摘要：本文論述路面混凝土分次投料攪拌造殼技術(shù)，可改善水泥的分散性，可顯著提高混凝土質(zhì)量和耐久性，改變了我國水泥混凝土路面?zhèn)鹘y(tǒng)的拌合物一次投料的落后工藝。通過應(yīng)用證明，裹砂石法造殼技術(shù)可提高混凝土強(qiáng)度10％～20％，在保證路面混凝土質(zhì)量前提下，可節(jié)約水泥用量5％～10％，工藝簡單易行。
關(guān)鍵詞：路面混凝土裹砂石法造殼技術(shù)1 前言路面水泥混凝土通常是按砂、石、水泥、水一次投料的攪拌工藝制備的，其質(zhì)量容易波動。使用將砂、石表面以水泥漿為外殼包起來的造殼攪拌方法，可改善水泥的分散性，使混凝土的質(zhì)量與耐久性得到顯著提高。
80年代，我國許多單位在研究SEC工法新技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)應(yīng)用了“混凝土分次投料攪拌工藝”。其目的在于通過新的攪拌工藝，獲得高質(zhì)量的混合物，提高混凝土強(qiáng)度，繼而在滿足原強(qiáng)度要求的前提下，節(jié)約水泥用量。
根據(jù)大量的應(yīng)用研究結(jié)果，各種分次投料攪拌工藝均能不同程度地提高混凝土強(qiáng)度。其中裹砂石法和凈漿裹石法的增強(qiáng)效果最顯著。分次投料工藝改變了我國水泥混凝土路面?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土混合物攪拌工藝，我們從分析混凝土破壞途徑和增強(qiáng)機(jī)理出發(fā)，論述了裹砂石法的應(yīng)用研究效果。2 混凝土的破壞途徑硬化混凝土受力前在粗骨料和砂漿界面上存在很多微裂縫，稱界面裂縫。這是由于水泥水化化學(xué)收縮，硬化后干燥收縮在骨料界面上產(chǎn)生拉應(yīng)力導(dǎo)致界面裂縫。此外水分的遷移受到粗骨料阻止，從而水分向界面集中形成水膜，也是界面裂縫的根源�；炷潦芰螅雍蜕皾{變形不一致又導(dǎo)致這種原生裂縫開展。此時E石＞E砂漿，骨料粒子處于軟基體內(nèi)，在縱向壓力下砂漿橫向變形(內(nèi)聚力)大于石子，從而在石子上下部位產(chǎn)生壓應(yīng)力，邊側(cè)產(chǎn)生拉應(yīng)力，界面有脫離的傾向(粘附力破壞)。這種由于兩相變形不等產(chǎn)生的界面拉應(yīng)力使原生裂縫開展�？梢娏芽p的發(fā)源地是界面，然后向〖DM(謝勇成：路面混凝土混合物的造殼技漱砂漿中延伸，最后貫穿試件，最終導(dǎo)致破壞。界面在受力前存在隱患，成為裂縫的發(fā)源地，界面拉應(yīng)力的存在又為裂縫開展提供條件。因此，只有增強(qiáng)界面和提高砂漿強(qiáng)度才能阻止裂縫開展。3 混凝土增強(qiáng)機(jī)理3.1改善孔結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化水泥石一般認(rèn)為，水泥石是由凝膠、晶體、水與孔組成的聚集體。根據(jù)現(xiàn)代混凝土強(qiáng)度理論，水泥石內(nèi)聚力主要取決于水泥石基材的孔隙率、孔分布、孔級配、孔形狀等孔結(jié)構(gòu)參數(shù)。所以水泥石從形成、發(fā)展直到破壞均與孔的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。但孔隙率不是影響混凝土強(qiáng)度的唯一因素，在孔隙率相同情況下，不同孔結(jié)構(gòu)水泥石性能也不同。平均孔徑小的強(qiáng)度高，0.1μm以上的毛細(xì)孔微縫對強(qiáng)度和耐久性不利，0.05μm以下的孔對強(qiáng)度及性能無影響，Mehta證明，大于1000A的孔存在是強(qiáng)度和抗?jié)B性下降的原因。將大孔改變?yōu)樾∮?00A的孔則可提高強(qiáng)度和抗?jié)B性。由此可見，存在著調(diào)整孔級配來提高水泥石強(qiáng)度和耐久性的可能性。例如，采用真空脫水，分次投料，重復(fù)振搗，加入外加劑、活性混合物，聚合物浸漬以及限制膨脹等工藝措施，均能達(dá)到調(diào)整孔結(jié)構(gòu)，提高強(qiáng)度的辦法。
