機(jī)制砂在北方海港抗凍混凝土中的應(yīng)用

婁漢柱，王向宇，魏文強(qiáng)

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116083）

0 引言

大洋廠區(qū)1號(hào)船塢改造項(xiàng)目位于大連經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)大孤山半島西南部大孤山灣內(nèi)，原規(guī)劃為修船廠，已經(jīng)建成投產(chǎn)。為更好滿足工廠的生產(chǎn)需求，對(duì)1號(hào)船塢進(jìn)行加深改造。本工程為典型北方水運(yùn)工程，所需大部分混凝土處在浪濺區(qū)，對(duì)混凝土的工作性能及耐久性能要求較高[1]。然而在大連地區(qū)及周邊地區(qū)很難找到各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求的河砂，并且河砂價(jià)格不菲，產(chǎn)源不固定，質(zhì)量不穩(wěn)定，難以滿足本工程大規(guī)模使用需要。故本工程采用機(jī)制砂代替河砂進(jìn)行混凝土配制。

機(jī)制砂與天然河砂相比，具有產(chǎn)源豐富、顆粒堅(jiān)固、日產(chǎn)量高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)制砂級(jí)配可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整、基本屬于Ⅱ區(qū)的中粗砂范圍；但以往機(jī)制砂與河砂的對(duì)比試驗(yàn)中，機(jī)制砂配制的混凝土的強(qiáng)度及耐久性未得到驗(yàn)證，同時(shí)施工中極易產(chǎn)生離析泌水現(xiàn)象，因此機(jī)制砂一直未大規(guī)模應(yīng)用到北方海港抗凍混凝土中。針對(duì)上述特點(diǎn)，利用機(jī)制砂與河砂分別配制設(shè)計(jì)強(qiáng)度C35F300P6混凝土，對(duì)比其工作性能、物理力學(xué)性能、耐久性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，并通過(guò)嚴(yán)格規(guī)范的施工過(guò)程控制，證明機(jī)制砂可完全代替河砂應(yīng)用到大洋廠區(qū)1號(hào)船塢改造項(xiàng)目的混凝土中。

1 機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)

1）細(xì)骨料

試驗(yàn)用細(xì)骨料分為兩種，一種為機(jī)制砂，一種為普蘭店機(jī)場(chǎng)附近的天然河砂，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和級(jí)配情況如表1和圖1所示。試驗(yàn)方法及結(jié)果均符合JGJ 52—2006《普通混凝土用砂石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》[2]要求。

表1 細(xì)骨料試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 1 Test data of fine aggregate

圖1 細(xì)骨料級(jí)配曲線Fig.1 Fine aggregate gradation curve

2）粗骨料

試驗(yàn)用粗骨料采自七頂山石礦，粒徑為5～25 mm，屬水成巖石灰石碎石。試驗(yàn)方法及結(jié)果均符合《普通混凝土用砂石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》要求。

3） 水泥

試驗(yàn)用水泥為大連水泥集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的海鷗牌普通硅酸鹽水泥42.5級(jí)，其各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均符合GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

4）粉煤灰

試驗(yàn)用粉煤灰為大連中科贏歌環(huán)保材料研究院股份有限公司生產(chǎn)的II級(jí)粉煤灰。其各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均符合GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的Ⅱ級(jí)粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)要求。

5）減水劑

試驗(yàn)用減水劑為HTY-1型聚羧酸高性能減水劑。其各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均符合GB 8076—2008《混凝土外加劑規(guī)范》要求。

1.2 試驗(yàn)用混凝土配合比設(shè)計(jì)

配合比設(shè)計(jì)的基本原則[3]：

1）滿足工作性的前提下，選用最小用水量。

2）滿足強(qiáng)度、耐久性及其它要求的前提下，選用最合適的水膠比。

在嚴(yán)父慈母的教導(dǎo)下成長(zhǎng)起來(lái)的張倫，貌似粗狂卻內(nèi)心細(xì)膩非常，很重視家人、家庭。有段時(shí)間，張倫在收售彝族刺繡作品，收來(lái)了他外婆給三表姐縫制的背被，外婆的一針一線、表姐的嬰兒時(shí)光，讓這張背被有了不同的意義?！拔遗笥炎稣褂[，喜歡上面古樸的圖樣，表示要買(mǎi)。我和他說(shuō)這一塊可以拿去展覽，但我不賣(mài)。”那就借吧，朋友借去，帶到英國(guó)展覽。一年半后，仍舍不得歸還?！拔掖吡撕脦状?，怕他不還給我?！边@個(gè)背被作為家庭親情的象征物，已被這對(duì)新婚夫妻收藏。

3）保證混凝土拌合物具有良好的黏聚性并達(dá)到要求的工作性時(shí)，用水量最小的砂率。

通過(guò)一系列的試驗(yàn)，選擇0.39為最佳水膠比，能夠保證混凝土28 d抗壓強(qiáng)度符合要求；機(jī)制砂和河砂分別選擇45%和42%的砂率，能保證混凝土的和易性良好，無(wú)泌水及離析現(xiàn)象。確定最終試驗(yàn)用配合比如表2所示。

表2 對(duì)比試驗(yàn)用配合比Table 2 Mix ratio for comparison test

2 機(jī)制砂混凝土的性能試驗(yàn)及分析

2.1 拌合物工作性

通過(guò)試拌表2中試驗(yàn)配合比，發(fā)現(xiàn)機(jī)制砂混凝土的和易性與河砂混凝土相差不大，在保水性、黏聚性、坍落度和搗實(shí)難易程度上基本相同，均無(wú)泌水、離析等現(xiàn)象。2 h的坍落度損失及含氣量損失情況如表3，均能滿足混凝土運(yùn)距時(shí)間1.5 h、到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后其工作性能符合施工設(shè)計(jì)要求[4]。

