发展历史 历史不长自1824年发明波特兰水泥始； 发展迅速从原始至今高性能混凝土。 混凝土在工程领域发挥着其它材料无法替代的作用，已经成为现代社会文明的基石。是人类社会文明史发展的见证。 凡有人群的地方，都有混凝土在闪光。5 美联邦已拨款几十亿美元研究高性能混凝土，ACI正在研究月球开发用混凝土，不久，混凝土将成为太空建设材料。 混凝土向高性能、多功能、智能化发展，其发展的高级阶段，以结构和功能一体化为标志。6例如： 交通导航混凝土：道路混凝土能够控制汽车的行驶路线（利用碳纤维磁波）。 损伤自诊断混凝土：掺入特殊碳纤维（具有传感器功能

3、）具有感知内部损伤的功能。 其它：调湿混凝土、温度自监控混凝土、仿生自愈合混凝土等。72、高性能混凝土的含义 高性能混凝土（1990年提出） High Performance Concrete，即HPC。 美国：是一种易于浇注、捣实、不离析，能长期保持高强、韧性与体积稳定性，在严酷环境下使用寿命长的混凝土（高层建筑、桥梁、道路）。8加拿大：具有高弹性模量、高密实度、低渗透性和高抗侵蚀性的混凝土 日本：自密实混凝土（ HFC ）即HPC 欧洲：高强混凝土（HSC）即HPC 国内综合：包括HSC、HFC、HDC， 三者不是并存，但HDC不可少。 三峡大坝强度仅C20，寿命（耐久性 Durabili

4、ty）要求500年。9 美国联邦公路局（ FHWA ） 用四个耐久性参数和四个强度参数定义 用于公路结构物的高性能混凝土 10 工作特性 FHWA HPC性能分级冻融耐久性 x=300次后相对动弹模量 X80%抗表面剥落 x=50次循环后表面目估 X=0.1抗磨耗 x=平均磨耗深度mm 0.5X氯化物渗透 x=库仑 800X强度 x=抗压强度 MPa 69X97模量 x =弹性模量50GPaX收缩 x=微应变 400X徐变 x=微应变/单位应力 45X30/MPa11 美国战略公路研究计划（SHRP）提出高性能混凝土用于公路应满足： 水胶比不大于0.35 耐久性指数大于80% 4h抗压强度高于

5、17.2MPa，或24h抗压强度高于34.5MPa，或28d抗压强度高于68.9MPa。123、高性能道面混凝土的定义 目前，我们暂时定义高性能混凝土道 面指标如下：13 项 目指 标水胶比 0.39冻融耐久性，200次循环后强度损失8%Cl-渗透电量，库仑1000抗折强度，MPa级，5.06.0级，6.57.5级，8.010.0和易性Vb稠度，s1530坍落度，mm16014二、机场道面应用高性能混凝土的意义二、机场道面应用高性能混凝土的意义151、机场道面混凝土的特点（1）按抗折强度设计，道面板内一般不设置钢筋，混凝土承受弯拉应力，对混凝土进行的质量检验应该采用抗折强度检验，而不准用抗压强

6、度检验代替。（2）混凝土承受拉伸作用时，对混凝土中存在的裂缝、孔隙等缺陷很敏感，在重复荷载作用下，裂缝比较容易扩展并进而引起破坏，所以要求混凝土具有良好的内部结构和匀质性。16（3）道面混凝土大面积铺筑在露天环境之中，承受气候和环境的长期破坏作用，如反复作用的温度应变、干湿循环、冻融循环等。（4）道面板的上表面与雨雪等地面水直接接触，还可能承受除冰盐的作用，可能产生剥落、裂缝；其下表面与基础、土基接触，受土基中水及水中离子的作用，可能产生化学侵蚀。 17 （5）表面功能要求高，一次浇筑成型 与一般的公路工程不同，飞机对道面的表面功能有很高的要求。飞机起降对道面有很大的冲击力，要求道面具有很高的

