陈浩铭水泥混凝土路面在我国的地位及其发展措施.doc

1、论水泥混凝土路面在我国的地位及其发展措施05108235 陈浩铭摘要：浅淡了沥青混凝土路面和水泥混凝土路面在我国的发展现状，用大量事实讨论了水泥混凝土作为路面材料所取得的巨大的经济效益和社会效益。并从混凝土学观点出发，探讨了发展水泥混凝土路面所应采取的必要措施。关键字：水泥混凝土路面 地位，发展正文：一、沥青混凝土和水泥混凝土路面在我国的发展现状当谈起路面材料，大多数人们都认为是指沥青混凝土，由于它投资小，易铺平，在过去的年代里几乎占领了全部市场 然而，在我国，目前存在的一个主要问题是：我国虽是一个石油大国，但生产的沥青数量少，质量也差。我国现在年产原油13亿吨左右，有计划生产石油沥青的厂家，

2、具有年产400多万吨的能力，但是其中道路沥青比例并不大。1980、1984和1986年道路沥青年产量分别为70、100和130万吨，只占石油沥青总产量的一半，而发达国家，如美国、日本等国，其道路沥青占石油沥青总产量的80 左右。可见，与发达国家相比，我国石油沥青中道路沥青所占的比例是非常小的。我国有60% 的道路沥青是由大庆、胜利、辽河、任丘等油田的低硫石腊基原油炼制而成的。这些原油含沥青质少，蜡含量高，很难生产出符合道路沥青标准的产品。而有些屑环烷基或中间基的低凝油又未做到分输分炼，得不到合理应用。而且困原油、装置及成本等原因，所生产的沥青标号合乎道路沥青标准的比例不高 因此，目前各地用普通

3、道路沥青铺筑的路面大都存在高温稳定性差，早期开裂严重，老化快，使用寿命短等缺点，不适应高等级公路建设的需要。著名的南浦大桥桥面上就不得不采用进口道路沥青铺设。我国路用沥青的现状可以概括为：数量少，价格高，修筑高级公路则需进口沥青。如果从水泥混凝土被用来铺设地面或小道时算起，那么水泥混凝土作为“路面材料”应该与十九世纪初发明的波特兰水泥同龄了。不过，据有关资料记载，水泥混凝土真正作为路面材料只有七、八十年的历史。1983年在澳大利亚悉尼召开的第十七届世界道路会议上，专家们一致认为 在经济危机的持续以及石油产品价格的重大调整时期，水泥混凝土路面的重要性已很明显地被认识到。中国于20世纪20年代末开

4、始在少数大城市的道路和飞机场跑道上铺筑混凝土路面。19321933年在南京至杭州国道上铺筑了长500米、宽5.5米的 混凝土路面试验段。1940年在北京至天津公路上铺筑了长120公里、宽3米的混凝土路面。1948年在南京飞机场跑道上铺筑长2200米、 宽45米、 厚30厘米的钢筋混凝土道面。到50年代，随着水泥工业的发展，在中国的一些大、中城市的干道以及飞机场跑道上，开始大规模铺筑混凝土路面。70年代初以 来，某些省在公路干线上开始铺筑混凝土路面。中国的飞机场跑道，几乎全部都采用混凝土道面。中国混凝土路面大多是用素混凝土按单层就地浇筑而成，但少数也 有采用装配式预制板，或做成双层式，或配有钢筋

5、。据不完全统计，1970年我国仅有水泥混凝土路面200公里。从70年代初，我国一些省，如浙江、河北、广东、江苏等省，才较大规模地在公路上铺筑水泥混凝土。以后，水泥混凝土路面在我国以不可阻挡之势发展起来(如表1)。到1988年，我国共修筑水泥混凝土路面8264公里，平均每年修筑2ll公里 经过几年的积扳推广，到1993年底，水泥混凝土路面里程增至28049公里，5年净增19785公里，这5年平均每年修建3957公里，占高、次高级路面总数的86 。这5年间，水泥混凝土路面的每年平均修建里程数为前39年的约1 9倍。这个发展速度是非常惊人的。水泥混凝土路面由于强度高、稳定性好、耐久性优良，又由于它呈

