马国靖 王硕太 吴永根 黄灿华 刘晓军（空军工程大学工程学院）
谭麦秋 赵柏毅 王永成 李澎 （空军后勤部机场营房部）
［提要］ 本文论述了提高道面混凝土耐久 性的重要意义。为了保证道面设计使用寿命得以实现，应该采用高性能道面混凝土。在试验 研究基础上提出高性能道面混凝土强度级别划分标准，计算抗折强度分别为：1级—5.0～6.0MPa，2级—6.5～7.5MPa，3级—8.0～10.0MPa。分别提出了配合比，提供了耐久性 的实测 结果。介绍了实际应用情况，叙述了应用产生的效益：提高道面承载力、延长道面使用寿命 、降低工程造价。
〔关键词〕 高性能混凝土 道面混凝土 混凝土耐久性 抗折强 度
1 高性能道面混凝土研究的意义
机场水泥混凝土道面与公路水泥混凝土路面所铺筑的混凝土，即道面混凝土，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。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，对混凝土进行的质量检验应该采用 抗折强度检验，而不应该用抗压强度检验代替。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。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。特别由于道面板 一面和土基接触，一面为蒸发面，带来更不利后果，当上表面的水分蒸发或水分结冰时，道 面板内以及土基内的水溶液向上表面迁移，使水分和各种离子向表面集中，加剧冻胀、化学 侵蚀、盐类结晶等破坏作用。此外，道面上有大量的伸缩缝，表面水通过封缝不严的接缝渗 入基层，降低接缝处基层的强度，当轮载通过接缝附近的道面板时，可在道面板表面形成与 横缝平行的裂缝。
综上所述，可以认为道面混凝土是处于比较恶劣的工作条件之下，耐久性问题非常重要。实 际工程中出现不少因耐久性不足在使用期限内提前破坏的例子也说明了这一点。
当前水泥混凝土道面设计使用寿命是在荷载重复作用次数下按强度计算得出 的，没有认真 考虑耐久性问题。如果混凝土耐久性好，可以实现设计的使用寿命。如果耐久性不好就实现 不了，就会提前损坏。所以为了保证设计使用寿命得以实现，就必须在设计时提出耐久性要 求。进一步说就应该采用高耐久性、高强度的高性能道面混凝土。
随着对交通运输要求的日益提高，以及为使政府的投资更有效，近来国外提出发展“长寿命 低维护路面”的课题，有将路面设计使用寿命提高到50年的要求，并且在50年内将维修工作 量减至最小。由此可见采用高性能道面混凝土，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。
为了便于推广应用，为了做到不增加一次投资也能够应用高性能道面混凝土，配制研究工作 是在现有施工水平与可能获得的材料的条件下进行的，并将高性能道面混凝土的抗折强度分 为三个级别，应用时根据工程的重要性，工程所处环境的恶劣程度选择适当的强度等级。
2 国外发展情况
FHWA（美国联邦公路局）用四个耐久性参数和四个强度参数来定义用于公路结构物的高性能 混凝土（HPC），每一个参数包含三项内容，即性能指标、测试性能的试验方法、相应于某 一个不利现场条件建议的性能取值。此处简单介绍一、三两项内容，分别见表1、表2。
表1 高性能混凝土性能分级
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暴露条件 |
相应于暴露条件，建议的HPC等级 |
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N/A |
1级 |
2级 |
3级 |
4级 |
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冻融耐久性X=每年F/T循环次数 |
X＜3 |
3≤X＜50 |
50≤X |
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抗剥落X=使用盐吨数/车道,哩,年 |
X＜5.0 |
5.0≤X |
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|
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|
抗磨性X=平均日交通量 |
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X≤50 000 |
50 000＜X＜100 000 |
100 000≤X |
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氯化物渗透X=使用盐吨数/车道,哩,年 |
X＜1 |
1.0 ≤X＜3.0 |
3.0≤X＜6.0 |
6.0≤X |
|