表3 試拌混凝土的坍落度、含氣量在出機(jī)及2 h后的數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果Table 3 Comparison results of the slump and air content of trial mixing concrete between the output and 2 h later

2.2 物理力學(xué)性能試驗(yàn)分析

分別用機(jī)制砂和河砂按照表2的配合比成型150 mm×150 mm×150 mm的立方體試塊，每個(gè)配合比成型6組。分別放在4月份的室外（6～25℃），模擬施工現(xiàn)場(chǎng)的養(yǎng)護(hù)方法與頻率和（20±2）℃標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)。具體強(qiáng)度情況如表4所示。

表4 各齡期強(qiáng)度結(jié)果Table 4 Strength results at various agesMPa

從表4中可以看出相同強(qiáng)度等級(jí)、相同水膠比的機(jī)制砂混凝土試塊在3 d、7 d、28 d室外養(yǎng)護(hù)和標(biāo)養(yǎng)的強(qiáng)度均高于河砂混凝土。主要原因在于機(jī)制砂的母材為石灰?guī)r，具有較高的強(qiáng)度和堅(jiān)固性[5]；機(jī)制砂中的石粉含量符合要求時(shí)其粒徑多在0.016～0.075 mm之間，可以起到微集料效應(yīng)[6]，能夠有效填補(bǔ)混凝土中膠凝材料與骨料之間的空隙，使混凝土更密實(shí)，需水量更少。

2.3 耐久性能試驗(yàn)分析

1）抗氯離子滲透性能

根據(jù)JTS 202-2—2011《水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》[7]及JTT 275—2000《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》對(duì)海港工程浪濺區(qū)混凝土的要求，其抗氯離子滲透性指標(biāo)不應(yīng)大于2 000 C。對(duì)表2中的C35F300P6配合比成型直徑95 mm、厚度51 mm的試塊各3組，檢測(cè)其電通量。試驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)制砂混凝土的抗氯離子滲透性能要好于河砂混凝土。混凝土28 d抗氯離子滲透性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 混凝土28 d抗氯離子滲透性能Fig.2 Chloride penetration resistance of concrete for 28 d

2）抗凍性能

圖3 重量損失率試驗(yàn)數(shù)據(jù)Fig.3 Weight loss rate test data

圖4 相對(duì)動(dòng)彈性模量試驗(yàn)數(shù)據(jù)Fig.4 Experimental data of relative dynamic elasticmodulus

3）實(shí)際施工所表現(xiàn)出的工作性

采用機(jī)制砂配制塢墻混凝土施工前，拌合站進(jìn)行計(jì)量校核，校核合格后按照配合比進(jìn)行稱量，保證稱量誤差符合JTS 202—2011《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》的要求，攪拌時(shí)間為90 s，攪拌完畢對(duì)其出機(jī)坍落度和含氣量進(jìn)行試驗(yàn)，分別為210 mm和8%，1.5 h后罐車到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)，澆筑之前，試驗(yàn)員進(jìn)行取樣，測(cè)其坍落度和含氣量，分別為190 mm和6.5%，成型同條件抗壓試塊。現(xiàn)場(chǎng)泵送距離最遠(yuǎn)達(dá)40 m，該混凝土的可泵性良好，泵送到指定位置時(shí)其和易性依然良好?，F(xiàn)場(chǎng)回彈14 d、28 d實(shí)體強(qiáng)度，以及同條件試塊抗壓強(qiáng)度均與設(shè)計(jì)配合比時(shí)的試驗(yàn)強(qiáng)度相符。這表明機(jī)制砂混凝土具備與河砂相同的可泵性，且泵送后狀態(tài)穩(wěn)定。

同時(shí)機(jī)制砂混凝土具備更好的抗氯離子滲透性能和抗凍性能，主要原因有以下幾點(diǎn)：1）機(jī)制砂在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)過(guò)除土環(huán)節(jié)其含泥量幾乎為0%，而其所含的石粉含量在7%～10%時(shí)，大大豐富了混凝土的漿量，使硬化后的混凝土中的空隙減少，提高了混凝土的密實(shí)性[8]。2）機(jī)制砂由石灰?guī)r破碎篩分除土處理后生產(chǎn)出來(lái)，其成分多由質(zhì)地堅(jiān)硬、表面比河砂粗糙的顆粒組成，機(jī)制砂不同粒徑的顆粒與粗骨料及膠凝材料之間的摩擦系數(shù)較大，這能夠保證其與膠凝材料很好的黏結(jié)，增加了混凝土的黏聚性。3）機(jī)制砂中石粉可以與水泥中的C3A和C4AF發(fā)生反應(yīng)，生成水化碳鋁酸鈣，而碳鋁酸鈣可以與其他水化產(chǎn)物相互搭接，使水泥石結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，從而提高了混凝土的抗氯離子滲透性能和良好的抗凍性能。

3 結(jié)語(yǔ)

1）采用機(jī)制砂配制的混凝土完全可以代替河砂運(yùn)用在運(yùn)距長(zhǎng)、施工條件復(fù)雜的北方海港抗凍混凝土工程中。

2）根據(jù)目前的市場(chǎng)行情，相同運(yùn)距情況下，機(jī)制砂價(jià)格至少低于河砂價(jià)格的20%，隨著河砂資源的枯竭及機(jī)制砂制作工藝的不斷成熟，此價(jià)差將進(jìn)一步擴(kuò)大，選用機(jī)制砂進(jìn)行配制混凝土，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益還是非?？捎^的。

3）C35F300P6機(jī)制砂混凝土相比河砂混凝土其力學(xué)性能，抗氯離子滲透性能及抗凍性能更優(yōu)。