防撞護層C80鐵鋼砂混凝土配合比設計研究

田大萍，王博，曹松柏

（中交一航局第四工程有限公司航保分公司，天津 塘沽 300451）

防撞護層C80鐵鋼砂混凝土配合比設計研究

田大萍，王博，曹松柏

（中交一航局第四工程有限公司航保分公司，天津 塘沽 300451）

橋梁防撞護層對混凝土要求較高，具有強度高、耐沖磨、抗侵蝕等特點。根據工程設計要求，從混凝土原材料的選擇、配合比的設計思路、高強混凝土的特點等方面為切入點，采用鐵鋼石及鐵鋼砂取代普通混凝土所用的常規骨料，通過摻加一定比例的硅灰，優化了鐵鋼砂混凝土配合比，滿足工程設計要求的各項性能，并重點總結了鐵鋼砂混凝土原材料特點及混凝土配合比設計要點。

鐵鋼砂混凝土；高強度；耐沖磨；抗侵蝕

1 工程概況

濱海新區重點基礎設施工程——海濱大道是天津市的沿海高速公路、濱海新區南北交通主干線，也是天津港貨物運輸的集疏港通道。在濱海新區內，海濱大道將漢沽、塘沽、開發區、大港串聯起來。大橋多是海濱大道的特點之一，全程有 80% 路段為高架橋，其中有 10 余座特大橋。集疏港二、三線立交至蟶頭沽村之間跨海大橋建成后長度約 9 公里，將成為我國北方最長的跨海大橋。

隨著經濟發展，運輸業的繁榮，船舶撞擊橋梁事故也屢見報端，橋梁防撞護層在安全方面的重要性也就不言而喻了。

2 混凝土技術要求

該工程大部分處于現狀海擋以外的沿海灘地之中。設計使用年限為 100 年。根據所處環境條件和作用等級，同時考慮抗凍耐久性，設計文件要求混凝土的配合比應滿足以下參數要求，見表1。由于該部位混凝土用量小、厚度薄，澆筑施工困難，設計要求鐵鋼砂混凝土坍落度 (200±20)mm，流動性好，澆筑時采用象泵施工。

3 原材料

3.1 水泥

水泥為天津振興水泥廠生產的 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，具體性能指標見表示 2。

表1 混凝土技術要求

表2 水泥性能指標

3.2 細集料

細集料采用安徽蕪湖產優質鐵鋼砂，依據 JTGE42—2005《公路工程案例試驗規程》、CECS48∶93《砂、石堿活性快速試驗》 標準檢驗，屬于 Ⅱ 區 Ⅰ 類中砂，其它性能指標見表3。

鐵鋼砂特點：如圖1 所示，外觀呈暗紅色，粗顆粒較多。由于鐵鋼石硬度較天然石子更強，破碎難度也隨之增大，鐵鋼砂細度模數普遍偏大，且較大顆粒形狀尖棱突出。

圖1 鐵鋼砂

表3 鐵鋼砂性能指標

3.3 粗集料

粗集料采用安徽蕪湖產優質鐵鋼石，外觀如圖2，性能見表3。

圖2 鐵鋼石

鐵鋼石特點：鐵鋼石著色呈灰紅色，與天然石子相比，除密度較大外，外觀也有明顯區別，其顆粒形狀類似針片形狀較多，且尖棱突出。鐵鋼石的外觀形狀導致其空隙率較大，試拌的混凝土砂率也會相應提高。

表3 石子性能指標

3.4 礦粉

礦粉采用 S95 河北唐山產?；郀t礦渣粉，依據GB/T18046—2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》 標準，其性能指標見表4。

表4 S95 礦粉性能指標

3.5 硅灰

山東三美產硅灰，比表面積 15000m2/kg，SiO2含量為92.12%。

3.6 外加劑

減水劑：廣州富斯樂有限公司生產的緩凝高效減水劑Structuro300D1，依據 GB8076—1997 標準，其性能指標見表5。

表5 富斯樂 (structuro300D1) 外加劑性能指標

防腐阻銹劑：天津市鑫永強混凝土外加劑有限公司生產的 TM30 型防腐阻銹劑。依據 Q/12XJ4842—2006 標準，其性能指標見表6。

表6 防腐阻銹劑 (TM30) 性能指標

4 主要試驗儀器設備

本次混凝土性能試驗使用的主要儀器設備見表7。

表7 主要儀器設備列表

5 混凝土配合比設計及確定

5.1 混凝土配合比設計思路

根據該部位所處環境及設計技術要求，混凝土配合比設計思路如下：（1）綜合考慮耐久性、強度、工作性能，絕不能片面強調個別指標。（2）按耐久性→強度→工作性能的優先次序確定配合比。（3）抗凍性能思路： C80 鐵鋼砂混凝土強度較高，若按常規抗凍混凝土設計思路摻入部分引氣劑，勢必會影響混凝土強度，因此采用摻膠材 5%～10% 的硅灰，提高混凝土密實度，阻止水進入混凝土內部[1]。