FHWA科学研究与技术协调委员会（RTCC）最近提出发展长寿命低维护公路路面的 课题。措施除采用较厚的路面厚度，减小横缝间距，修建全断面路肩，正确的路面下排水之 外，很主要的是采用高性能混凝土。但这种路面的初始费用较高，对于30cm厚的混凝土路面 ，如果用50年寿命设计路面，估计每哩 费用是传统费用（使用寿命20年）的1.24倍。随着高性能混凝土技术条件的发展，费用会 逐渐降下来。RTCC提出了全寿命费用的概念，即与传统路面比较，长寿命低维护路面具有较 低的全寿命费用，也就是说运行50年不需要大修，在此期间所花费总经费减少，政府投资更 有效。除此之外，因交通堵塞、速度降低、路线改变以及车辆、人员事故等引起的问题和费 用大大降低。
1997年召开的十六届国际混凝土路面会议，提出路面设计不仅要提出平均强度要求，还应提 出耐久性要求，按耐久性对水泥、骨料、矿物外掺料、外加剂提出要求，并进行试验，测试 混凝土混合物的耐久性能。并对封缝和填缝材料有严格的要求。提 出研究使用抗压强度为70MPa的高强混凝土。不主张使用水泥用量过多、水化热大、收缩大 、费用高的混凝土。在未来发展方向中提出抗拉强度达17MPa的超高强混凝土，用于铺筑连 续的混凝土路面。关于道面的损坏，过去以板底面受弯拉而破坏，现在根据长期观测提出， 在接缝处板的反复摆动可以使板产生断裂，此外腐蚀、磨耗、冻融都集中发生在表面，都有 可能使道面板表面层的强度降低，促使裂缝发生，所以提高混凝土道面表面的致密性、抗渗 性都是很重要的，而这是需要通过高性能混凝土来实现的。
3 高性能道面混凝土的强度与工作性
高性能道面混凝土的重要特征是具有高抗折强度。当前道面混凝土设计计算抗折强度一般为 4.5MPa，相应28d平均抗折强度为5.02MPa，抗压强度约为40MPa，属于中等强度。高性能 道 面混凝土抗折强度高达6.0～11.0 MPa，相应抗压强度约为55～95 MPa。所以使用高性能 道 面混凝土可以显著提高道面的承载能力，延长使用寿命或减薄道面的厚度以降低工程造价。
高性能道面混凝土工作性的要求有两种方案。一种方案是用维勃稠度表示，要求在15～30s 之间，即低流动性方案，与当前采用的道面混凝土的要求相同。另一种方案是高流动性方案 ，即在工作性这一重要环节上对传统的道面混凝土进行突破，以降低劳动强度、加快施工进 度、改善道面板内混凝土的匀质性。本文所提供的配合比与试验数据是按第一种方案得出的 。
3.1 高性能道面混凝土强度分为三个级别
考虑到工程的重要性不同、工程所处的环境恶劣程度以及经济性，在试验研究基础上，将高 性能道面混凝土的强度分为三个级别，见表3。
表3 高性能道面混凝土的强度分级
|
|
W/C |
W/C+F |
C kg/m3 |
Pfakg/m3 |
木钙kg/m3 |
FDNkg/m3 |
粗骨料粒径mm |
|
1级A |
0.44 |
- |
330～320 |
- |
- |
- |
5～40 |
|
1级B |
0.50 |
0.38 |
280 |
93 |
- |
- |
5～40 |
|
2级 |
0.40 |
0.30 |
360 |
120 |
1.08 |
- |
5～40 |
|
3级 |
0.34 |
0.257 |
360 |
114 |
- |
4.74 |
5～20 |
注：(1)强度1级高性能道面混凝土所使用水泥为425P·O，28d实测水泥 抗折强度为8.5 MPa。
(2)强度2级、3级高性能道面混凝土所使用水泥为525 P·O，28d 实测水泥抗折强度为9.0 MPa。
(3)骨料为石灰石碎石。
(4)粉煤灰为Ⅰ、Ⅱ级。
表5 实测强度、VB稠度、1m3材料费用
|
通过电量（库仑） |
混凝土Cl-离子渗透性 |
|
＞4000 |
高 |
|
2000～4000 |
中 |
|
1000～2000 |
低 |
|
100～1000 |
很低 |
|
＜100 |
可忽略 |
表7 氯离子渗透性试验结果
|
|
W/C |
W/C+F |
C1-离子浓度g/l |
|
普通道面混凝土 |
0.46 |
- |
16.16 |
|
1级 |
0.44 |
- |
16.82 |
|
2级 |
0.40 |
0.28 |
18.34 |
|
3级 |
0.30 |
0.22 |
18.75 |
|
原液 |
- |
- |
18.75 |
4.2 冻融耐久性
试验按GBJ82—85进行，测试时间1999.6.1—9.9， 28天抗压强度60MPa， 冻融循环200次后抗压强度73．4MPa； 同龄期对比试件抗压强度76．2MPa。 冻融循环200次后，强度损失3.8％，质量损失0.12％，均显著低于标准规定的上限25 ％、5％，说明高强道面混凝土具有良好的抗冻性。
4.3 耐磨耗性
经实测，1级高强道面混凝土磨耗损失为普通道面混凝土的40～68％，2级为27％，3级 为11～12％（见表9）。
表9 耐磨耗试验结果
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