機制干硬性混凝土聯鎖型護坡磚配合比設計

盛陳飛 汪 源 王 浩

(長江航道規劃設計研究院，湖北 武漢 430070)

機制干硬性混凝土聯鎖型護坡磚配合比設計

盛陳飛 汪 源 王 浩

(長江航道規劃設計研究院，湖北 武漢 430070)

針對航道整治工程中傳統護坡混凝土塊的缺點，提出了一種采用現代制作工藝生產的高強度機制干硬性混凝土聯鎖型護坡磚，分析了原材料及配合比的影響因素，闡述了配合比設計方法及生產工藝，通過工程實踐證明，該方法能夠有效保證護坡混凝土塊的外觀質量和強度并滿足工程要求。

高強度，機制，干硬性，配合比設計

堤壩混凝士塊護坡是利用預制混凝土塊作為護面層單元的一種鋪砌式斜坡保護結構。預制混凝土塊具有投入少、施工方便、成品美觀、尺寸準確等諸多優點，而且可以根據需求生產不同的幾何形狀、尺寸、密度和開孔方式，達到質量安全、經濟與環保要求統一，因此預制混凝土塊護坡在航道治理、河堤防護及路橋工程中廣泛采用。長江是中國水量最豐富的河流，水資源總量約占全國河流徑流總量的36%，在世界僅次于亞馬遜河和剛果河。“一二五”以來為了構建“兩型”社會，實現“暢通、高效、安全、綠色”的內河航運目標，國家對長江航道進行了大規模的整治投資。目前長江航道整治護岸工程中多采用人工現場預制或半機械化半人工生產的六方形塑性混凝土塊，其生產效率低，外觀質量及強度不穩定。長江中游荊江昌門溪—熊家洲段航道整治工程引用了廈門巨力發公司砌塊生產線，可從配料到振動擠壓成型、再到成品的傳送均由設定程序控制自動完成，自動化程度和生產效率高，塊體觀感優美。航道整治工程中對強度較低、對外觀質量要求不高的機制干硬性混凝土預制壓載塊的生產和配合比的設計曾做過試驗與研究，但對于強度高、外觀精致的機制干硬性聯鎖型護坡磚的配合比，目前研究尚少。鑒此，本文探討了高強度機制干硬性聯鎖型護坡磚混凝土配合比設計，工程實例驗證了該設計行之有效，可供借鑒。

1 配合比設計

機制干硬性混凝土聯鎖型護坡磚用水量低、無流動性，采用機械高頻振動和擠壓成型，水泥漿不能完全包裹表面骨料，亦無抹面工序，因此，配合比中單位用水量、水膠比、砂率與常規的塑性和干硬性配合比存在區別。通常機制干硬性混凝土聯鎖型護坡磚的配合比設計分為底層混合料設計和面層混合料設計。其中底層混合料的水膠比、單位用水量、骨料的粒徑和級配是該配合比設計的三個重要參數，將影響護坡磚的強度；面層混合料中水泥和黃砂的比例、黃砂的粒徑是保證護坡磚外觀質量的重要因素。

1.1 底層混合料

1)水膠比。機制干硬性混凝土拌合物滿足“捏緊成團、落地分散、振動擠壓后出漿”的生產工藝要求。航道整治工程中采用32.5級復合硅酸鹽水泥作為混凝土膠凝材料。在配制強度為C30時，水膠比宜控制在0.25～0.35。當水膠比小于0.25時，生產的塊體不密實且強度偏低；當水膠比超過0.35，則塊體不易脫模、外觀尺寸難以保證。試驗表明，雖然32.5級復合硅酸鹽水泥能夠生產C30的聯鎖型護坡磚，但由于膠凝材料用量過大，經濟成本增加，且塊體早期強度差，容易在轉運過程中出現缺棱掉角；當采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水膠比可增大至0.4，但超過0.4則混凝土塊脫模后胚體變形不能滿足外觀要求。試驗還發現，當采用純水泥作為膠凝材料時，水灰比宜控制在0.35～0.40；當膠凝材料中摻入部分粉煤灰時，可采用10%的等量替代或15%超量替代。

2)原材料。對于普通塑性混凝土，若要提高配置強度可以通過增加膠凝材料的用量和調節拌合物的用水量實現，但機制干硬性混凝土單位用水量較小，若單一增加膠凝材料用量，容易造成下料困難，塊體成型后容易產生裂縫，同時由于水膠比較小，塊體成型后，若前期養護工作不到位，水泥不能夠完全水化，一部分水泥成了填充料。因此，其所使用的原材料應滿足如下要求：a.膠凝材料。選用32.5或42.5級水泥，但考慮到護坡磚的耐久性和經濟性要求優先選用42.5級水泥，粉煤灰等級宜采用Ⅰ，Ⅱ級；b.骨料。因聯鎖型護坡磚拌合物的膠凝材料與骨料間的粘結力較差，故骨料平均粒徑不宜過小，且不宜使用卵石。對粗骨料，一般采用5 mm～16 mm的連續級配的碎石，試驗證明，良好的級配能夠最大限度地減少孔隙率，從而減少水泥漿的用量，降低成本。其次，針片狀含量對抗折強度的影響尤為顯著，生產過程中常出現的缺棱掉角現象就是抗折能力差引起的，最后是有害物質含量，我們常見有害物質主要是含泥量和泥塊含量超標，從而降低混凝土強度。對細骨料，混凝土拌合物中，水泥漿主要包裹在砂的表面，如果砂子的表面積越大，則需要包裹砂粒表面的水泥漿就越多。因此，一般說用粗砂拌制混凝土比用細砂所需的水泥漿更為節省，但是作為機制干硬性混凝土用砂的顆粒太粗，會導致塊體表面粗糙，影響觀感；若砂太細，會增加混凝土的干縮裂縫，塊體強度難以保證，同時增加水泥用量。通過試驗研究，砂的顆粒級配和粗細程度應同時考慮，當砂中粗顆粒較多時，應該適當增加中粒徑砂和少量的細砂，起到填充空隙和減小總表面，從而降低膠凝材料用量，同時還可以提高混凝土的密實性和強度。另外，砂中含泥量高，不僅影響混凝土的強度,而且影響耐久性。因此，含泥量應不大于3%，細度模數控制在2.3～2.8。砂率控制在55%～60%。配合比計算時分別采用50%，55%，60%的砂率進行試配，結果表明，當砂率大于60%時，成型的砌塊表面光潔度很好，但塊體重量和強度難以滿足設計要求；當砂率小于55%時，塊體表面粗糙，內部孔隙率較大，強度也無法達到設計要求。

