许庆国

摘要：水泥混凝土路面是我国高等级路面的主要形式之一,但其高等级公路里程方面近几年增长缓慢。制约水泥混凝土路面发展原因之一在于施工与养护控制质量不佳。混凝土路面施工时,由于混凝土混合料搅拌、运输、摊铺及振动密实成型工艺施工不严格,其强度与室内试验条件下相比有较大差异,因此,现场施工的混凝土存在较大变异性。本文对混凝土搅拌工艺及其影响因素做出研究，以便有所帮助。

关键词：水泥混凝土路面施工；混合料搅拌工艺；影响研究

中图分类号： TU375 文献标识码：A

一，水泥混凝土混合理论

混凝土工艺过程是混合与分离过程。混合容易分离难,混合均匀不易,局部分离容易。混合关系到混凝土的强度变异性。混凝土混合理想状态是:大小颗粒的排布既相互垛密,又相互包围,相邻粒级包围数为5一7。

二，水泥混凝土搅拌工艺理论

搅拌工艺是指将原材料各组分按一定比例拌和成具有一定均匀性及施工性能的混凝土混合料的过程,是混凝土结构形成的开端。搅拌过程能够影响混凝土混合料中水泥的水化反应及水泥一集料界面粘结层的形成,从而影响混凝土的性能。

1，匀化机理

扩散机理:组成材料由原来所占据的空间进入其它组成材料的空间,分布达到均匀的过程。搅拌筒旋转时物料下落混合过程,影响因素是下落高度及搅拌机转速,下落高度过高,容易产生离析；旋转速度过大会增大离心力,影响下落混合； 双锥式搅拌机改变叶片角度可在较小的角度时就下落,同时每旋转一周物料下落多次, 从而改善搅拌质量。

剪切机理:由叶片强制物料之间产生剪切位移,物料沿滑动面滑动,混合达到均匀的过程。强制式搅拌机的作用机理为,不同角度的叶片通过料层时,强制物料产生环向、径向和竖向运动,叶片通过的空间由翻越叶片的物料、两侧倒坍的物料及相邻叶片推过来的物料所填充混合。

对流机理:物料在立式圆筒形搅拌器中依靠对流运动达到均匀的过程。沿筒壁内侧设直立挡板可形成竖向对流和局部环向对流；竖向对流对消除筒底死角有重要作用,减弱环向对流对细料混合均匀有重要作用。

2，搅拌强化。通过搅拌改变水泥水化反应过程,达到提高混凝土强度的效果。

3，强化机理在宏观均匀的基础上,使细颗粒的分布进一步均匀。振动搅拌在搅拌机上安装振动器进行搅拌,当水泥用量不变时,振动搅拌流动度略有提高,抗压强度可大大提高。其机理是振动破坏了水泥的团聚结构,使水泥及其它掺合料细颗粒分布均匀,净化界面,增加界面水泥水化产物数量。

破碎强化:搅拌过程中,水泥颗粒破碎,比表面积增大。通过超声发生器活化搅拌水泥砂浆,再进行混凝土拌合,使水泥比表面积增加,从而提高混凝土强度。碾压工艺也可产生破碎作用,对提高强度有一定作用。

加热强化:水灰比一定时,混凝土混合料坍落度随着温度升高而降低,混凝土早期强度随着温度升高而增大；坍落度一定时,随着温度升高,用水量增大,混凝土早期强度随温度升高有所提高,但后期强度有所降低；水灰比及坍落度均保持一定时,用水量和水泥用量均随温度升高而相应增加,早期强度增长明显,后期强度不降低。

4，塑化作用

润湿塑化:固体颗粒表面通过氢键结合吸附水分子,形成多分子层时,起润湿作用,混合料表现为塑化状态。存在塑化的最佳含水量,超过最佳含水量时,产生离析；达不到最佳含水量时不能充分水化。

陈放塑化:混合料搅拌后陈放一段时间,由于水泥水化,粒性增大,改善了混合料的可塑性。

碾压塑化:碾压过程中,部分水及空气被挤出,水化胶凝材料通过扩散进入水和空气的空隙中,提高浆体的粘聚力及密实度,从而增加可塑性。

三，混合料搅拌工艺参数的影响研究

1，搅拌机类型对混合料变异性的影响

搅拌装置:现有典型搅拌装置为间歇式双卧轴强制式振动搅拌机。

投料顺序:一次投料,即砂、水泥、石子顺序加入料斗后一次投入搅拌机,在投料的同时加入全部水进行搅拌；分组投料,即将粗集料和部分水投入搅拌筒,以清除上一盘料粘附于筒壁的砂浆,然后将水泥、砂和剩余水加入进行搅拌；二次搅拌,也就是先将全部水泥、砂及约1/3的水投入进行搅拌,然后加入粗集料及余下水进行搅拌。

2,搅拌时间对混合料变异性的影响

整个搅拌过程应该是空间上不同形式运动的有机组合。如果工作腔内不同坐标方向的搅拌系数趋于相同,那么搅拌过程中物料的运动呈现出各向同性,要使混合物达到均匀将只取决于搅拌时间。

搅拌时间是指从原材料全部投入搅拌筒至混合料开始卸料的时间。搅拌时间与搅拌质量有密切关系。混凝土混合料的变异性与搅拌时间有关,搅拌时间不足,混凝土强度较低,强度离散性很大。充分搅拌的混凝上平均强度较欠搅拌的混凝土强度可提高10一20%,,欠搅拌的混凝土强度较低,强度离散性, 因此,搅拌时间应选为水泥用量均匀及强度均匀的时间。

时间

上图为混凝土均匀度与搅拌时间的关系曲线。物料初级阶段的搅拌主要是靠宏观上的循环流动来实现(Ⅰ段)； 时刻起搅拌机内各组分的扩散分布加快,此时各组分已在微观上进行重新分布,并且扩散运动从某一时刻起主要作用(Ⅱ段),粘结的各组分再分离开来的过程也加快。搅拌与离析两个过程从时刻起基本上达到动态平衡。Ⅱ段之后,均匀度变化很小(Ⅲ段),搅拌的实际意义不大。个别情况下,达到平衡的时刻要比均匀度最好的时刻稍晚(Ⅲ段曲线2)。

从上图可以看出:搅拌时间不宜过短或过长,搅拌时间过短,混合料不均匀。长时间搅拌不经济也不合理。长时间搅拌造成集料破碎,增加了水泥水化和坍落度损失。因此规定最长搅拌时间不超过正常搅拌时间的3倍。采用混凝土搅拌运输车时,最长搅拌时间与温度有关,一般应控制在合理的范围内。

拌和时间的确定要在提高拌合物产量和拌和效率这对矛盾中取得最佳的平衡。我国所有高速公路水泥混凝土路面滑膜摊铺时的拌和时间均在铺筑初期,以质量控制为主。总拌和时间与纯拌和时间均比规范规定的时间要长,纯拌和时间一般不小于45s,施工正常时,在确保质量的前提下,提高产量,再提高到35一40s。混凝土规范规定强制式搅拌机械拌制时间不允许小于60s。规范给出的总拌和时间60s与纯拌和时间35s是最短时间,不得突破。

参考文献

【1】孙增智等，二次投料搅拌工艺对混凝土性能的影响【J】，公路，2009,04

【2】付昌会，搅拌方式对水泥混凝土含气量与性能影响的研究【D】，长安大学，2011