1．目的及意义

常规混凝土的设计是将水泥、砂和水等进行机械拌合后形成均匀混合料，再通过一定的外加振捣形成密实结构的混凝土。近年来混凝土的研究和应用都朝着高强和高工作性发展，粗骨料在混凝土中的用量越来越低，粗骨料之间呈现分散的、没有搭接或搭接嵌锁很少的空间分布。这样的混凝土在振捣过程中很容易产生离析、浮浆和泌水等问题，同时也带来了水泥的大量浪费。水泥是混凝土中对环境影响最大的一种组分，每生产一吨水泥，约排放一吨的CO₂，这是我国碳排放的主要来源。而随着混凝土产量的逐年增加，如何在保证混凝土性能的同时减少水泥用量将具有特别重要的意义。

当前，骨料嵌锁型混凝土的四类混凝土应用研究和技术推广还处于起步阶段，其国内外研究现状及发展如下：

（1）预置骨料混凝土在防波堤、大桥桥墩和修补工程等施工中得到了广泛应用。但存在早期强度较低，模板工程要求质量高的问题，容易造成漏浆，影响质量。

（2）碾压混凝土坝既具有混凝土体积小、强度高、防渗性能好、坝身可溢流等特点。但碾压混凝土层面结合处容易成为渗水的薄弱层面，混凝土运输与摊铺过程易产生骨料分离等。

（3）造壳混凝土适用于隧洞、地下厂房的喷混凝土衬砌或与锚杆支护联合用以加固洞室围岩。

（4）堆石混凝土技术施工工艺简单，综合单价低，水化温升小，易于现场质量控制，施工效率高，工期短。但堆石混凝土的应用局限在水库大坝的建设中，不具有推广性。

从以上分析可以看出,粗骨料嵌锁型混凝土具有常规混凝土所不具备的优势,但是仍然存在一些问题需要进一步解决，本研究以期弥补这方面研究的不足。

针对常规混凝土中浆体富余的现象及考虑到粗骨料在混凝土中的重要作用，研究采用Mini-Mason方法制备一种骨料嵌锁型混凝土，在混凝土浇筑或摊铺过程中,通过分层撒布的方式外加体积分数为一以成品混凝土体积为基准的集料,振捣密实,形成一种“粗骨料嵌锁型混凝土”，即抛填骨料混凝土。在混凝土泵送到位、浇筑前均匀抛入不同级配的粗骨料。粗骨料自身强度比砂浆强度高很多，在一定体积含量范围内能相应提高混凝土强度。沈卫国等人的研究试验中仅用 440 kg/m³ 胶凝材料即可制备出抗压强度为94 MPa的混凝土；利用 360 kg/m³ 水泥和 120 kg/m³ 粉煤灰就可制备82 MPa的粗骨料混凝土。也就是利用Mini-Mason工艺实现这个目的，在混凝土中填充一定体积的粗集料可以提高混凝土的许多性能，粗集料比水泥便宜很多，用粗集料替代混凝土可以降低混凝土的造价，同时由于水泥用量的降低，减少了混凝土工程对环境的影响。

本研究从Mini-Mason方法入手制造嵌锁型粗骨料混凝土，同时利用ANSYS建模分析混凝土断裂性能。设计出的混凝土既可以充分发挥粗骨料的强度骨架和机械嵌锁作用，又减少了混凝土的离析、浮浆和泌水等常见病害，明显降低了混凝土的收缩开裂风险。同时对提高水泥混凝土的工程质量，降低水泥混凝土造价，减少资源、能源消耗和环境污染都具有极其重要的意义。

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2. 研究的基本内容与方案

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2.1 基本内容

背景：常规混凝土中往往浆体过多，集料特别是粗集料不足，是一类“骨料悬浮型混凝土”，急需发挥粗集料的强度骨架作用。