采用分次投料造殼攪拌工藝，可使水泥石最可幾孔徑減少，增強(qiáng)顯著，試驗(yàn)采用灰砂比為1∶2.5，W/c＝0.5的軟練砂漿與造殼砂漿作了強(qiáng)度和孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的比較，試驗(yàn)結(jié)果列表1。不同砂漿對比試驗(yàn)結(jié)果 表1試
件強(qiáng)
度
(MPa)孔
隙
率
(cm2/g)比
表
面
積
(m2/g)當(dāng)量
比表
面積
(m2/
cm2孔)平
均
水
力
半
徑最可幾孔徑分段孔
體積含
量
(cm3/g)×10-2中孔區(qū)
(100-
1000λ)大孔區(qū)
(1000-
2500λ)＞
7500
λ＞
5000
λ＞
2500
λ＞
1000
λ＞
500
λ＞
250
λ普
通
砂
漿30.80.107529.02270.037.079875002.0
802.3
502.7
363.4
406.2
307.7
44造
殼
砂
漿39.20.104430.89295.933.850015960.7
0730.93
651.3
612.1
124.7
317.6
19從這些試驗(yàn)結(jié)果看出，造殼砂漿比普通砂漿的孔隙率只減少3％，而強(qiáng)度卻提高27％，這主要是由于造殼砂漿和孔徑分布得到了改善。第一，在大孔區(qū)，最可幾孔徑僅為普通砂漿的21％；在中孔區(qū)僅為63％，可見采用造殼攪拌工藝后，不僅能減少一些孔隙率，而且主要地可使毛細(xì)孔變細(xì)。第二，造殼砂漿的有害孔(500?!)含量僅為普通砂漿的6％；第三，造殼砂漿孔隙當(dāng)量比表面積和平均水力半徑比普通砂漿分別增加和減少9％。
總之，最可幾孔徑變小，使?jié)B水通路變細(xì)，加上平均水力半徑減少，提高了抗?jié)B能力，對強(qiáng)度有害的大毛細(xì)孔減少24％，這將對裂縫的引發(fā)和擴(kuò)展起很大的阻滯作用，因而能提高其強(qiáng)度及抗沖擊性能。
3.2 強(qiáng)化界面過渡層
界面微觀結(jié)構(gòu)性質(zhì)早已引起國內(nèi)外學(xué)者的極大重視。研究表明，骨料和水泥石之間存在約幾十微米的界面層，它是由水化粗骨料表面，首先形成水膜層逐漸被新生產(chǎn)物填充而來。如水灰比大或泌水均會使水膜層厚度增加，在過渡層會留下薄弱環(huán)節(jié)，所以只有減薄水膜層才能強(qiáng)化界面層。在傳統(tǒng)的攪拌方法中，所有固相材料幾乎同時倒入攪拌機(jī)，此時砂、石、水泥混合物中主要是固——氣界面。在加水?dāng)嚢柽^程中，水必然要浸潤所有的固相材料表面而形成固——液界面，同時產(chǎn)生氣——液界面，亦即在攪拌過程中有相當(dāng)數(shù)量的氣相殘留在液、固相的包圍之中。
在新的裹砂石法中，大部分水優(yōu)先與砂石表面接觸形成固——液界面，骨料濕潤后形成液——氣界面，基本上消失了固——氣界面。當(dāng)水泥投入時，立即粘附在骨料表面的水膜層上，強(qiáng)化了水泥的水化歷程，使首先生成的水化鋁酸鹽復(fù)蓋在骨料表面限制Ca(OH)2晶體擴(kuò)散而強(qiáng)化了界面層。同時，殘留的氣體也必然少于傳統(tǒng)工藝。當(dāng)水泥漿體作為粘附劑時，其粘附力大小首先決定于水對骨料表面的濕潤效應(yīng)。裹砂石法濕潤本身說明水分子和骨料表面產(chǎn)生吸附作用(即范德華力)，骨料表面的濕潤效應(yīng)可提供所有砂石骨料周界被水泥漿體包裹機(jī)會，骨料間的孔隙被水泥漿體全部填充。水泥漿對骨料濕潤面積越大，粘附力越大，故親水性好，表面粗糙的石灰?guī)r，石英巖使砼強(qiáng)度提高得更多。
此外，全部水加入攪拌過程中，稀漿中的水分向殼膜中滲透。以及殼膜中的水泥粒子向稀漿中擴(kuò)散。這樣，滲透和擴(kuò)散過程，使固——液相均化，氣相細(xì)化，改善了孔結(jié)構(gòu)。4 粗骨料徑影響?yīng)おo論是道路混凝土，還是普通混凝土，其最薄弱環(huán)節(jié)，都處在骨料下緣，尤其是粗骨料的下緣。粗骨料粒徑越大，其下緣處的水膜層也越厚。因此，當(dāng)?shù)缆坊炷敛捎霉笆瘮嚢韫に嚂r，隨著粗骨料最大粒徑增大，界面過渡層結(jié)構(gòu)可得到更顯著的改善。同時，還由于粗骨料粒徑增大，其表面積相對減小，造殼所需水泥量也減少；另外，骨料粒徑增大也有利于造殼砂石形成連續(xù)相的骨架。所以隨著粗骨料最大粒徑的增大，水泥裹砂石混凝土的增強(qiáng)效果更顯著(列表2)粗骨料粒徑影響表2最大粒徑
