機制砂在北方海港抗凍混凝土中的應用

婁漢柱，王向宇，魏文強

（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1號船塢改造項目位于大連經濟技術開發區大孤山半島西南部大孤山灣內，原規劃為修船廠，已經建成投產。為更好滿足工廠的生產需求，對1號船塢進行加深改造。本工程為典型北方水運工程，所需大部分混凝土處在浪濺區，對混凝土的工作性能及耐久性能要求較高[1]。然而在大連地區及周邊地區很難找到各項指標均符合要求的河砂，并且河砂價格不菲，產源不固定，質量不穩定，難以滿足本工程大規模使用需要。故本工程采用機制砂代替河砂進行混凝土配制。

機制砂與天然河砂相比，具有產源豐富、顆粒堅固、日產量高、價格低等優點。機制砂級配可根據實際需要進行調整、基本屬于Ⅱ區的中粗砂范圍；但以往機制砂與河砂的對比試驗中，機制砂配制的混凝土的強度及耐久性未得到驗證，同時施工中極易產生離析泌水現象，因此機制砂一直未大規模應用到北方海港抗凍混凝土中。針對上述特點，利用機制砂與河砂分別配制設計強度C35F300P6混凝土，對比其工作性能、物理力學性能、耐久性能進行試驗研究，并通過嚴格規范的施工過程控制，證明機制砂可完全代替河砂應用到大洋廠區1號船塢改造項目的混凝土中。

1 機制砂混凝土配合比設計

1.1 原材料的各項性能指標

1）細骨料

試驗用細骨料分為兩種，一種為機制砂，一種為普蘭店機場附近的天然河砂，試驗數據和級配情況如表1和圖1所示。試驗方法及結果均符合JGJ 52—2006《普通混凝土用砂石質量標準及檢驗方法》[2]要求。

表1 細骨料試驗數據Table 1 Test data of fine aggregate

圖1 細骨料級配曲線Fig.1 Fine aggregate gradation curve

2）粗骨料

試驗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。試驗方法及結果均符合《普通混凝土用砂石質量標準及檢驗方法》要求。

3） 水泥

試驗用水泥為大連水泥集團有限公司生產的海鷗牌普通硅酸鹽水泥42.5級，其各項試驗結果均符合GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》的技術標準。

4）粉煤灰

試驗用粉煤灰為大連中科贏歌環保材料研究院股份有限公司生產的II級粉煤灰。其各項試驗結果均符合GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的Ⅱ級粉煤灰標準要求。

5）減水劑

試驗用減水劑為HTY-1型聚羧酸高性能減水劑。其各項試驗結果均符合GB 8076—2008《混凝土外加劑規范》要求。

1.2 試驗用混凝土配合比設計

配合比設計的基本原則[3]：

1）滿足工作性的前提下，選用最小用水量。

2）滿足強度、耐久性及其它要求的前提下，選用最合適的水膠比。

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

通過一系列的試驗，選擇0.39為最佳水膠比，能夠保證混凝土28 d抗壓強度符合要求；機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，無泌水及離析現象。確定最終試驗用配合比如表2所示。

表2 對比試驗用配合比Table 2 Mix ratio for comparison test

2 機制砂混凝土的性能試驗及分析

2.1 拌合物工作性

通過試拌表2中試驗配合比，發現機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、坍落度和搗實難易程度上基本相同，均無泌水、離析等現象。2 h的坍落度損失及含氣量損失情況如表3，均能滿足混凝土運距時間1.5 h、到達現場后其工作性能符合施工設計要求[4]。

表3 試拌混凝土的坍落度、含氣量在出機及2 h后的數據對比結果Table 3 Comparison results of the slump and air content of trial mixing concrete between the output and 2 h later

2.2 物理力學性能試驗分析

分別用機制砂和河砂按照表2的配合比成型150 mm×150 mm×150 mm的立方體試塊，每個配合比成型6組。分別放在4月份的室外（6～25℃），模擬施工現場的養護方法與頻率和（20±2）℃標準養護室養護。具體強度情況如表4所示。

表4 各齡期強度結果Table 4 Strength results at various agesMPa

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

2.3 耐久性能試驗分析

1）抗氯離子滲透性能

根據JTS 202-2—2011《水運工程混凝土質量控制標準》[7]及JTT 275—2000《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》對海港工程浪濺區混凝土的要求，其抗氯離子滲透性指標不應大于2 000 C。對表2中的C35F300P6配合比成型直徑95 mm、厚度51 mm的試塊各3組，檢測其電通量。試驗結果表明機制砂混凝土的抗氯離子滲透性能要好于河砂混凝土?；炷?8 d抗氯離子滲透性能試驗數據如圖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 重量損失率試驗數據Fig.3 Weight loss rate test data

圖4 相對動彈性模量試驗數據Fig.4 Experimental data of relative dynamic elasticmodulus

3）實際施工所表現出的工作性

采用機制砂配制塢墻混凝土施工前，拌合站進行計量校核，校核合格后按照配合比進行稱量，保證稱量誤差符合JTS 202—2011《水運工程混凝土施工規范》的要求，攪拌時間為90 s，攪拌完畢對其出機坍落度和含氣量進行試驗，分別為210 mm和8%，1.5 h后罐車到達施工現場，澆筑之前，試驗員進行取樣，測其坍落度和含氣量，分別為190 mm和6.5%，成型同條件抗壓試塊?，F場泵送距離最遠達40 m，該混凝土的可泵性良好，泵送到指定位置時其和易性依然良好?，F場回彈14 d、28 d實體強度，以及同條件試塊抗壓強度均與設計配合比時的試驗強度相符。這表明機制砂混凝土具備與河砂相同的可泵性，且泵送后狀態穩定。

同時機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：1）機制砂在生產過程中經過除土環節其含泥量幾乎為0%，而其所含的石粉含量在7%～10%時，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性[8]。2）機制砂由石灰巖破碎篩分除土處理后生產出來，其成分多由質地堅硬、表面比河砂粗糙的顆粒組成，機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較大，這能夠保證其與膠凝材料很好的黏結，增加了混凝土的黏聚性。3）機制砂中石粉可以與水泥中的C3A和C4AF發生反應，生成水化碳鋁酸鈣，而碳鋁酸鈣可以與其他水化產物相互搭接，使水泥石結構更加密實，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 結語

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

2）根據目前的市場行情，相同運距情況下，機制砂價格至少低于河砂價格的20%，隨著河砂資源的枯竭及機制砂制作工藝的不斷成熟，此價差將進一步擴大，選用機制砂進行配制混凝土，產生的經濟效益還是非?？捎^的。

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