路面混凝土混合物-造殼技術(shù)

1、路面混凝土混合物-造殼技術(shù)            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1020，在保證路面混凝土質(zhì)量前提下，可節(jié)約水泥用量510，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

2、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

3、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。混凝土受力后，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。可見裂縫的發(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

4、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，0.1m以上的毛細(xì)孔微縫對強(qiáng)度和耐久性不利，0.05m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

5、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，試驗采用灰砂比為12.5，W/c0.5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，試驗結(jié)果列表1。不同砂漿對比試驗結(jié)果表1試件強(qiáng)度(MPa)孔    2007-04-21       &

6、#160;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)(100-1000)大孔區(qū)(1000-2500)7500500025001000500250普通砂漿30.80.107529.02270.037.07987500    2007-04-21        2.0802.3502.7363.4406.2307.744造殼砂漿39.20.104430.89295.933.850

7、015960.70730.93651.3612.1124.7317.619從這些試驗結(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

8、，因而能提高其強(qiáng)度及抗沖擊性能。    2007-04-21        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

9、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

10、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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

11、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()105-10普通法裹砂石法4.55.025.6    2007-04-21        27.88.6205-20普通法裹砂石法4.54.525.126.14405-40普通法裹砂石法4.04.525.229.617.5從試驗結(jié)果看出，當(dāng)粗骨料最大粒徑分別為10mm

12、、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    2007-04-21   

13、;     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    2007-04-21        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

14、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，其結(jié)果列于表4。強(qiáng)度對比試驗結(jié)果表4攪拌工藝    2007-04-21        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。6結(jié)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(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踐證明，可提高