7、抗折强度；飞机高速滑跑对道面表面坡度、平整度、粗糙度要求严格，道面表面不允许有任何异物。道面表面成型后不允许修补，必须拆除重新浇筑。18 道面混凝土要承受各种自然条件作用，工作环境很恶劣，耐久性问题非常突出。 国外提出发展“长寿命低维护路面”的课题，将路面设计使用寿命提高到50年，并且在50年内将维修工作量减至最小。 提高混凝土的抗折强度与耐久性是当前道面混凝土的发展趋势高性能道面混凝土。192、机场道面混凝土设计要求 设计抗折强度：5.0MPa 表面功能要求：粗糙度要求表面平均纹理深度0.61.0mm，平整度要求三米直尺检验平均值不大于3mm。 耐久性要求：设计寿命为2030年（1）水灰比不

8、大于0.44（0.50）（2）水泥用量不小于310（280）Kgm3 （3）抗冻要求严寒地区冻融循环300次，寒冷地区200次。203、当前道面存在的问题（国内外） 设计强度偏低，强度储备少，不能满足多机种机动起降要求； 设计寿命短，一般为20-30年，需要频繁翻修； 使用寿命更短，碱骨料反应等引起耐久性破坏现象较多； 表面磨损：磨耗、剥蚀、成穴作用； 裂纹断板：热胀冷缩、湿胀干缩、盐类结晶、超载、冲击、重复荷载、冻融作用引起。21三、配制高性能混凝土的关键技术三、配制高性能混凝土的关键技术22（一）技术路线（途径） 国内外专家学者普遍认可的技术路线是： 选择合适水泥，合适骨料 掺外加剂高效减

9、水剂等（第五组分） 掺混合料粉煤灰、硅灰、磨细矿渣等 （第六组分）上述混合料中，硅灰、沸石粉、磨细矿渣等颗粒细、活性大，适于配制超高强度的混凝土，但价格高。相比之下，粉煤灰价廉易得，应用较广。23（二）关键技术降低水胶比、减少孔隙率、增加水化产物、改善混凝土过渡区结构。混凝土结构有三相：（1）骨料 （2）水化水泥浆基体（hcp）（3）粗骨料与hcp之间很薄的（2050 m）界面过渡区（transition zone）过渡区影响混凝土强度、耐久性和使用寿命。 掺粉煤灰改善过渡区 24（1）应用高性能道面混凝土，可以有效防腐蚀，提高道面承载力，增加强度储备，满足新机型发展的需要，减少道面翻修的次数

10、，延长使用寿命。（2）在新材料、新工艺、新技术等多方面提升了我国机场工程建设的现代化水平。（三）推广应用高性能道面混凝土的意义25（3）适应经济发展的需要，建设保障有力的通天路，使国家建设投资更加高效快捷,促进现代化建设高速发展。（4）高性能混凝土利用工业副产品，减少水泥用量，减少能源资源消耗，节省人力物力，促进环境保护，符合节约型社会要求，具有重大的军事、经济和社会效益。26四、水泥混凝土道面常见质量通病四、水泥混凝土道面常见质量通病271、掉边掉角、掉边掉角28 掉边、掉角原因：（1）切缝时机过早，切缝时打掉道面板边角混凝土；（2）假缝切割时不到头，混凝土从切缝处收缩断开，将板角部混凝土拉

11、裂剥落；（3）混凝土混合料振捣密实后纠正胀缝板位置，使板边混凝土受损；（4）浇筑“填仓”混凝土过早，两边先筑混凝土道面强度不足，施工机具损伤边角部位混凝土；（5）拆模时机过早，混凝土强度不足，或拆模时操作不小心，碰坏板边角部位的混凝土。292、表面网状裂纹混凝土表面网状裂纹俗称“龟裂”，裂纹深约0.52mm。产生原因：（1）施工时刮风或气温较高，养生不及时，混凝土表面失水过快；（2）违反操作规程，另外拌制水泥砂浆罩面。303、表面条状或环状裂纹一般深约35mm，在浇筑成型后l2d内产生。原因：（1）表面混合料水灰比不均匀，局部偏稀，干缩不一致；（2）摊铺不均匀、局部粗集料或细集料过于集中，收缩