6、灰白邑有利于夜间行车，因而越来越破人们所接受。水泥混凝土路面是一种刚度较大、扩散荷载应力能力强、稳定性好和使用寿命长的路面结构，它与其他路面相比，具有以下特点：优点（1）强度高。 （2）稳定性好。 （3）耐久性好。 （4）养护费用小。 （5）抗滑性能好。 （6）利于夜间行车。缺点（1）水泥和水的需要量大，修筑20cm厚，7m宽的水泥混凝土路面，每公里需要消耗水泥400500吨和水约250吨。 （2）接缝较多。 （3）开放交通较迟 （4）养护修复困难。二、水泥混凝土路面的经济效益和社会效益分析沥青混凝土路面虽一次性投资小，但由于它的稳定性和耐久性差，其频繁的维修费用相当大。国内外专家都在努力研究

7、延长其使用寿命的方法。有报道(据巴西环球报)说，巴西卡马萨里石油化工中心的研究人员在普通沥青中加入乙烯一乙酸乙烯，可使沥青的寿命延长l5年，作为一项新成果，还未见其使用性能的报道。水泥混凝土路面虽一次性投资大，但其耐久性好使用寿命长(一般为30年，甚至可达5o年)，维修费用低。每公里养护费用，沥青混凝土路面为4000多元，而水泥混凝土路面只有1000元，按1989 1991年净增6970公里计算，就可节约维修费用4000多万元。如果在水泥混凝土拌合时掺入外加剂(比如减水剂)，可以减少水泥用量，因而降低了成本和能耗。就拿三年净增的6970公里水泥混凝土路面计若水泥用量减少3 ，则可节约水泥在20

8、万吨以上，合人民币8000多万元。若按使用周期费用计，当贴现率为10 ，使用年限为3O年时，每公里水泥混凝土路面的使用周期费用较沥青混凝土路面节省2864万元，以6970公里的水泥混凝土路面计，可节省2亿元。水泥混凝土路面刚度大、强度高、板体性好，是经得起大风大浪检验的结构。1 991年我国安徽、江苏等省遭受了特大洪涝灾害，水泥混凝土路面在抗洪救灾过程中发挥了重要的作用，体现了其特有的坚固性。辽宁省锦西市102国遭的水泥混凝土路面，在全市11 6条公路中断交通，沈山铁路也被冲断6小时的情况下，依然安然无恙；江苏省106国道旬容段的水泥混凝土路面在水泡长达72小时后，汽车仍可通行；安徽省台宁一级

9、汽车专用公路承担了安徽省大批抗洪救灾物资的运输。类似的例子举不胜举。三、水泥混凝土路面的种类在我国，水泥混凝土路面主要有以下几种：1常规混凝土路面。要求设计抗折强度为4045M ，大多在中、低级路面上采用。2碾压混凝土路面。国外从70年代中期开始对碾压混凝土路面进行研究，我国在80年代末也引入，收效较大。目前主要用于低速和重荷载道路、重型汽车停放场等的铺筑。3钢纤维混凝土路面。它能提高路面强度和韧性而且抗冲击、抗冻、抗裂等性能也大大提高，这对延长路面使用寿命，减小截面厚度等都有好处 我国7O年代末以来，先后在浙江、上海、福建、安徽、江苏、沈阳和太原等地铺筑了公路、机场道面、港口码头等100多个

10、工程，如上海虹桥机场、江苏盱眙公路、浙江金丽公路。4接缝钢筋混凝土路面。其横向接缝的间距较常规混凝土路面大，因而减少了接缝的数量，但造价较高 我国钢材缺乏，所以公路上采用较少。四、发展水泥混凝土路面应采取的主要措施。水泥混凝土最大的敏点就是脆性大，普通混凝土的弯压比一般为1811 2，随着混凝土的抗压强度的增长，其抗折强度也增长，但增长的幅度不如抗压强度增长的幅度大因此，表现出混凝土的抗压强度越高，脆性越大路面结构对混凝土抗折强度要求较高。在混凝土中配以乱向分布的皇f维或配以钢筋都是为了提高结掏整体的抗拉能力和抗裂能力同时也可减少横向接缝。这两种方法都是从外部改善混凝土的性能，无疑给旋工带来不

