混凝土新技术新理论在道路工程上的应用
小组：其他和道路工程相关的新理论新技术
一、
结合书本谈谈水泥混凝土的优缺点 我们的课本在第十五章和第十六章对水泥混凝土路面进行了大篇幅的阐述，其中包括水泥混凝土路面结构、路面原材料、混凝土配合比等，这些主要是围绕基础知识点，给同学们进行科普性教授，特别是第十七章节，则主要是围绕水泥混凝土的路面设计展开，如应力分析，可靠度分析以及一些结构组合设计方法，为了扩大同学们的视野和知识面以及帮助同学们更好的理解书本书本十七章中不同的混凝土路面结构组合设计下生成的路面性能，我们小组决定从普通水泥混凝土与高性能混凝土的区别着手，另外结合当今废弃水泥混凝土浪费严重的现实情况，展开了废弃混凝土再利用的讨论！
（一）水泥混凝土路面的优点
1、刚度大，承载能力强
混凝土路面板弹性模量在（3～5）×104Mpa之间，标准10t轴载下，实测仅为0.04Mpa压力，这使其对基层的承载力要求相对较低，适应在稳定基层上的大交通量和重载交通的高速公路、国道、省道、机场、厂矿道路上使用。在土基承载力小的轻交通量的乡村道路、停车场可直接将水泥混凝土路面铺筑于土基上。
2、耐久性、耐高温性强
水泥混凝土路面的耐水性好，能够较好的使用在降雨量较大的地区和在短期浸水的过水路面上，在洪水短期淹没条件下，可照常通行。水泥混凝土路面耐高温性强，不会像沥青路面那样，在持续高温下产生严重影响平整度和行车质量的车辙或壅包。
3、抗弯拉强度高、疲劳寿命长
弯拉强度≥5.5Mpa、抗压强度≥35Mpa 的强度合格混凝土面板在标准轴载的应力强度比下，疲劳寿命长，可达到 500～1000 万次弯曲疲劳循环。
4、刚性-路面耐候性、耐久性优良 在正确设计和保证施工质量条件下，水泥混凝土刚性路面的耐候性、抗冻性、抗滑性和耐磨性等耐久性优良。水泥水化产生的脱贝莫来石是自然自有的岩石品种之一，混凝土全部是无机材料，它仅有风化问题，但没有沥青等有机材料的老化问题，而风化是老化时间的 100 倍。
5、刚性路面平整度衰减慢、高平整度维持时间长
刚性路面只要施工平整度好，基层抗冲刷性高，其良好平整度的衰变很慢，优良平整度的保持年限将比柔性路面长得多。
6、粗集料磨光值和磨耗值的要求低、集料易得
除非建造表面裸石路面，水泥混凝土路面对粗集料的磨光值和磨耗值的要求相对较低。可使用的粗集料岩石种类范围广泛、集料易得。
7、水泥混凝土路面更环保
当水流经或渗透过水泥混凝土天然材料时，路面的水对周围土壤和地下水无污染，是环保型路面类型，同时，可在水泥混凝土路面中使用粉煤灰，具有良好的环保效益。
8、可不设路缘石
9、耐腐蚀性强
混凝土路面对油类、盐碱酸类等其它易腐蚀沥青的化学和生物介质相对不敏感。
10、使用寿命长
刚性路面的设计基准期为 30 年，沥青路面 15 年，设计年限比柔性路面长 1 倍，保证建设质量条件下维修费用很省。在我国特重交通量及超重载条件下，尽管两种路面对只能使用到设计基准期的 1/3 年限，一般沥青路面运营到大修约 5 年，水泥路面约10 年，由此可以看出混凝土路面寿命仍然长 1 倍。
11、刚性路面运营油耗低经济性好
12、水泥混凝土路面色度低、色差小、隔热性好
（二）混凝土路面的缺点
1、同等平整度舒适性较低
