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(hù)層C80鐵鋼砂混凝土配合比設(shè)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(hù)層對混凝土要求較高，具有強(qiáng)度高、耐沖磨、抗侵蝕等特點。根據(jù)工程設(shè)計要求，從混凝土原材料的選擇、配合比的設(shè)計思路、高強(qiáng)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(guī)骨料，通過摻加一定比例的硅灰，優(yōu)化了鐵鋼砂混凝土配合比，滿足工程設(shè)計要求的各項性能，并重點總結(jié)了鐵鋼砂混凝土原材料特點及混凝土配合比設(shè)計要點。

鐵鋼砂混凝土；高強(qiáng)度；耐沖磨；抗侵蝕

1 工程概況

濱海新區(qū)重點基礎(chǔ)設(shè)施工程——海濱大道是天津市的沿海高速公路、濱海新區(qū)南北交通主干線，也是天津港貨物運輸?shù)募韪弁ǖ?。在濱海新區(qū)內(nèi)，海濱大道將漢沽、塘沽、開發(fā)區(qū)、大港串聯(lián)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(jīng)濟(jì)發(fā)展，運輸業(yè)的繁榮，船舶撞擊橋梁事故也屢見報端，橋梁防撞護(hù)層在安全方面的重要性也就不言而喻了。

2 混凝土技術(shù)要求

該工程大部分處于現(xiàn)狀海擋以外的沿海灘地之中。設(shè)計使用年限為 100 年。根據(jù)所處環(huán)境條件和作用等級，同時考慮抗凍耐久性，設(shè)計文件要求混凝土的配合比應(yīng)滿足以下參數(shù)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(shè)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(chǎn)的 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，具體性能指標(biāo)見表示 2。

表1 混凝土技術(shù)要求

表2 水泥性能指標(biāo)

3.2 細(xì)集料

細(xì)集料采用安徽蕪湖產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鐵鋼砂，依據(jù) JTGE42—2005《公路工程案例試驗規(guī)程》、CECS48∶93《砂、石堿活性快速試驗》 標(biāo)準(zhǔn)檢驗，屬于 Ⅱ 區(qū) Ⅰ 類中砂，其它性能指標(biāo)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(qiáng)，破碎難度也隨之增大，鐵鋼砂細(xì)度模數(shù)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(biāo)

3.3 粗集料

粗集料采用安徽蕪湖產(chǎn)優(yōu)質(zhì)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(qū)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(dǎo)致其空隙率較大，試拌的混凝土砂率也會相應(yīng)提高。

表3 石子性能指標(biāo)

3.4 礦粉

礦粉采用 S95 河北唐山產(chǎn)粒化高爐礦渣粉，依據(jù)GB/T18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》 標(biāo)準(zhǔn)，其性能指標(biāo)見表4。

表4 S95 礦粉性能指標(biāo)

3.5 硅灰

山東三美產(chǎn)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(chǎn)的緩凝高效減水劑Structuro300D1，依據(jù) GB8076—1997 標(biāo)準(zhǔn)，其性能指標(biāo)見表5。

表5 富斯樂 (structuro300D1) 外加劑性能指標(biāo)

防腐阻銹劑：天津市鑫永強(qiáng)混凝土外加劑有限公司生產(chǎn)的 TM30 型防腐阻銹劑。依據(jù) Q/12XJ4842—2006 標(biāo)準(zhǔn)，其性能指標(biāo)見表6。

表6 防腐阻銹劑 (TM30) 性能指標(biāo)

4 主要試驗儀器設(shè)備

本次混凝土性能試驗使用的主要儀器設(shè)備見表7。

表7 主要儀器設(shè)備列表

5 混凝土配合比設(shè)計及確定

5.1 混凝土配合比設(shè)計思路

根據(jù)該部位所處環(huán)境及設(shè)計技術(shù)要求，混凝土配合比設(shè)計思路如下：（1）綜合考慮耐久性、強(qiáng)度、工作性能，絕不能片面強(qiáng)調(diào)個別指標(biāo)。（2）按耐久性→強(qiáng)度→工作性能的優(yōu)先次序確定配合比。（3）抗凍性能思路： C80 鐵鋼砂混凝土強(qiáng)度較高，若按常規(guī)抗凍混凝土設(shè)計思路摻入部分引氣劑，勢必會影響混凝土強(qiáng)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(jìn)入混凝土內(nèi)部[1]。

5.2 配合比的試拌及確定

通過混凝土的初步設(shè)計及試拌，鐵鋼砂 C80 混凝土與常規(guī)高強(qiáng)混凝土配合比主要區(qū)別在于：（1）石子粒徑不同，常規(guī)高強(qiáng)混凝土粗骨料粒徑一般選用 5～20mm 的連續(xù)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(guī)高強(qiáng)混凝土用粗骨料偏大；（2）粒形不同，常規(guī)粗骨料粒形偏圓，而鐵鋼石則偏針片狀多一些，從而導(dǎo)致相同質(zhì)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(dǎo)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(guī)混凝土要大。

調(diào)整方向：根據(jù)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(guī)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(zhì)量不易保證，最終設(shè)計配合比時，摻合料優(yōu)先考慮礦粉及硅灰的組合。

經(jīng)過多次試拌及調(diào)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(biāo)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(jī)坍落度及擴(kuò)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(nèi)放置 1h 后，隨機(jī)盛放在一瓶子內(nèi)，未進(jìn)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(xiàn)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(xué)及耐久性能

由表10 鐵鋼砂混凝土力學(xué)及耐久性能試驗結(jié)果看，鐵鋼砂混凝 28d 強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度強(qiáng)度的 130%，但根據(jù)高強(qiáng)混凝土離散性大的特點[2]，生產(chǎn)施工時應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量。混凝土抗?jié)B性能良好，即使未添加膨脹劑，由于水膠比及硅灰的作用，抗?jié)B性能可達(dá) P12 要求。氯離子擴(kuò)散及抗凍融也能滿足技術(shù)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(xué)及耐久性能

6 結(jié)論

（1）針對特殊要求的混凝土?xí)r，設(shè)計思路要突破常規(guī)，根據(jù)技術(shù)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(qiáng)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(guī)混凝土有區(qū)別，設(shè)計時應(yīng)適當(dāng)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(dá)到抗凍融要求。

本次試驗的重大收獲是混凝土配合比設(shè)計的思路要開闊，不要拘泥于常規(guī)，根據(jù)特殊材料的特點，合理搭配各種材料比例，在優(yōu)化配合比的同時，也能滿足設(shè)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(yīng)用．21世紀(jì)建筑材料，2010,3：62-66.

[2] 戴會生，王博，田大萍，等．高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)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(jié)構(gòu)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 ．

[4] JGJ55－2000，普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程 [S]．

［通訊地址］天津市塘沽區(qū)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(xiàn)為中交一航局第四工程有限公司航保公司試驗員。