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张良奇:振动搅拌助“一带一路”基础设施提升耐久性 | 中国公路网

时间:2017.06.05 字号



万里路桥集团德通振动搅拌技术研究院院长、博士张良奇,就“振动搅拌技术与‘一带一路’工程耐久性”展开了分析。

“一带一路”建设的公路、工业与民用建筑、水利设施、机场、铁路等各类基础设施,都是由不同配合比的水泥混凝土、沥青混凝土、水泥稳定土等混合料组成的。这些混合料“微观”是否均匀,直接影响“一带一路”基础设施工程的耐久性。搅拌技术在很大程度上决定了混合料的微观均匀程度。万里路桥集团德通振动搅拌技术研究院院长、博士张良奇,在“一带一路”交通发展(国际)论坛上,就“振动搅拌技术与‘一带一路’工程耐久性”展开了分析。

微观均匀新概念是指水泥颗粒直径3μm至80μm、粉煤灰颗粒直径45μm左右、水滴最小直径20μm、各种添加剂用量更少颗粒直径更小。各种细集料粘结料颗粒均匀分布才是微观均匀。

水泥混凝土微观均匀缺陷

从宏观上看,混凝土是由骨料和水泥石组成的二相复合材料,混凝土的性质主要取决于混凝土中骨料与水泥石的性质、它们的相对含量以及骨料与水泥石间的界面粘结强度。普通混凝土的强度主要取决于水泥石的强度和界面粘结强度。试验证明,界面是混凝土中最为薄弱的环节。

从微观、亚微观上来看,混凝土是由粗骨料、细骨料、水泥的水化产物、毛细孔、气孔、微裂纹(因水化热、干缩等使水泥石开裂)、界面微裂纹(因干缩、泌水等所致)及界面过渡层等组成。界面过渡层是由于泌水等原因,而在骨料表面处形成的宽度约为30μm至60μm的水泥石薄层,其结构相对较为疏松,且界面过渡层中常含有微裂纹。界面过渡层对混凝土的强度和耐久性有着重大的影响。 如果水泥混凝土微观均匀存在缺陷,会浪费水泥、用水量增多,还会导致工作性能差、成型难、气泡直径大(有害气泡多)以及界面联结强度低。 


水泥稳定碎石微观均匀缺陷

水泥稳定碎石的搅拌均匀性差是长期存在行业共性难题。水泥稳定碎石的匀质性不稳定,特别是水泥与粉煤灰等粉料和细集料不能充分的均匀弥散和包裹粗骨料,经常出现粗骨料表面干燥露白现象,与细集料间很少粘结,在装卸、运输、摊铺过程中容易离析,形成半刚性基层的质量隐患。 现有连续式搅拌装置技术缺陷导致难以搅拌均匀,为保证使用强度,水泥用量普遍取高限值,导致水泥用量偏大,造成基层裂缝增多,影响使用寿命。 搅拌不均匀,导致局部混合料水泥含量偏小,抗载荷能力及水稳定性降低,路面通车后容易出现局部唧泥沉陷。


沥青混凝土微观均匀缺陷

沥青混凝土存在微观均匀缺陷,是因为小尺寸骨粒或粉粒、或小尺寸骨料和较小尺寸骨料彼此间接触,沥青膜包裹在它们外面形成的团粒(细骨料和粉料团);滴状沥青被矿料颗粒包围形成的团粒(沥青团);大尺寸矿物颗粒的缝隙和气孔中气体存在量大,沥青填充不充分,或者沥青膜的厚度较厚,颗粒分布不均匀,或者沥青与矿料间的粘结强度不够高。

这些会导致团粒间没有沥青粘结,使得沥青混凝土的强度和耐久性降低;降低强度同时,还增加沥青消耗;并且不易压实,加快后期破坏。现有搅拌技术的天生缺陷是导致沥青混凝土微观均匀缺陷的主要原因。传统搅拌机的搅拌运动方式主要有三种:周向运动、轴向运动、径向运动。这三种混合方式都不能让“粘结料团粒”充分弥散。传统搅拌机的技术存在搅拌装置速度梯度缺陷、搅拌低效率区域缺陷、搅拌装置的转速限制缺陷以及传统搅拌机的多材料适应性缺陷。 


振动搅拌耐久型水泥混凝土技术

振动搅拌使水泥水化充分,最大程度发挥水泥的作用,因此当水泥用量不变时,混凝土强度提高20%至35%;当混凝土设计强度不变时,可节约水泥10%至20%;同时,搅拌时间缩短了20%,节能约30%,能使搅拌质量及搅拌效率得以兼顾。

振动搅拌使混凝土的孔级配和孔分布明显改善,混凝土内部的孔隙向减小方向移动,大孔数量减少而小孔数目增加。实验表明振动搅拌在使混凝土含气量增加的同时,并不给混凝土内部带来大量的体积大的孔隙,增加的只是毛细孔隙和凝胶孔隙,因此不仅提高混凝土的耐久性,而且不会降低混凝土的强度。 普通搅拌试样和普通搅拌掺引气剂试样,其微观结构存在很多明显的裂隙等缺陷,掺引气剂的样本微观孔隙更多,结构更疏松;振动搅拌试样的微观结构为致密的网状结构,缺陷较少,丰富的水泥水化产物凝胶粘结水泥浆体成为连续的空间骨架结构。


振动搅拌耐久型水泥稳定碎石技术

振动搅拌技术是修好半刚性基层的关键技术之一。振动搅拌通用参数优于传统搅拌机,其独特功能是把粘结料细集料结团充分弥散。振动搅拌水泥稳定碎石混合料,由于细集料充分弥散,均匀粘附于骨料表面,骨料间位移摩阻力大幅减小,容易形成嵌挤架构,压实效率提升,减少了结构层上部骨料过度受压破碎,使结构层整体刚度强度性能得到保证。

水泥稳定碎石结构层底部的抗弯拉能力,是水泥稳定碎石结构层抗荷载疲劳能力形成的关键因素,振动搅拌水泥稳定碎石结构层,下半部及底部成型依然密实均匀,大大提升了抗弯拉性能,是增强路面耐久性的重要保证。


振动搅拌技术对节能减排的意义

2016年我国全国水泥产量为24亿吨。如果普及德通振动搅拌技术,可节约水泥2.4亿吨,折合人民币约72亿元,从节能减排角度估算,可节约燃煤2880万吨,减排1.3亿吨二氧化碳。沥青每年产量3200万吨,用振动搅拌可以节约480万吨,提高效率和抑制浪费就是节能减排,振动搅拌技术是我国节能减排现实可行的战略选择。德通振动搅拌技术,可以帮助“一带一路”发展战略中的各类基础设施寿命延长约30%以上;同时,建设成本节约1.5%以上。 ( 来源: 中国公路网 作者:图/文 本刊记者 冼巧凤 )

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