關(guān)鍵詞：路面混凝土裹砂石法造殼技術(shù)��1　前言�おヂ访嫠�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(dòng)。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�び不�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�土受力后，石子和砂漿變形不一致又導(dǎo)致這種原生裂縫開展。此時(shí)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�ヒ话阏J(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。�ピ趥鹘y(tǒng)的攪拌方法中，所有固相材料幾乎同時(shí)倒入攪拌機(jī)，此時(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)，殘留的氣體也必然少于傳統(tǒng)工藝。�ギ�(dāng)水泥漿體作為粘附劑時(shí)，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�無論是道路混凝土，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�土采用裹砂石攪拌工藝時(shí)，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(shí)，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)�ご止橇狭�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(shí)，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。�げ煌�分次投料工藝的強(qiáng)度增長率表3�しN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(shí)間，上限為自落式攪拌機(jī)攪拌時(shí)　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％，R��28為14.6％；因此，采用裹砂石法后，C����30��混凝土的水泥用量由360kg/m��3降為324kg/m��3，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(shí)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(dòng)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(gè)上料斗，一個(gè)裝砂石，一個(gè)裝水泥，全部攪拌過程按程序自動(dòng)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。