路面混凝土混合物的造殼技術

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工法新技術的基礎上，開發應用了“混凝土分次投料攪拌工藝”。其目的在于通過新的攪拌工藝，獲得高質量的混合物，提高混凝土強度，繼而在滿足原強度要求的前提下，節約水泥用量。?
　　根據大量的應用研究結果，各種分次投料攪拌工藝均能不同程度地提高混凝土強度。其中裹砂石法和凈漿裹石法的增強效果最顯著。分次投料工藝改變了我國水泥混凝土路面傳統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機理出發，論述了裹砂石法的應用研究效果。?

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收縮，硬化后干燥收縮在骨料界面上產生拉應力導致界面裂縫。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。混凝土受力后，石子和砂漿變形不一致又導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，在縱向壓力下砂漿橫向變形(內聚力)大于石子，從而在石子上下部位產生壓應力，邊側產生拉應力，界面有脫離的傾向(粘附力破壞)。這種由于兩相變形不等產生的界面拉應力使原生裂縫開展。可見裂縫的發源地是界面，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，最終導致破壞。界面在受力前存在隱患，成為裂縫的發源地，界面拉應力的存在又為裂縫開展提供條件。因此，只有增強界面和提高砂漿強度才能阻止裂縫開展。

3　混凝土增強機理

3.1改善孔結構、強化水泥石?

　　一般認為，水泥石是由凝膠、晶體、水與孔組成的聚集體。根據現代混凝土強度理論，水泥石內聚力主要取決于水泥石基材的孔隙率、孔分布、孔級配、孔形狀等孔結構參數。所以水泥石從形成、發展直到破壞均與孔的發生和發展密切相關。但孔隙率不是影響混凝土強度的唯一因素，在孔隙率相同情況下，不同孔結構水泥石性能也不同。平均孔徑小的強度高，0.1μm以上的毛細孔微縫對強度和耐久性不利，0.05μm以下的孔對強度及性能無影響，Mehta證明，大于1000A的孔存在是強度和抗滲性下降的原因。將大孔改變為小于500A的孔則可提高強度和抗滲性。由此可見，存在著調整孔級配來提高水泥石強度和耐久性的可能性。例如，采用真空脫水，分次投料，重復振搗，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，均能達到調整孔結構，提高強度的辦法。?
　　采用分次投料造殼攪拌工藝，可使水泥石最可幾孔徑減少，增強顯著，試驗采用灰砂比為1∶2.5，W/c＝0.5的軟練砂漿與造殼砂漿作了強度和孔結構參數的比較，試驗結果列表1。?

　　不同砂漿對比試驗結果　　　表1

試 件	強 度 (MPa)	孔 隙 率 (cm2/g)	比 表 面 積 (m2/g)	當量 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 (100- 1000λ)	大孔區 (1000- 2500λ)	＞ 7500 λ	＞ 5000 λ	＞ 2500 λ	＞ 1000 λ	＞ 500 λ	＞ 250 λ
普 通 砂 漿	30.8	0.1075 mso-bidi-font-family:"Arial Unicode MS"'>	29.02	270.0	37.0	798	7500	2.0 80	2.3 50	2.7 36	3.4 40	6.2 30	7.7 44
造 殼 砂 漿	39.2	0.1044	30.89	295.9	33.8	500	1596	0.7 073	0.93 65	1.3 61	2.1 12	4.7 31	7.6 19

從這些試驗結果看出，造殼砂漿比普通砂漿的孔隙率只減少3％，而強度卻提高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，最可幾孔徑僅為普通砂漿的21％；在中孔區僅為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孔變細。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，使滲水通路變細，加上平均水力半徑減少，提高了抗滲能力，對強度有害的大毛細孔減少24％，這將對裂縫的引發和擴展起很大的阻滯作用，因而能提高其強度及抗沖擊性能。?
3.2　強化界面過渡層
　　界面微觀結構性質早已引起國內外學者的極大重視。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節，所以只有減薄水膜層才能強化界面層。?