5.2 配合比的試拌及確定

通過混凝土的初步設計及試拌，鐵鋼砂 C80 混凝土與常規高強混凝土配合比主要區別在于：（1）石子粒徑不同，常規高強混凝土粗骨料粒徑一般選用 5～20mm 的連續級配骨料，而鐵鋼石選材面較窄，多集中在 25mm，甚至5～31.5mm，較常規高強混凝土用粗骨料偏大；（2）粒形不同，常規粗骨料粒形偏圓，而鐵鋼石則偏針片狀多一些，從而導致相同質量的粗骨料，鐵鋼石比表面積較大，單方混凝土用水量也會有所增加；（3）前兩點的差異，導致了鐵鋼石空隙率較大，從而砂率也隨之增加；（4）鐵鋼石密度較大，從而單方混凝土容重也明顯比常規混凝土要大。

調整方向：根據所選材料的特點，即鐵鋼砂偏粗，鐵鋼石比表面積較大，在提高砂率的同時，混凝土的漿體也要比常規混凝土富余才能保證混凝土的泵送及施工性能。

因Ⅰ級粉煤灰質量不易保證，最終設計配合比時，摻合料優先考慮礦粉及硅灰的組合。

經過多次試拌及調整，最終確定鐵鋼砂混凝土配合比如表8 所示。

5.3 鐵鋼砂混凝土拌合物性能

鐵鋼砂混凝土拌合物和易性及包裹性良好，各項性能均能滿足泵送及施工需要，具體指標見表9。

表8 鐵鋼砂混凝土最終配合比

表9 鐵鋼砂混凝土拌合物性能

鐵鋼砂混凝土拌合物性能較好，膠材用量滿足了混凝土對漿體的需要，出機坍落度及擴展度滿足泵送施工要求，0.27的水膠比及硅灰的取代使用雖增加了混凝土的粘度，但放置1h 后，混凝土并無明顯分層或粗骨料下沉，保證了大密度骨料混凝土的均勻性。采用該配合比試拌的鐵鋼砂混凝土室內放置 1h 后，隨機盛放在一瓶子內，未進行任何插搗，從圖3可以看到鐵鋼砂混凝土外觀呈灰紅色，填充效果較好，完美呈現瓶子格子造型，除外部有幾個氣泡外，已接近自密實混凝土澆筑效果。

圖3 鐵鋼砂混凝土澆筑品

5.4 鐵鋼砂混凝土力學及耐久性能

由表10 鐵鋼砂混凝土力學及耐久性能試驗結果看，鐵鋼砂混凝 28d 強度達到設計強度強度的 130%，但根據高強混凝土離散性大的特點[2]，生產施工時應嚴格控制混凝土質量。混凝土抗滲性能良好，即使未添加膨脹劑，由于水膠比及硅灰的作用，抗滲性能可達 P12 要求。氯離子擴散及抗凍融也能滿足技術要求，這為不添加引氣劑的混凝土找到一條新的思路。

表10 C80 鐵鋼砂混凝土力學及耐久性能

6 結論

（1）針對特殊要求的混凝土時，設計思路要突破常規，根據技術要求，充分利用特殊材料的特點，滿足各項性能要求；（2）鐵鋼砂高強混凝土，采用了減水率較高且保坍效果好的聚羧酸外加劑，施工及耐久性能得到保證；（3）鐵鋼砂混凝土砂率較常規混凝土有區別，設計時應適當提高砂率來保證混凝土和易性；（4）抗凍融混凝土在不添加引氣劑的情況下，通過摻入硅灰，減小水膠比，提高混凝土密室度，也能達到抗凍融要求。

本次試驗的重大收獲是混凝土配合比設計的思路要開闊，不要拘泥于常規，根據特殊材料的特點，合理搭配各種材料比例，在優化配合比的同時，也能滿足設計所要求的混凝土各項性能。

[1] 包立志，戴會生，王博，等．高性能混凝土在海濱大道中的應用．21世紀建筑材料，2010,3：62-66.

[2] 戴會生，王博，田大萍，等．高強混凝土配合比設計及試驗研究，山東建材，2008,1：13-16.

[3] 馮乃謙．高性能混凝土結構[M]．北京：機械工業出版社，2004 ．

[4] JGJ55－2000，普通混凝土配合比設計規程 [S]．

［通訊地址］天津市塘沽區中交一航局第四工程有限公司航保公司（300451）

Study on mix design of anti-collision protective layer C80 steel sand concrete

Tian Daping,Wang Bo,Cao Songbai
(NO.4 Engineering Company Ltd. of CCCC First Harbor Engineering Company Ltd., Tianjin Tanggu 300451)

Bridge anti-collision protection layer, with high strength, abrasion resistance, and anti-corrosion characteristics, has a higher requirement of concrete. According to the project design requirements, this paper utilized the concept of selecting concreteraw materials, proportional design ideas, and high strength concrete as the starting point.Steel stone andsteel sand were used as conventional aggregate to replace common concrete. By mixing a certain proportion of silica fume, the steel sand concrete proportion was optimized, and every performance index met the requirement of engineering design. The characteristics of raw materials and the design essentials of mix proportion of steel and sand concrete were mainly summarized.

steel sand concrete; high strength; abrasion resistance; anti-corrosion

田大萍（1978—），女，工程師，從事水利水電與港航工程，現為中交一航局第四工程有限公司航保公司試驗員。