11、便。在进行道路决策、设计和施工时，从经济效益出发，我们都想作到工艺简单，节省投资，节约能源，即早开通使用，缩短车辆受阻和绕行的时问降低运输费用，同时加快施工速度方便施工组织。从这些角度出发，最好的途径就是发展常规混凝土路面，就是说，对水泥混凝土本身进行改性，使其达到我们的要求。对道路混凝土的研究，目前国内外都以降低其脆性为主，同时也对其耐久性、收缩率和耐磨耗性能提出了一定要求，特别是要研究、开发和应用高性能混凝土，我们认为应该采取两项主要措施：开发道路水泥和道路混凝土外加剂。1道路水泥由于路面工程的特点，要求水泥具有抗折强度高，耐磨耗，胀缩小，耐久性好等优良性能。我国地方水泥厂生产基本上是采用

12、立窑煅烧，水泥饱和度接近于1，c A含量高，致使水泥耐久性差，脆性大；熟料中CaO 含量高，高活性矿物c s含量较低；加入大量混合材后，导致水泥凝结硬化较慢，早强低等。另外，普通水泥和矿渣水泥的强度和耐磨性都不能很好地满足路面混凝土工程的要求。因此，开发道路水泥要求提高水泥c s和C AF的含量而相应降低c A 和c s的含量，因为c s是保证水泥强度和耐磨性的重要成分C AF则有良好的动力学特性而抗冲击能力较强，但c A却困水化产物含较多的结晶水在水泥石干燥过程中产生晶型转化失去部分结晶水而导致较大的体积收缩 提高C s和C。AF的比例，这无疑又对水泥生产工艺提出了新的要求，对现有厂的改建和

13、进行新厂的建设都需要大量资金，况且工艺上也较难控制。另外，单单靠道路水泥的使用也不能给施工带来多大方便(与掺用外加剂的混凝土比较)。笔者考察了近几年道路水泥的研究开发成果，发现他们虽不同程度地提高了混凝土的早强和抗折强度，但却未从根本上降低混凝土的脆性，或者说降低的效果不明显。如江南525号道路水泥，用来配制C30混凝土，28夭抗压强度为45、3MPa，抗折强度为608MPa，脆度系数(压折比)为745。另外，全国每年新建、修建各类道路所需要的道路水泥约为500万吨，而实际生产量仅200万吨，还有缺口300万吨 因此，在大力开发生产道路水泥的同时，还必须使用普通水泥，这就需要我们对普通水泥配制

14、的混凝土进行改性，使其满足道路混凝土的设计要求。2道路混凝土外加剂外加剂作为当代混凝土中不可或缺的第五组分，已经得到了混凝土工作者和结构工程师们的承认。在配静J混凝土时，掺入一定量的外加剂，不仅可以按要求对混凝土进行改性，而且可以节约水泥用量，加快施工速度，尽早开放交通。当然，不同品种的外加剂在混凝土中所起的作用是不同的。运用于道路混凝土中的外加剂，我们希望它能降低混凝土的脆性，减少收缩，这是主要的目的。至于其它性能，则采用减水剂 早强剂、养护剂等已经能够得到改善。降低混凝土的脆性，从断裂力学观点出发，认为提高混凝土的断裂韧性，可以达到目的。这要求掺加外加剂后，使硬化混凝土中水泥石的凝胶相增多

15、，从而缓和裂缝尖端应力集中，增加混凝土的断裂能(GF)。如TJ型道路混凝土外加剂，掺入混凝土中不但提高了混凝土早期强度和抗折强度，而且混凝土的脆度系数大大降低了，与基准混凝土相比，掺有外加 -j的混凝土其28夭龄期的压折比可下降20% 以上。此外，该外加剂的掺入使用，对减小混凝土的收缩，降低弹摸，改善耐久性和耐磨耗性能都是非常有效的。使用道路混凝土外加剂，可以使普通水泥虚用到路面工程中而不产生浪费，改变了以往通过采用高标号水泥或增加水泥用量来提高混凝土抗折强度的方法。众所周知，混凝土中水泥用量的增加会造成更大的收缩当然我们还应力求减少混凝土的体积收缩，以期减少使施工工作者和道路使用者烦恼的收缩预留缝问题。目前，已有在路面混凝土中使用膨胀剂补偿收缩取得成功的例子科学家们曾预言：在未来，混凝土道路将发生许多巨大的变革，收缩裂缝和接头将由于采用可调整收缩的水泥和外加剂而得到控制，甚至可全部消灭。这无疑给路面混凝土的研究指明了可行的课题。参考文献（1） 黄鼹等，藩路水泥路用性锟研究报告混凝土与水泥制品1989G（2）江见鲸等编，混凝土力学中国铁道出版社（3）郑法学。戴振国译展望2000年的混凝土，建工出版社