在傳統的攪拌方法中，所有固相材料幾乎同時倒入攪拌機，此時砂、石、水泥混合物中主要是固——氣界面。在加水攪拌過程中，水必然要浸潤所有的固相材料表面而形成固——液界面，同時產生氣——液界面，亦即在攪拌過程中有相當數量的氣相殘留在液、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。當水泥投入時，立即粘附在骨料表面的水膜層上，強化了水泥的水化歷程，使首先生成的水化鋁酸鹽復蓋在骨料表面限制Ca(OH)2晶體擴散而強化了界面層。同時，殘留的氣體也必然少于傳統工藝。?

當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。裹砂石法濕潤本身說明水分子和骨料表面產生吸附作用(即范德華力)，骨料表面的濕潤效應可提供所有砂石骨料周界被水泥漿體包裹機會，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，表面粗糙的石灰巖，石英巖使砼強度提高得更多。?
　　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散。這樣，滲透和擴散過程，使固——液相均化，氣相細化，改善了孔結構。

4　粗骨料徑影響??

無論是道路混凝土，還是普通混凝土，其最薄弱環節，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，當道路混凝土采用裹砂石攪拌工藝時，隨著粗骨料最大粒徑增大，界面過渡層結構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)	抗壓強度 (MPa)	提高率 (％)
10 5-10	普通法 裹砂石法	4.5 5.0	25.6 27.8	8.6
20 5-20	普通法 裹砂石法	4.5 4.5	25.1 26.1	4
40 5-40	普通法 裹砂石法	4.0 4.5	25.2 29.6	17.5

　　從試驗結果看出，當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　生產應用?

　　(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結果列表3。?
　　從表3可看出，各種分次投料攪拌工藝的7d強度增長率均高于28d強度增長率，其中裹砂石法的強度增長率最高。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度增長率　　　　表3?

種類	R7(％)	R28(％)	第一次	第二次	第三次 mso-bidi-font-family:"Arial Unicode MS"'>
常規法	0	0	水+砂+石+水泥	0	0
凈漿法	12.2	6.7	水1+水泥	水2+砂	石+水3
砂漿法	11.1	7.8	水1+砂+水泥	石+水2	0
裹砂法	14.1	8.8	水1+砂	水泥	石+水2
裹石法	12.1	9.5	水1+石	水泥	砂+水2
凈漿裹石法	12.2	10.9	水1+水泥	水2+石 style='font-family:宋體;mso-bidi-font-family:"Arial Unicode MS"'>	砂+水3
裹砂石法	14.0	12.0	水1+砂+石	水泥+水2	0

　　(2)裹砂石法攪拌工藝方案如下：
　　在此攪拌工藝方案中，下限為強制式攪拌機攪拌時間，上限為自落式攪拌機攪拌時　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)福建閩清市政建設工程公司采用裹砂石法進行了現場強度對比試驗，其結果列于表4。

強度對比試驗結果　表4

攪拌工藝	抗壓強度(MPa)		強度相對值
	7d	28d	7d	28d
常規法	21.2	30.1	100	100
裹砂石法	26.1	34.5	123.1	114.6

　　由表4可見，裹砂石法的強度增長值較高，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度，可加快施工進度，如大慶油田擴建工程讓湖路立交橋30m予應力鋼筋混凝土T梁的施工過程中，原先需7d才能達到85％設計強度，采用造殼任務，而且28d強度由原先技術僅用4d就可達到85％的設計強度，不僅提前9d完成了的42.3MPa提高到46.9MPa。

6　結語

　　在所選定的試驗條件下，各種分次投料攪拌工藝中，裹砂石法在不增加攪拌設備和生產管理人員，不延長攪拌時間的前提下，增強效果最好，而且投料次數少，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，裹砂石法混凝土抗滲性、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踐證明，可提高強度10％～20％，在保證道路混凝土質量前提下，可節約水泥5％～10％。?
　　提高水泥混凝土路面質量，出路在于不斷采用混凝土路面施工新技術。而裹砂石法攪拌工藝是獲得路面質量混凝土混合物的有效途徑。?
　　目前，洛陽震動機械廠生產了一種裹砂石法的專用機械(JDF350型混凝土攪拌機)，該機有兩個上料斗，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。??