12、不一致；（3）早期养生局部洒水不到或受到日晒，失水过快。314、板体断裂断板原因：（1）切缝不及时，砼收缩拉断；（2）施工中断时间长，在结合部位出现不均匀收缩断裂；（3）混合料干稀差异大，在交界面产生不均匀收缩断裂；（4） 填仓时，先筑板假缝向后筑板延伸传导引起的裂缝。325、蜂窝孔洞主要原因：（1）混合料水灰比偏小、和易性差，振捣不出浆；（2）摊铺时混合料离析，使粗骨料集中；（3）漏振或振捣不密实；（4）模板漏浆。（5）混合料中含有烟头、草棍等杂物。336、麻面（露砂）“麻面”指混凝土表面缺浆，或有许多小孔（砂眼）。原因主要有：（1）混凝土凝结硬化前表面被雨淋或被养生用水、切缝用水冲刷；（2

13、）混合料过干，振捣不出浆（或浆少），抹面困难；（3）砂子级配不好，小砾粒偏多，使拉毛时出现较多砂眼；（4）覆盖养生过早，表面浆体被覆盖物粘走。347、脱皮剥落 龟裂裂纹在大自然干湿循环、冻融循环的反复作用下产生脱皮剥落 ，甚至断板。特别是三北地区的冻胀脱皮更为常见。35 五、混凝土原材料与配合比五、混凝土原材料与配合比 质量控制质量控制 36（一）原材料选择与控制（一）原材料选择与控制 1、水泥l 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥均可用；l 尽量避免使用早强型（R型）水泥； C3A含量不宜大于7%；l 水泥颗粒不宜太细，水泥的比表面积350m2/kg左右；l 水泥标准稠度需水量不宜大

14、于28%；l 水泥强度等级宜选用42.5或52.5，最好选用42.5等级，因52.5等级水泥容易产生假凝现象；l 水泥的28d抗折强度宜在8.5MPa以上，水泥抗折强度低直接影响混凝土的配制抗折强度；l 应优先选用道路硅酸盐水泥，道路水泥的C3S、C3A含量相对较少，水化放热量相对较小，而对后期强度有帮助的C2S、C4AF含量较多。372、砂子应选用级配好、洁净、坚硬的中、粗河砂。砂中不得混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣等杂物，泥块含量必须小于0.5%，有害杂质含量必须符合规范要求，细度模数宜在2.63.2之间。（ 2.83.0 最好）砂子级配不良则其粘聚性、保水性都不好，容易出现离析和

15、泌水，做面、拉毛困难。砂子太粗导致混凝土粗涩，特别是5mm以上的小豆石太多会导致混凝土面层砂眼多，增加做面难度。砂子太细则细颗粒含量太多，导致混凝土粘稠干涩，出浆困难且收缩大。含泥量应在2%以下，含泥量太多必须水洗，否则增加混凝土粘性导致出浆困难，且混凝土硬化后极易出现收缩裂纹。383、石子道面混凝土所用粗骨料应选用级配好、粒形好、压碎值小、针片状少、粒径适当、含泥量和石粉含量少的碎石或碎卵石。石子的最大粒径应不大于40mm，石子级配一般为516mm、1631.5mm两级配。（三级配更好）石子应质地坚硬均匀，压碎指标值不宜大于21%，针片状颗粒含量应小于12%，石子中的含泥量（或石粉含量）必须

16、小于0.5%，泥块含量必须小于0.2%。石子中不得混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣、石灰块等杂物，其有害物质含量必须符合规范的规定。石子级配不好，针片状颗粒含量多，泥块和含泥量大，石粉含量多，都会造成混凝土流动性差，不易振捣成型，不易出浆，做面拉毛困难，且硬化后极易出现收缩裂纹。394、水符合国家标准的生活饮用水，可拌制混凝土。当使用非饮用水时，应进行水质检验，水质指标必须符合混凝土拌合用水要求，否则不能用。405、外加剂选用减水效果好的高效减水剂，如萘系、聚羧酸系，达到减水增强效果；选用气泡稳定、性能良好的引气剂，达到引气抗冻效果。41 减水剂的作用机理 减水剂分子模型表面活性剂 如：

