楊金龍

（寧夏煤炭基本建設(shè)公司 寧夏 石嘴山 753000）

0 引言

一般認(rèn)為混凝土攪拌的主要任務(wù)是：

1）各組分均勻分布，達(dá)到宏觀及微觀上的均質(zhì);

2）破壞水泥粒子團(tuán)聚現(xiàn)象，使其各顆粒表面被水浸潤(rùn)，促使彌散現(xiàn)象的發(fā)展;

3）破壞水泥粒子表面的初始水化物薄膜包裹層;

4）由于集料表面常覆蓋著一薄層灰塵和粘土，有礙界面結(jié)合物的形成，故應(yīng)使物料顆粒間多次碰撞和互相摩擦，以減小灰塵薄膜的影響;

5）提高混合料各單元體參與運(yùn)動(dòng)的次數(shù)和運(yùn)動(dòng)軌跡的交叉頻率，以加速達(dá)到均質(zhì)化。

1 混凝土的破壞現(xiàn)象

在對(duì)攪拌裝置參數(shù)優(yōu)化研究時(shí)發(fā)現(xiàn)：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(chēng)界面裂縫。這是由于水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生收縮，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(kāi)展。此時(shí)石子的彈性模量大于砂子的彈性模量，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）。

2 混凝土的強(qiáng)化機(jī)理

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(jiàn)，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。由此可見(jiàn)，我們可采用分次投料工藝措施，調(diào)整孔結(jié)構(gòu)，提高強(qiáng)度。

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一氣界面。在加水?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。

在新的攪拌工藝中，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-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覆蓋在骨料表面限制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。

3 混凝土多步攪拌工藝的宏觀機(jī)理

攪拌是使混凝土混合料趨于勻質(zhì)化的過(guò)程，普通混凝土攪拌機(jī)充分利用對(duì)流、剪切和擴(kuò)散機(jī)理，一般在較短時(shí)間就可以使混合料達(dá)到宏觀勻質(zhì)，但對(duì)這種拌和料仔細(xì)觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)預(yù)拌水泥混凝土中有些骨料表面是干燥的，另外還有一些干的小水泥團(tuán)。如果把攪拌后宏觀上均勻的混凝土中的水泥漿放在顯微鏡下，會(huì)發(fā)現(xiàn)仍有15%-30%的水泥呈團(tuán)粒狀態(tài)。這是因?yàn)?，傳統(tǒng)攪拌工藝中混凝土各組成材料一次性投入攪拌機(jī)內(nèi)，遇水后很快形成大小不等的水泥團(tuán)粒，攪拌過(guò)程中由于骨料間的摩擦、撞擊作用使得部分水泥團(tuán)粒被分解破壞，而處于粗骨料背后的那部分水泥團(tuán)粒則不易破壞，另外，處于攪拌葉片背面的水泥團(tuán)粒也不易破壞，此時(shí)粗骨料和葉片起“屏障”作用。待硬化后粘附在粗骨料上和骨料間隙中的這些未被水化的水泥團(tuán)粒將成為混凝土中最薄弱的環(huán)節(jié)。

多步攪拌工藝的基本原理正是建立在改善水泥的分散性，提高水泥活性的基礎(chǔ)上，進(jìn)而不同程度地提高混凝土強(qiáng)度。顯然，材料不同，攪拌速度必然不同，攪拌砂漿或水泥漿時(shí)，速度必然要比攪拌混凝土高。一方面是這些材料粒徑較均勻，不存在嚴(yán)重的離析現(xiàn)象；另一方面是高速攪拌可明顯消除水泥聚團(tuán)現(xiàn)象，并提高生產(chǎn)率。多步攪拌工藝（如先拌砂漿），砂子、水泥及水一起高速攪拌，由于砂子粒徑相對(duì)于水泥團(tuán)塊比較小，不但起不到屏障作用，反而在高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中極易將水泥團(tuán)粒擊碎，使水泥充分水化，并均勻地粘附在砂粒表面，使接下來(lái)與粗骨料的多步攪拌更易混合均勻。

