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(dòng)。使用將砂、石表面以水泥漿為外殼包起來(lái)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(guó)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(guò)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(guó)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。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(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。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(jí)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(duì)強(qiáng)度和耐久性不利，0.05μm以下的孔對(duì)強(qiáng)度及性能無(wú)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(jí)配來(lái)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(duì)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	30.8	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(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?jī)H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(duì)強(qiáng)度有害的大毛細(xì)孔減少24％，這將對(duì)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(guò)渡層
　　界面微觀結(jié)構(gòu)性質(zhì)早已引起國(guó)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(lái)。如水灰比大或泌水均會(huì)使水膜層厚度增加，在過(guò)渡層會(huì)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(shí)倒入攪拌機(jī)，此時(shí)砂、石、水泥混合物中主要是固——?dú)饨缑妗Ｔ诩铀當(dāng)嚢柽^(guò)程中，水必然要浸潤(rùn)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(guò)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(rùn)后形成液——?dú)饨缑妫旧舷Я斯獭獨(dú)饨缑妗．?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。?

當(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(duì)骨料表面的濕潤(rùn)效應(yīng)。裹砂石法濕潤(rùn)本身說(shuō)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(rùn)效應(yīng)可提供所有砂石骨料周界被水泥漿體包裹機(jī)會(huì)，骨料間的孔隙被水泥漿體全部填充。水泥漿對(duì)骨料濕潤(rùn)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(guò)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(guò)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(wú)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(shí)，隨著粗骨料最大粒徑增大，界面過(guò)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(duì)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 5.0	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(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(duì)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(zhǎng)率均高于28d強(qiáng)度增長(zhǎng)率，其中裹砂石法的強(qiáng)度增長(zhǎng)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(jiǎn)便易行。?

不同分次投料工藝的強(qiáng)度增長(zhǎng)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(guī)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(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(chǎng)強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)，其結(jié)果列于表4。

強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果　表4

攪拌工藝	抗壓強(qiáng)度(MPa)		強(qiáng)度相對(duì)值
	7d	28d	7d	28d
常規(guī)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(qiáng)度增長(zhǎng)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(guò)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(yǔ)

　　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(zhǎng)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(jiǎn)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(yáng)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(guò)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(chǎng)以來(lái)，受到施工單位好評(píng)。??