刚性路面模量很高，反弹颠簸大，荷载、温度、干湿变形较大，设臵的接缝很多，接缝极易破坏。刚度大，同时带来减振效果差，噪声较大，影响路面的舒适性。同等平整度时的舒适性明显性比沥青路面差。
2、板体性强、对基层的抗冲刷性要求高
在交通量大、重载车多的路面上，对基层的抗冲刷性要求较高，否则将在接缝部位出现唧泥、错台和啃边，造成路面行车颠簸。
3、对基底接脱空相当敏感
水泥混凝土路面在超载条件下对板厚设计不足、材料强度不高或不均匀、结构内渗透排水不畅、施工质量不高、基层冲刷和基础支撑不稳固等很敏感，超载运行对刚性路面极为不利，极易形成断板、断边、断角等结构性破坏。
4、混凝土板块刚性大，不适应大沉降量
水泥混凝土路面不适应于基层和路基大变形和不均匀沉降的软基、山区填挖方交界、高填方长期浸水路段。要求更加稳固的路基和基层支撑条件。
5、维修困难
水泥混凝土路面强度高，即使断板破损，硬度仍然很大，在缺乏修复新材料和机械时，维修较为困难。目前我国相关部门正在抓紧快速维修的研究工作，现已能够实现当晚修复，第二天开放交通的要求。
6、白色水泥混凝土路面的光、热反射能力高于黑色沥青路面，在高速公路上晃眼，眼睛容易疲劳，水泥混凝土路面颜色可以使用彩色路面技术进行调整。
二、
高性能混凝土应用 高性能混凝土(Hi gh Perf or mance Concrete 缩写为:HPC)是近十几年开发出来的一种新型混凝土目前国际上己广泛认识到高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性和高强度等特
性用它来代替传统的混凝土结构物和建造在严酷环境中的特殊结构并具有显著的经济效益，因此逐渐被各国学者所接受，它被认为是今后混凝土技术的发展方向，但是我国在道路工程方面对高性能混凝土的研究和应用还较少，高性能混凝土作为一种新型的筑路材料，对其进行研究开发以满足水泥混凝土路面的性能要求就显得极为迫切并具有重要的现实，因此也希望我们同学们能努力学习，争取有朝一日能在这个方面为祖国做贡献。
（一）高性能混凝土在道路工程中推广的障碍分析 我国建设道路的发展极其迅速，可我们对耐久性混凝土的研究远远不够。而高性能混凝土的获取，首先要选择高质量的材料同时合理配合组成外，还得考虑掺合料和添加添加剂，应用合理的施工工艺和养生方法，但对这些技术的规范性与合理性都是在某种程度上制约高性能混凝土在道路工程中的使用及推广。此外，高性能混凝土的强度必须不小于 60 MPa，也就制约高性能混凝土在道路工程中的使用受到了限制。众所周知，高强度混凝土的最大缺陷就是在被破坏时呈脆性，而且其脆性与强度成正比，这就直接或间接地导致其抗震性能下降。因此，在目前桥梁和道路工程施工时，要依据规格采用强度必须小于 60 MPa 的普通水泥混凝土对其进行高性能化，使其获取道路结构物的需求，并用于道路建设中，从而改善其整个道路混凝土结构物的耐久性。
