肯尼亞內(nèi)羅畢ICD聯(lián)鎖塊混凝土性能研究

瞿東明, 劉 劍，夏京亮，鄔林宏，周永祥*，邵 權(quán)，賀 陽

(1. 中交第二公路工程局有限公司，西安 710065；2. 中國建筑科學(xué)研究院，北京 100013)

肯尼亞內(nèi)羅畢集裝箱內(nèi)陸港擴(kuò)建項(xiàng)目(ICD)是對(duì)既有集裝箱內(nèi)陸港進(jìn)行擴(kuò)建改造，堆場(chǎng)鋪面結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)聯(lián)鎖塊鋪面，這也是目前在港口、堆場(chǎng)上應(yīng)用較多的一種鋪面形式。其屬于路面磚體系的一種，面層按特定的方式鋪設(shè)高強(qiáng)度的混凝土預(yù)制塊，塊體之間的縫隙由砂填灌而成，塊體排列緊密，在外荷載作用下，塊體下相互連鎖擴(kuò)散荷載，而不是傳統(tǒng)的單獨(dú)受力方式，承載模式更加合理。此外，聯(lián)鎖塊鋪面不僅價(jià)格低廉，而且易于施工，還具有可重復(fù)使用、維修少抗滑和抗溫度變形性能好等優(yōu)點(diǎn)，在歐洲、美洲、日本等國家均得到廣泛使用[1]。但國內(nèi)目前對(duì)連鎖塊混凝土的抗壓強(qiáng)度和耐磨性能研究較少，更多的是從聯(lián)鎖塊混凝土配制，聯(lián)鎖塊鋪設(shè)施工角度研究[2-8]，這也制約了聯(lián)鎖塊的應(yīng)用。本文從水灰比、機(jī)制砂河砂比例、混合砂細(xì)度模數(shù)、混合砂石粉含量的角度，研究了聯(lián)鎖塊混凝土抗壓強(qiáng)度和耐磨性能。

1 試驗(yàn)材料與方法

圖1 細(xì)骨料級(jí)配Fig.1 Gradation of fine aggregate

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥：肯尼亞Bamburi水泥廠(拉法基控股)生產(chǎn)CEM Ι 52.5水泥，相當(dāng)于國標(biāo)P·Ⅱ 52.5，初凝160 min，終凝235 min，28 d抗折和抗壓強(qiáng)度分別為9.4 MPa、56.3 MPa。粗骨料：項(xiàng)目部生產(chǎn)5～10 mm碎石，響巖，表觀密度2 620 kg/m3。機(jī)制砂：項(xiàng)目部生產(chǎn)機(jī)制砂，石粉含量12.1%，MB值0.75，細(xì)度模數(shù)2.6，級(jí)配見圖1。河砂：肯尼亞當(dāng)?shù)睾由埃碛^密度2 650 kg/m3，堅(jiān)固性3.3%，含泥量2.4%，細(xì)度模數(shù)2.7，級(jí)配見圖1。

1.2 試驗(yàn)方法

表1 試驗(yàn)基準(zhǔn)配合比 Tab.1 Test mix ratio kg/m3

混凝土抗壓強(qiáng)度依據(jù)GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行試驗(yàn)，耐磨性能依據(jù)JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行試驗(yàn)，抗壓和耐磨試塊尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，每組3個(gè)試塊，測(cè)試齡期均為28 d。試驗(yàn)基準(zhǔn)配合比見表1。

2 結(jié)果與分析

圖2 水灰比對(duì)聯(lián)鎖塊性能的影響Fig.2 Effect of water cement ratio on performance of antithetical interlocking block

2.1 水灰比的影響

采用基準(zhǔn)配合比，固定水泥用量，通過用水量的變化調(diào)整水膠比，水灰比分別為0.26、0.28、0.30、0.32、0.34，相應(yīng)的用水量分別為143 kg/m3、154 kg/m3、165 kg/m3、176 kg/m3、187 kg/m3，研究水灰比對(duì)聯(lián)鎖塊混凝土性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖3 機(jī)制砂河砂混合比例對(duì)聯(lián)鎖塊 混凝土性能的影響Fig.3 Effect of mixing ratio of machine-made sand and river sand on performance of interlocking block concrete

由圖2的試驗(yàn)結(jié)果可知，聯(lián)鎖塊混凝土的抗壓強(qiáng)度和耐磨性能均與水灰比密切相關(guān)，隨著水膠比的增大，聯(lián)鎖塊混凝土抗壓強(qiáng)度顯著降低，混凝土單位面積磨耗量逐漸增大，主要原因?yàn)榛炷聊Y(jié)硬化過程中產(chǎn)生的空隙，而水灰比和用水量是決定混凝土孔隙率最直接的因素，用水量增多，水灰比增大，體系密實(shí)度降低，孔隙率增大，從而界面粘結(jié)減弱，耐磨性下降。

2.2 機(jī)制砂河砂混合比例

圖4 混合砂細(xì)度模數(shù)對(duì)聯(lián)鎖塊混凝土性能的影響Fig.4 Influence of fineness modulus of mixed sand on properties of interlocking block concrete