(mm)攪拌工藝坍落度
(cm)抗壓強(qiáng)度
(MPa)提高率
(％)10
5-10普通法
裹砂石法4.5
5.025.6
27.88.620
5-20普通法
裹砂石法4.5
4.525.1
26.1440
5-40普通法
裹砂石法4.0
4.525.2
29.617.5從試驗(yàn)結(jié)果看出，當(dāng)粗骨料最大粒徑分別為10mm、20mm、40mm時，以最大粒徑40mm的裹砂石混凝土增強(qiáng)效果為最好。這對于道路混凝土采用粗骨料最大粒徑40mm的拌合料是非常有利的。5 生產(chǎn)應(yīng)用(1)裹砂石攪拌工藝為二次投料工藝，即造殼攪拌和勻化攪拌工藝。不同分次投料工藝的試驗(yàn)結(jié)果列表3。
從表3可看出，各種分次投料攪拌工藝的7d強(qiáng)度增長率均高于28d強(qiáng)度增長率，其中裹砂石法的強(qiáng)度增長率最高。另外，從工藝角度考慮，凈漿裹石法為三次投料，而裹砂石法為二次投料，工藝簡便易行。不同分次投料工藝的強(qiáng)度增長率表3種類R7(％)R28(％)第一次第二次第三次常規(guī)法00水+砂+石+水泥00凈漿法12.26.7水1+水泥水2+砂石+水3砂漿法11.17.8水1+砂+水泥石+水20裹砂法14.18.8水1+砂水泥石+水2裹石法12.19.5水1+石水泥砂+水2凈漿裹石法12.210.9水1+水泥水2+石砂+水3裹砂石法14.012.0水1+砂+石水泥+水20(2)裹砂石法攪拌工藝方案如下：
在此攪拌工藝方案中，下限為強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌時間，上限為自落式攪拌機(jī)攪拌時 間。第一次投料為：砂+石+70％水(包括砂石含水量)；第二次投料為：水泥+30％水；
(3)福建閩清市政建設(shè)工程公司采用裹砂石法進(jìn)行了現(xiàn)場強(qiáng)度對比試驗(yàn)，其結(jié)果列于表4。強(qiáng)度對比試驗(yàn)結(jié)果 表4攪拌工藝抗壓強(qiáng)度(MPa)強(qiáng)度相對值7d28d7d28d常規(guī)法21.230.1100100裹砂石法26.134.5123.1114.6由表4可見，裹砂石法的強(qiáng)度增長值較高，R7為23.1％，R28為14.6％；因此，采用裹砂石法后，C30混凝土的水泥用量由360kg/m3降為324kg/m3，可節(jié)約水泥10％。
此外，由于裹砂石法拌制的混凝土具有較高的早期強(qiáng)度，可加快施工進(jìn)度，如大慶油田擴(kuò)建工程讓湖路立交橋30m予應(yīng)力鋼筋混凝土T梁的施工過程中，原先需7d才能達(dá)到85％設(shè)計(jì)強(qiáng)度，采用造殼任務(wù)，而且28d強(qiáng)度由原先技術(shù)僅用4d就可達(dá)到85％的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，不僅提前9d完成了的42.3MPa提高到46.9MPa。6 結(jié)語在所選定的試驗(yàn)條件下，各種分次投料攪拌工藝中，裹砂石法在不增加攪拌設(shè)備和生產(chǎn)管理人員，不延長攪拌時間的前提下，增強(qiáng)效果最好，而且投料次數(shù)少，適用性廣(適用于坍落度＜9cm的塑性和半干硬性混凝土＝，操作簡便，易于推廣。此外，裹砂石法混凝土抗?jié)B性、抗裂性、抗凍性及抗彎拉性均有明顯的改善。
裹砂石法攪拌工藝實(shí)踐證明，可提高強(qiáng)度10％～20％，在保證道路混凝土質(zhì)量前提下，可節(jié)約水泥5％～10％。
提高水泥混凝土路面質(zhì)量，出路在于不斷采用混凝土路面施工新技術(shù)。而裹砂石法攪拌工藝是獲得路面質(zhì)量混凝土混合物的有效途徑。
目前，洛陽震動機(jī)械廠生產(chǎn)了一種裹砂石法的專用機(jī)械(JDF350型混凝土攪拌機(jī))，該機(jī)有兩個上料斗，一個裝砂石，一個裝水泥，全部攪拌過程按程序自動完成，消除了人為因素的影響。自1991年投放市場以來，受到施工單位好評。