（二）针对道路性能改善的高性能混凝土技术 1、高性能快速修补混凝土技术现如今，我国现存的 50%～60%的水泥混凝土路面将面临修复。在对正常使用的道路进行路面维修时，由于其交通网络的需求，不能长时间地封闭交通，特别是高速道路与城市道路。一般在使用普通水泥混凝土路面进行维修时，需要更长的固化时间，因早期强度较低，所以，一般维修完成后的 5～7 天方可通车，这就给尽快恢复交通（最好是在 12～24h 内）带来困难。因此，水泥混凝土路面快速修补技术是当下急需研究的问题。在研究吸取其他快速修补混凝土的方法的同时，结合高性能混凝土的相关技术，采用成本低廉、取材方便，主要由工业矿渣、粉煤和低成本的快速修复的特殊外加剂，例如：以高质量粉煤灰（二级及以上）通过超细的粉煤灰，并有少量的无机矿粉掺入，经过高表面活性物质以及含有高百分比的硅烧结熟料这两种化工原料进行复合而成。被简称为粉煤灰复合超细粉快速修复特殊外加剂（PFAC）。这种 PFAC 等量取代 30%以上类型的水泥混凝土被称为高性能快速修复混凝土，它可以解决水泥混凝土路面修复完成后尽快恢复交通的问题，而这种技术不但能够满足其 12 小时后通车的要求，而且也大大确保了其修复区混凝上的耐久性，而且它的价格要比 JK 系列混凝土快速修复胶粘剂便宜多得多。
2、 高性能纤维混凝土技术水泥混凝土中通过纤维复合所形成的一种复合材料被称之为纤维混凝土，这种通过纤维复合之后，使得其混凝土的内部结构有了很大的变化，在充分利用其自身抗压强度高的特点，根据其纤维韧性好的优势，把各自材料的优势发挥至最大化，并赋予整体中单一材料所不具备的良好特性和品质，以此提升混凝土自身的各种性能。
（1）钢纤维混凝土纤维混凝土中发展最早的一种是钢纤维混凝土，这种钢纤维是当前道路以及桥梁工程中具体应用较多的纤维混凝土。因为它具有其非常高的抗拉强度（这种抗拉强度一般在 300～1 000 MPa），所以，这就可以明显地提高其混凝土的抗压、抗折强度与抗振、动抗裂的能力，在桥梁和道路工程应用里得到公认。掺加定量的钢纤维在混凝土中，明显将提升路面的抗折强度和可减薄路面的厚度，此方法既能起到其提高抗疲劳的荷载能力、使混凝土路面温度缝之间的距离延长还可减少混凝土的用量、降低路面的厚度乃至降低工程的造价等的效果。
（2）玻璃纤维建筑工程里应用早的纤维材料为玻璃纤维，此纤维和钢纤维相比，玻璃纤维强度甚高，通常在 1 500～3 500 MPa，但它的弹性模量更是接近混凝土，甚至成本和能耗都会很低，是今后纤维混凝土复合材料趋势一种重点原料。虽然玻璃纤维正应用于混凝土路面，但由于普通玻璃纤维当中的碱耐蚀性差，根本不适用在硅酸盐水泥混凝土上运用，这样就很难进行大量的应用。而耐碱玻璃纤维其成本巨高，因此难以大量应用在混凝土工程上。目前，新型材料技术的不断跟进，已使耐碱玻璃纤维的成本逐渐下滑，而且国内外已经有利用其耐碱玻璃纤维对桥梁进行加固的成功先例。所以，应用耐碱玻璃纤维所生产的纤维混凝土在今后的桥梁与道路工程中会成为不可或缺的一种新型材料。
（3）碳纤维碳纤维（也称为碳素纤维）是通过现代工艺所开发、研制、生产出的一种的优质高性能的纤维材料。这种材料其本身具有强度抗拉以及弹性模量都特别高，它的化学性质稳定且耐腐蚀，故而具有与其他混凝土粘结好等的优点，以前，这种材料基本都是应用在航空航天建设和非常特殊的民用行业。而目前对碳纤维混凝土研究表明具有非常优良的性能，要与普通混凝土相对比，它不仅能避免其各种环境破坏所造成的腐蚀与开裂，并能改善它其抗拉强度提高 10 倍左右，抗弯韧性可以增加了 20 多倍。而在目前的桥梁加固工程中已被广泛应用。