機(jī)制砂為項(xiàng)目部自己生產(chǎn)，而河砂由于肯尼亞環(huán)保方面的法律規(guī)定無法自采，只能通過外購，成本較高。因此，聯(lián)鎖塊混凝土配比考慮盡量多采用機(jī)制砂，機(jī)制砂通常還有一定量的石粉，可能會(huì)影響聯(lián)鎖塊混凝土的耐磨性能。研究采用基準(zhǔn)配合比，機(jī)制砂與河砂混合比例分別為10:0、6:4、5:5、4:6、0:10，試驗(yàn)機(jī)制砂與河砂混合比例對(duì)聯(lián)鎖塊混凝土性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。由圖3的試驗(yàn)結(jié)果可知，聯(lián)鎖塊混凝土抗壓強(qiáng)度與機(jī)制砂河砂混合比例相關(guān)性不大。抗壓強(qiáng)度最高的為機(jī)制砂河砂比例5:5組，為71.7 MPa；最低的為純機(jī)制砂組，其抗壓強(qiáng)度為66.1 MPa，相差5.6 MPa；五組聯(lián)鎖塊混凝土的單位面積磨耗值在0.88～1.2 kg/m2之間，磨耗值最低的為機(jī)制砂河砂比例6:4組。

2.3 混合砂細(xì)度模數(shù)的影響

保持機(jī)制砂與河砂混合比例6:4不變，將機(jī)制砂與河砂篩分后配制成細(xì)度模數(shù)分別為2.1、2.4、2.7、3.0、3.3的混合砂，采用基準(zhǔn)配合比，研究細(xì)度模數(shù)對(duì)聯(lián)鎖塊混凝土性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。由圖4的試驗(yàn)結(jié)果可知，混合砂細(xì)度模數(shù)對(duì)聯(lián)鎖塊混凝土的抗壓強(qiáng)度有一定影響。隨著細(xì)度模數(shù)的減小，抗壓強(qiáng)度有下降的趨勢(shì)。細(xì)度模數(shù)2.7以上時(shí)，下降趨勢(shì)比較明顯；細(xì)度模數(shù)2.7以下，下降趨于穩(wěn)定。細(xì)度模數(shù)3.3的混凝土抗壓強(qiáng)度比細(xì)度模數(shù)2.1高出5.8 MPa。

聯(lián)鎖塊混凝土的磨耗值隨著混合砂細(xì)度模數(shù)的減小逐漸增大，可能是因?yàn)榛炷恋哪湍バ耘c細(xì)骨料粒徑有關(guān)，粗的細(xì)骨料比細(xì)的細(xì)骨料耐磨，漿體作用粗的細(xì)骨料的握裹力大，磨損過程中相對(duì)不容易脫落。在界面黏結(jié)強(qiáng)度偏差不是很大的范圍內(nèi)，細(xì)度模數(shù)對(duì)混凝土耐磨性的影響起主導(dǎo)地位，細(xì)度模數(shù)越大，耐磨性越好[9]。

圖5 混合砂石粉含量對(duì)聯(lián)鎖塊混凝土性能的影響Fig.5 Influence of mixed sand powder content on performance of interlocking block concrete

2.4 混合砂石粉含量的影響

保持機(jī)制砂與河砂混合比例6:4不變，通過篩出機(jī)制砂中的石粉和將篩出的石粉加到混合砂中調(diào)整混合砂石粉含量分別為4%、7%、10%、13%、16%、19%，采用基準(zhǔn)配合比，研究石粉含量對(duì)聯(lián)鎖塊混凝土性的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。由圖5的試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著石粉含量的增大，聯(lián)鎖塊混凝土的抗壓強(qiáng)度呈先增大后減小趨勢(shì)，石粉含量10%時(shí)抗壓強(qiáng)度最大；同時(shí)隨著石粉含量的增加，聯(lián)鎖塊混凝土磨耗量增大，石粉含量小于13%時(shí)，磨耗量增大趨勢(shì)明顯，大于13%時(shí)磨耗量增大趨勢(shì)趨于穩(wěn)定。

3 結(jié)論

(1)聯(lián)鎖塊混凝土的抗壓強(qiáng)度和耐磨性能均與水灰比密切相關(guān)，隨著水膠比的增大，聯(lián)鎖塊混凝土抗壓強(qiáng)度顯著降低，混凝土單位面積磨耗量逐漸增大；

(2)聯(lián)鎖塊混凝土抗壓強(qiáng)度與機(jī)制砂河砂混合比例相關(guān)性不大；聯(lián)鎖塊混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著混合砂細(xì)度模數(shù)的減小，有下降的趨勢(shì)，磨耗值隨著混合砂細(xì)度模數(shù)的減小逐漸增大；

(3)隨著石粉含量的增大，聯(lián)鎖塊混凝土的抗壓強(qiáng)度呈先增大后減小趨勢(shì)，石粉含量10%時(shí)抗壓強(qiáng)度最大；隨著石粉含量的增大，聯(lián)鎖塊混凝土磨耗量增大。