高性能道面混凝土质量控制

高性能道面混凝土质量控制HighPerformancePavementConcreteQualityControl主要内容一、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七、机场道面混凝土发展趋势一、高性能道面混凝土的含义1、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。•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。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）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。2、高性能混凝土的含义•高性能混凝土（1990年提出）HighPerformanceConcrete，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）。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Durability）要求500年。•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工作特性FHWAHPC性能分级冻融耐久性x=300次后相对动弹模量X≥80%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mm0.5X氯化物渗透x=库仑800≥X强度x=抗压强度MPa69≤X＜97模量x=弹性模量50GPa≤X收缩x=微应变400＞X徐变x=微应变/单位应力45≥X＞30/MPa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17.2MPa，或24h抗压强度高于34.5MPa，或28d抗压强度高于68.9MPa。3、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：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，MPaⅠ级，5.0～6.0Ⅱ级，6.5～7.5Ⅲ级，8.0～10.0和易性Vb稠度，s15～30坍落度，mm≥160二、机场道面应用高性能混凝土的意义1、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。（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。（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。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。2、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0.6～1.0mm，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20～30年（1）水灰比不大于0.44（0.50）（2）水泥用量不小于310（280）Kg／m3（3）抗冻要求严寒地区冻融循环300次，寒冷地区200次。3、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。三、配制高性能混凝土的关键技术（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。（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（20～50μm）界面——过渡区（transitionzone）——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（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，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（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。四、水泥混凝土道面常见质量通病1、掉边掉角掉边、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。2、表面网状裂纹混凝土表面网状裂纹俗称“龟裂”，裂纹深约0.5～2mm。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。3、表面条状或环状裂纹一般深约3～5mm，在浇筑成型后l～2d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，收缩不一致；（3）早期养生局部洒水不到或受到日晒，失水过快。4、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。5、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。6、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）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。7、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。五、混凝土原材料与配合比质量控制（一）原材料选择与控制1、水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥均可用；尽量避免使用早强型（R型）水泥；C3A含量不宜大于7%；水泥颗粒不宜太细，水泥的比表面积350m2/kg左右；水泥标准稠度需水量不宜大于28%；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；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；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。2、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2.6～3.2之间。（2.8～3.0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。3、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5～16mm、16～31.5mm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。4、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。5、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。减水剂的作用机理减水剂分子模型——表面活性剂如：肥皂（脂肪酸钠盐）+憎水基—亲水基CH3—CH3—COONa表面活性剂在水中的稳定行为①向表面富集，定向排列→单分子膜层，降低表面张力②憎水基靠拢→球状胶束，稳定水中，起分散作用（发泡）作用——润湿、渗透、发泡、分散、去污……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。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。（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310～330kg，可通过试拌调整确定。水泥用量不宜太多或太少，水