（4）聚丙烯纤维现今，各种以聚丙烯纤维为代表的有机纤维在改善并且提高混凝土自身性能方面已经开始发挥其重要作用。而聚丙烯纤维与钢纤维相比较，聚丙烯纤维的细度更大，非常少的掺量下就能得到大量的纤维根数，其中纤维根数每千克预计达到 700～3 000 万
根，故而材料中的纤维间距也就会变小。早期由于水泥基材料本身的抗拉强度非常低，所以，抗阻裂能力的聚丙烯纤维与纤维的抗拉强度以及弹性模量和其他相关指标都不明显，但随着基材纤维的间距减小与纤维细度的增加，使得其相关指标得到增强。
（三）小结 高性能混凝土是根据现如今混凝土的相关技术通过研制做出的一种新型高技术混凝土。与通常的混凝土相比，耐久度以及弹性模量等性能要高得多。而今，高性能的混凝土技术发展迅速，在桥梁道路工程里的应用也很重要，它对道路桥梁工程的发展和高性能混凝土的研发有着重大意义，我们应从战略高度去认识和关注其推广 三、废弃混凝土再应用 （一）废弃混凝土再应用的意义 当今社会建筑业的迅猛发展，操作中越来越多的废弃混凝土的增加，也占用了不少的空间，若能对其回收再利用，这样既可节约天然资源，又可以进一步改善其对环境带来的负担，进而使经济效益增加，社会效益提高，也保护了环境。本篇文章研究的是废弃混凝土经过加工后作为再生骨料，用于道路基层，建筑建设，并论证了其可行性，提高资源的有效利用率，是经济效益增加。城市化进程在我国步伐的不断加快，是建筑业进入了飞速发展的潮流中，在发展的过程中不免会产生废旧的建筑或因达到使用年限而被废弃的工程，这些都需要及时拆除。因此，改变混凝土的生产方式，就成为了一个当下立即要解决的问题。
（二）废弃混凝土再利用技术分析：
1、废弃混凝土的来源 建筑物会因达到年度使用上限或因老化而被拆除，产生的废弃混凝土和土块，就是废弃混凝土的来源，市政府工程及基础设施的改造都会产生这些废弃的混凝土，还有新建房屋时剩下或者浪费的混凝土，混凝土工厂由于发生质量原因或调度上产生的废弃土块，或因意外的自然灾害如地震、水灾、台风等造成的房屋倒塌而产生废弃混凝土块。如四川汶川特大地震造成众多建筑物的损毁产生大量的废弃混凝土，要如何清理和处臵已成为社会各界共同关注的问题。
2、废弃混凝土对生态环境的影响 近几年以来，建筑行业的高速发展，每年因拆迁而拆除的废弃混凝土、新建建筑产生的
废弃混凝土以及混凝土工厂、预制构件厂排放的废弃混凝土的数量是不可估算的，如此巨量的废弃混凝土除处理费用惊人外，还需要占用大量的空地存放，污染环境，浪费耕地，成为城市的一大公害，由此引发的环境问题十分突出。而且，混凝土生产时需要大量的沙土、砂石作为骨料，大量的需求导致对天然砂石的不断开采，天然资源正在趋于枯竭，且其开采的还要消耗惊人的运费，对生态环境也造成了不可修复的破坏。
3、废弃混凝土再利用的可行性 将废弃混凝土经过一定的固定程序处理后，按照一定比例混合形成的骨料称为再生骨料，而把利用再生骨料作为部分或全部替代天然骨料被指的混凝土称为再生骨料混凝土，简称再生混凝土。
（1 ）方法上的可行性 把旧水泥混凝土从现场拆除，应再设当调整机械的工作性能，制出符合道路要求级配的粗集料。
（2）
性质上的可行性 由于再生骨料性能如堆积密度、吸水率、压碎值指标等不同于天然骨料，使得再生骨料混凝土性能与天然骨料混凝土性能也有明显的差异。