4 混凝土多步攪拌工藝的微觀機(jī)理

4.1 混凝土微觀結(jié)構(gòu)及其增強(qiáng)途徑

材料的宏觀行為取決于材料的組成和微觀結(jié)構(gòu)。混凝土材料學(xué)的基本觀點(diǎn)認(rèn)為：材料的形成過(guò)程，必然伴隨著界面的產(chǎn)生、消失和轉(zhuǎn)化，不同的界面演化過(guò)程必然引起材料形成過(guò)程的差異，這些差異導(dǎo)致了材料宏觀性能方面的差異。從宏觀尺度上看，混凝土是由水泥石和集料兩相組成的復(fù)合材料；從細(xì)觀尺度上看，水泥石又是各種水化物和未水化顆粒、水、氣等的多相復(fù)合體。因此，混凝土攪拌過(guò)程中的混合料，不但有固相、液相和氣相參加攪拌，而且各相之間還產(chǎn)生著物理化學(xué)的變化，并最終影響混凝土材料的強(qiáng)度。

4.2 傳統(tǒng)工藝的缺陷

現(xiàn)有的混凝土攪拌裝置在攪拌過(guò)程中，水泥、砂石、水、外加劑都是經(jīng)計(jì)量后一次投入攪拌筒進(jìn)行攪拌，若干時(shí)間后出料形成混凝土拌和物。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：混凝土的劣化或破壞往往出現(xiàn)在界面處。一方面是因?yàn)樗嗍图系膹椥阅Ａ坎煌?dāng)溫度、濕度發(fā)生變化時(shí)，水泥石和集料變形不一致形成細(xì)微的裂縫；另外，現(xiàn)有的混凝土攪拌工藝使砂石表面形成了一層自由水膜，削弱了水泥漿與集料的粘結(jié)，使水泥漿體的作用遠(yuǎn)未發(fā)揮出來(lái)；此外，水泥顆粒被砂石夾裹，加水后易形成水泥小團(tuán)粒，并包裹了很多拌和水，不易被破壞，降低了混凝土拌和物的和易性，且水灰比越小，這種現(xiàn)象越嚴(yán)重。水泥團(tuán)粒吸附在骨料上，充填于骨料空隙中，致使包裹砂子的水泥顆粒相對(duì)減少，導(dǎo)致水泥不能充分水化，降低了混凝土的強(qiáng)度。顯然，傳統(tǒng)工藝不僅存在諸多不足之處，更無(wú)法平衡前面所一說(shuō)的界面過(guò)渡區(qū)的強(qiáng)度梯度現(xiàn)象。

4.3 混凝土多步（二次）攪拌工藝的優(yōu)點(diǎn)

在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上提出了新的混凝土多步（二次）攪拌工藝。所謂多次（二次）攪拌，是指在考慮混凝土組分中各物料均勻混合作用的基礎(chǔ)上，利用物料投料、攪拌順序?qū)炷羶?nèi)部結(jié)構(gòu)形成的影響，綜合提高混凝土性能的工藝方法，其具體實(shí)施方法比較靈活。但目標(biāo)是一致的，即通過(guò)改善傳統(tǒng)攪拌工藝進(jìn)而改善混凝土界面的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，來(lái)提高硬化混凝土性能。

5 結(jié)束語(yǔ)

混凝土多步攪拌工藝不僅適用于普通混凝土的攪拌，尤其適用于高性能混凝土的攪拌。與混凝土常規(guī)攪拌工藝相比，在相同的硬件條件下，混凝土多步攪拌工藝能提高混凝土強(qiáng)度，在滿(mǎn)足混凝土強(qiáng)度條件下，可降低水泥的使用量。

［1］鄧愛(ài)民.商品混凝土機(jī)械[M].北京：人民交通出版社，2000.

［2］吳中偉.高性能混凝土[M].北京：中國(guó)鐵道出版社.1999，9.

［3］宋培建，譯.混凝土多步攪拌工藝[J].建工技術(shù)，1997，3.