17、肥皂（脂肪酸钠盐） +憎水基亲水基CH3CH3COONa42表面活性剂在水中的稳定行为表面活性剂在水中的稳定行为 向表面富集，定向排列向表面富集，定向排列单分子膜层，降低表面张力单分子膜层，降低表面张力 憎水基靠拢憎水基靠拢球状胶束，稳定水中，起分散作用（发泡）球状胶束，稳定水中，起分散作用（发泡） 作用作用润湿、渗透、发泡、分散、去污润湿、渗透、发泡、分散、去污43 引气剂引气机理：憎水性表面活性剂，憎水基的憎水性弱于亲水基和水泥的亲和力，能在砼中产生一定量的微小独立气泡，均匀分布。互不连通的气泡阻断了水分的迁移通道，堵塞毛细孔，提高混凝土的抗渗性，同时，气泡的存在可以缓解冬季冻融过程中产生

18、的冰胀压力和毛细孔水的渗透压力，综合提高了道面混凝土的抗冻性能。美国混凝土全部使用引气剂。 44引气剂带来了矛盾：气泡引入会不可避免地造成混凝土强度损失，为了弥补强度损失，必须加入减水剂，减少用水量，降低水灰比。其结果势必造成混凝土拌合物振动出浆困难，增加了做面拉毛难度；其次，气泡的存在堵塞了毛细孔，混凝土不泌水，浆体变粘，也给做面拉毛增加难度，必须加强混凝土配合比设计和施工工艺质量控制。45（二） 配合比设计与控制1、水泥用量每立方米混凝土水泥用量一般为310330kg，可通过试拌调整确定。水泥用量不宜太多或太少，水泥用量太多则细颗粒增多，水化热增大，化学收缩、自生收缩大，容易出现塑性收缩裂

19、纹。水泥太少则和易性、强度不易满足要求，甚或影响耐久性。462、水灰比其大小根据混凝土设计抗折强度确定。掺加引气减水剂的道面混凝土，水灰比一般宜控制在0.400.43，配制抗折强度可达到5.56.0MPa，完全可以满足抗折强度等级5.0MPa的设计要求，具体取值需根据水泥的需水量大小和水泥的抗折强度试拌确定。水灰比太小，需要较多的水泥才能满足流动性要求，增加了混凝土产生塑性收缩的几率。水灰比太大，混凝土强度不能保证。473、砂率砂率大小直接影响混凝土的流动性、粘聚性和保水性，影响混凝土振动成型密实，尤其是离析、泌水在塑性收缩开裂中也起着重要的作用。道面混凝土的砂率一般在28%32%，需根据砂子

20、的粒型、洁净程度和粗细程度试拌优选确定。砂率太大则细颗粒增多导致混凝土粘稠粗涩，不易振动出浆，做面和拉毛都困难。砂率太小则容易离析、泌水，也不易振动密实，更容易产生塑性收缩裂纹。484、大小石比例大小石比例直接影响粗骨料级配。粗骨料级配好，空隙率和表面积均较小，填充骨料空隙所需的水泥砂浆少，在水泥砂浆一定的情况下，则混凝土流动性大大提高，容易振捣密实。大石用量不宜太少，也不宜太多，一般占碎石总用量的55%65%，大小石比例可通过优选法确定，选择空隙率小、堆积密度最大的最佳比例。495、外加剂掺量优选引气减水剂掺量，反复试配达到最佳效果，要兼顾混凝土和易性、强度和抗冻性能。混凝土流动性控制维勃稠

21、度1520s比较适宜。混凝土流动性太大，表面砂浆层太稀，做面、拉毛等待时间长，容易产生收缩裂纹。混凝土流动性太小，振动出浆困难，含气量测不出来，且影响成型密实。50 关于含气量测定目前国内外生产的含气量测定仪仅适用于流动性较大的混凝土，对于干硬性道面混凝土，含气量数值不易测定。混凝土的抗冻性能理应控制其内部的气泡含量、气泡间距，但施工现场无法掌控，只能通过含气量仪器控制引气效果。含气量控制在3%5%内即可，含气量太大影响抗折强度，太小影响抗冻性能。试验研究和施工实践表明，搅拌机出口混凝土含气量3%4%，入仓含气量2%3%，完全可以满足抗冻等级F200以上的设计要求。搅拌机出口混凝土含气量4%5