4、废弃混凝土的回收利用方法 对废弃混凝土的处理方法有三种，一是开发能够消解、消化混凝土的技术，减少固体垃圾量，但此法不能将废弃混凝土作为一种资源加以利用，是对资源的浪费；二是将解体混凝土作为原料通过破碎、粉磨、锻烧来生产水泥；三是可将解体混凝土破碎并筛分成粗细骨料，用以代替部分天然骨料配制成混凝土即再生骨料混凝土，可节省天然的矿物资源，同时减轻固体废弃物对环境的污染。再生骨料和天然骨料的各种性质都不同，所以用料时必须根据其自身的特点进行合理的配比和设计，使其达到合理高效的利用。经试验研究表明， 当再生骨料混凝土的强度为 C20 的时候，普通混凝土配合的强度就明显高于用设计配制的再生混凝土强度，并且还高于基准混凝土，但是其缺点就是工作性能较低。在配合比设计中，可以采用再生骨料和天然骨料相混和及掺加外掺料与外加剂等来改善再生混凝土的性能。实验表明在其中掺加 1O％ 的粉煤灰，就可以使再生混凝土的性能达到很大程度的改善，具体表现在干缩应变性、渗透性和吸水强度都类似普通混凝土，与此同时再生混凝土的抗酸性也得到很大程度的提高。由此可以得出，再生混凝土配合设计相较于比普通混凝土的要复杂许多，
但是只要加之一定的得当措施，仍可以获得令人满意的力学性能。
5、废弃混凝土再生、特性及应用 将废弃混凝土破碎后作为建筑物基础垫层或道路基层，这是废弃混凝土最简单的利用方法，也是目前我国对废弃混凝土最常用的再生利用方法。
(1 )再生 ① 垫层 垫层设在基层与土基之间，主要功能是排水，隔水、以及改善施工现场的工作条件。这一层对材料的要求不是很高，但一定要有良好的稳定性和隔热性能。因此，按照国家颁发的《公路工程技术标准》的规定：各级公路在施工过程中需要设臵垫层的一定要采用水稳定性较好的沙石及各种稳定性辅助材料。常用的垫层材料有：沙土、石砾、炉渣或片或炉渣石灰土等稳定性好的材料。刚刚也说到垫层对性能要求不高，所以，废弃混凝土在过去的时间中最主要用作道路垫层。废弃混凝土粉碎后的骨料和天然骨料相比有以下特点：密度降低了16％ ；孔隙率增加了约 4 倍；吸水率增加了约 20～30 倍；压碎值降低了约 75％ ，就是在这样的数据下它仍然具有较高的强度。
② 基层 支撑整个道路表面并承受由表面传递下来的车辆压力就是基层的主要作用了，所以它需要具有足够的强度和刚度，同时，在保证地面表层平整、厚度均匀之外，基层还可能受到地表水侵蚀，所以更应保有更强的水稳定性，以防止基层遇水变形影响整体路面的结构强度。上一段落中也讲过废弃混凝土破碎后作为骨料具有良好的水稳定性，同时，更有一个特点就是试验测得的压碎值均小于 20％。
（2）
特性 再生骨料的混凝土是废旧建筑，或灾后建筑或新建建筑过程中产生的废弃混凝土在加工后，再按一定比例相互配合后形成得到的新骨料，部分或全部代替天然骨料，加入水泥砂浆拌制的混凝土。再生混凝土的特性与再生骨料的加工工艺、基体混凝土的强度、配合比及替代率等因素密切相关。与天然骨料混凝土相比，再生混凝土具有下列特性: ①在加工过程中，用水量相同时，再生混凝土的坍塌度会小于天然骨料，其流动性也变的相对较差。造成这种现象的原因是再生骨料表面粗糙，吸水率大，这样就使混凝土的流动
性变差了。同时，粗糙的表面会增大再生混凝土搅拌时的摩擦阻力，使其粘性和保水性都大大增加。