3)單位用水量控制。拌合物的單位用水量如果選擇不當，將導致生產的砌體無法滿足要求。若用水量過大，塊體成型后厚度偏小，脫模后易產生變形；若用水量過小，則塊體不密實或厚度偏大，且塊體重量難以達到設計要求。試驗表明，單位用水量宜控制在132 kg/m3～145 kg/m3，根據原材料含水量來確定。

1.2 面層混合料

高強度機制干硬性聯鎖型護坡磚面層采用細骨料和水泥拌合進行二次布料。作為航道工程的一種新型的鋪砌材料，在滿足強度要求的同時，還應保證塊體面層的外觀質量。因此，面層混合料的配比就至關重要，既要保證設計要求，還需綜合考慮成本。試驗證明，細骨料細度模數宜控制在1.6～1.8。若砂細度模數偏小，塊體面層容易產生裂紋，而且會增加水泥用量，影響經濟性；若砂的細度模數偏大，塊體面層較為粗糙，影響美觀。水泥宜采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，與細骨料比例為1∶1.5～1∶1.8。

2 工程實用效果

長江中游昌門溪—熊家洲段航道整治工程護坡設計采用聯鎖型C30砌塊護坡，塊體長度500 mm，寬度300 mm，厚度100 mm，總工程量約12 000 m3，引進廈門巨力發公司全自動砌塊生產線生產，該設備具有計量準確、布料均勻、振動加壓密實、自動脫模的特點。通過現場對配合比的反復試配和調試，按照上述要求，成功解決了機制干硬性混凝土強度低和外觀差的問題，生產的聯鎖型護坡磚各項技術指標均滿足設計要求。

3 其他問題

機制干硬性混凝土配合比設計中還存在物理性能要求，與普通塑性混凝土相比有較多差異。1)早期強度低。由于機制高強度干硬性混凝土中膠凝材料用量大，而拌合用水量相對較低，硬化過程中水分不斷的散失，容易造成混凝土的水化反應過程缺水，導致水泥水化反應不充分，早期強度偏低。因此對于成型后的塊體的早期養護尤為關鍵。2)干密度。普通混凝土拌合物的粗骨料通常采用5 mm～31.5 mm粒級，拌合物的干密度2 350 kg/m3～2 450 kg/m3，而砌塊生產線生產工藝的特點決定了碎石粒徑最大不宜超過16.0 mm，拌合物的干密度僅2 350 kg/m3。通常，航道工程中塊體兼顧壓載等其他作用，對塊體的重量有嚴格指標要求，必須尋求密度更大的骨料，在經濟指標要求許可的前提下可以采用摻入石屑、鋼碴等來提高密度。

4 結語

1)“十一五”以來，國家對長江航道運輸越來越重視，隨著對黃金水道的大力開發和發展，每年都有許多新建工程開工，同時也在加強對已建工程的維護和改造，航道工程對護坡質量要求越來越高，高強度機制干硬性混凝土聯鎖護坡磚作為一種新型護坡形式優點突出，未來應用前景廣泛。2)高強度機制干硬性混凝土聯鎖護坡磚的配合比設計與普通混凝土配合比設計相比有顯著差異，生產過程中應根據原材料的實際情況通過試驗確定各個材料的比例關系。本文探討該混凝土拌合物的配合比設計方案，并對原材料進行了分析，提出了要求，通過以上手段，可有效保證聯鎖護坡磚的外觀和強度，滿足工程要求，可供借鑒。

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[4] 長江航道整治工程軟體排混凝土壓載塊質量檢驗標準(試行)[Z].2011.

Mixingproportiondesignofslope-protectingbrickwithmechanismharshconcreteinterlockingstyle

SHENGChen-feiWANGYuanWANGHao

(ChangjiangAcademyofAirlinePlanningDesign,Wuhan430070,China)

In light of traditional slope-protecting concrete masonry defects in airline governess engineering, the paper puts forward modern high-strength mechanism harsh concrete interlocking slope-protecting concrete masonry, analyzes raw material and mixing proportion influencing factors, and describes mixing proportion design methods and producing technology. Engineering practice proves that: the method can effectively guarantee slope-protecting concrete masonry appearance quality and strength and meet engineering demands.

high strength, mechanism, harsh, mixing proportion design

1009-6825(2014)33-0109-02

2014-09-19

盛陳飛(1982- )，男，工程師； 汪 源(1982- )，女，助理工程師； 王 浩(1986- )，男，助理工程師

TU528

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