22、%，入仓含气量3%4%，完全可以满足抗冻等级F300以上的设计要求。51六、混凝土施工关键技术与质量控制 521、施工时机夏季施工时避开高温时段，将浇筑时间安排在晚6点至早8点施工。白天施工要设遮阳棚，降低混凝土表面的温度，防止太阳曝晒。混凝土浇筑温度一般应低于30为宜，气温大于35C、风速大于4级时不宜施工，必要时应设置挡风带，避免干热风直接吹混凝土表面。雷雨天气还应设置防雨棚，防止雨水直接冲刷或水浸损伤道面引起脱皮，防止雨淋而导致混凝土表面温度骤降而产生裂缝。532、后台控制后台上料时要适当搅拌，尽可能使砂石干湿均匀，防止忽干忽湿。搅拌站要严格按照配合比报告单准确称料，尤其严格控制加水量。

23、炎热天气可根据气温和风速适当增加蒸发水35Kg/m3，在满足混凝土振捣密实、方便做面与拉毛的情况下尽量少加蒸发水。混凝土混合料的流动性不宜太大，控制维勃稠度搅拌机出机时1015s、混凝土入仓时1520s为宜。若水泥浆太稀，容易泌水，随着水泥水化的进行和时间延长，道面板下部的混凝土已开始凝结变硬，而表层的混凝土由于泌水使水灰比增大，凝结时间推迟，造成拉毛时间延长，且拉毛时已出现砂眼和露砂现象。543、前台控制按照规范要求严格验仓。浇筑前应对原道面或基层洒水降温，尽量降低混凝土拌合物接触的环境温度。注意重点检查道槽中的传力杆、拉杆、预埋件或加强钢筋网等的就位情况，以及防漏浆或防反射裂缝油毡的铺设情

24、况，切勿漏项。搅拌好的混合料用自卸车运送至前台道仓，运输车必须密封好，防止漏浆，运输道路要平整好，防止混凝土颠簸离析。554、摊铺和振捣混凝土入仓后尽量采用小型挖掘机摊铺，并由23名工人配合辅助，挖填布料均匀，控制好虚高。现场管理指挥人员要注意来料情况，从来料入仓至振捣做面间距不宜太长，以10m左右为宜，只能人等料，不能料等人。遇到来料太干或太稀要及时处理，均匀搭配布料。先用手提振捣棒插捣模板边角，防止蜂窝麻面。然后用自行式混凝土高频振捣机组（多棒式），控制适当速度振实道面，并有34名工人配合及时挖补找平，控制表面高度。在浇灌与抹面之间如果有明显耽搁，就临时在表面加盖塑料薄膜，防止混凝土失水。

25、565、整平与提浆采用底部有扒钉的条夯振动压石、整平，并有23名工人配合挖料、补料。挖填布料要均匀，补料要用熟料，切忌用生料，尽量少挖少填，不得已挖填较多时，条夯必须再回振一遍。提浆时采用两道滚杠，第1道滚杠提浆、整平、压石子，并有2人配合用耙子刮浆找平，第2道滚杠反复揉搓，控制提浆厚度23mm。浆层太薄做面拉毛困难，浆层太厚容易收缩裂纹。整平、提浆后如果长时间不能做面拉毛，也必须在表面加盖聚乙烯塑料薄膜，防止混凝土失水。576、做面与拉毛做面时先用塑料抹或木抹揉浆找平、压石子、补砂眼，再用长直尺刮平，然后盖塑料布保持水分。做面时发现草根、烟头、小虫子等杂物应及时处理。待水泥浆初凝变稠时揭开塑料布做面，用铁抹23道找平，压实，压光，增加抹面次数可以把原来处于裸露状态下出现的一些表面裂缝抹掉，并可以封堵毛细孔，减小水分的蒸发速率，多次抹面还可以使混凝土表面更加密实。切忌依靠风吹或晾晒使表面变稠再做面，如此会形成橡胶皮层，无法拉毛。拉毛（拉槽）用的塑料毛刷管直径34mm，间距1012mm，可以达到表面平均纹理深度0.61.0mm的要求。拉毛时必须掌握好