②渗透性的偏高，使再生混凝土的抗硫酸盐与天然骨料混凝土相比稍差，且容易被酸侵蚀。可以掺加粉煤灰来减少硫酸盐的渗透，提高再生混凝土的抗侵蚀性。
③ 再生混凝土的弹性模量低，为普通混凝土的 70 % ～80 %。其原因可能是再生骨料混凝土的骨料中有大量的旧砂浆附着，导致其弹性模量低，变形大。可以加入塑化剂，改善其变形性能，提高弹性模量。
（3）利用 再生混凝土在道路工程中的应用。废弃混凝土在拆除时内部会出现裂痕，导致其强度低，只能用于配制中、低强度等级的混凝土。强度较弱且杂质多的废弃混凝土一般做道路垫层; 经过筛选后的再生骨料，可以与其他天然建筑材料搅拌，搅拌均匀后可作为道路基层，如二灰再生骨料基层等；再有较之更好的再生骨料就可用于配制路面混凝土了。再生混凝土在建筑填充墙中的应用。建筑废渣是作为建筑废渣混凝土多孔砖的原料，经一定的加工过程后作为集料，加入水泥、附加剂等辅料，加水搅拌均匀后，经成型机振压成型，它是一种混凝土制品。建筑废渣混凝土多孔砖其实是一种混凝土小型空心砌块，也可以说是混凝土小型空心砌块的繁衍品，在大多商品中被称为多孔砖。建筑废渣混凝土多孔砖的外形、性能、施工工艺与黏土多孔砖相近，因而对于推广应用问题就简单了不少。
6、废弃混凝土的源化措施 目前我国在基础建设和旧城改造方面的速度较快、规模较大，将需要大量的混凝土，同时也产生了大量的废弃混凝土亟待处理和治理，因此如何回收利用废弃混凝土，全面实现资源化，使废弃混凝土得到再利用具有更为突出的特殊意义和紧迫性。
（1）技术措施。
抓紧制订再生骨料混凝土的技术标准、设计规范、施工和验收标准等，为市场推广作好准备。设立专项资金资助再生骨料混凝土的研究，鼓励创新，避免低层次的重复实验。开展废弃混凝土破碎技术和破碎机械的研究，降低机械能耗，提高自动化水平。加强对再生混凝土的系统研究，提高质量，延长使用寿命，并不断研发废弃混凝土的适用型再生产品，提高综合利用水平。建立废弃混凝土回收、处理、再生的产品信息数据网络。
（2）其他措施。
加强法律规范，政府办公会可协调其他相关部门如交通、财政、物价、工商、税务等部门分工协作．形成制度，这样建筑废弃混凝土资源化工作才有法可依，有章可循。国家应进行产业政策扶持，鼓励建筑企业和科研单位立项开展研究与开发。积极推行建筑垃圾集中处理制度，创建并积极发展废弃混凝土资源化再利用产业。加强建筑废弃混凝土资源化的宣传教育工作，转变大家的观念。综上所述，建立废弃混凝土资源化的有效途径，一方面．注重从源头上使建筑垃圾减量化、优化建筑设计、加强施工管理工作；另一方面，从废弃混凝土的破碎工艺、再生骨料的基本特性、再生混凝土技术经济及政策支持以及废弃混凝土的的应用领域等方面依据现有研究情况进行全面探索。
（三）废弃混凝土再利用技术总结：
这种再生骨料的混凝土可以解决废弃混凝土何去何从的问题，这样既减轻了废弃混凝土对环境的污染，又大大节省天然骨料资源，减少浪费，缓解骨料供应补足的矛盾，也进而减少自然资源和能源的消耗，对社会、经济和环境效益多出了很多贡献，也符合可持续发展的要求，是发展绿色混凝土的主要途径之一。同时再生混凝土的推广应用需要全社会的努力，在我国推广应用再生混凝土也十分需要政府的产业政策扶持和国家的法律法规保障。
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