■李同飛

(1.福建省交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，福州　350001；2.河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院，南京　210098)

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機(jī)制砂在港口工程中的運(yùn)用

■李同飛1,2

(1.福建省交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，福州350001；2.河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院，南京210098)

摘要港口工程混凝土具有耐海水腐蝕，防止鋼筋銹蝕的性能，施工要求混凝土具有較好的和易性，因此對(duì)混凝土配置要求較高，常規(guī)港口一般采用河砂作為細(xì)骨料，但隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的發(fā)展，現(xiàn)有的天然河砂已經(jīng)不能滿足工程的需求，使用機(jī)制砂已成大勢(shì)所趨。本文主要結(jié)合現(xiàn)有在建工程淺述機(jī)制砂在港口工程的使用，并取得成功的經(jīng)驗(yàn)，可供同類港口工程借鑒。

關(guān)鍵詞港口工程機(jī)制砂混凝土河砂含泥量石粉

1　引言

機(jī)制砂是由機(jī)械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75mm的巖石顆粒。機(jī)制砂配置混凝土現(xiàn)均已在房建、公路以及水電站工程中得到應(yīng)用，且取得較好的效果[1]。本文結(jié)合福州港松下港區(qū)牛頭灣作業(yè)區(qū)12#、13#泊位工程沉箱預(yù)制使用機(jī)制砂配置混凝土所取得的成功經(jīng)驗(yàn)闡述如下：

2　機(jī)制砂成分分析

機(jī)制砂與河砂相比，具有顯著特點(diǎn)。機(jī)制砂顆粒表面粗糙，多棱角，且機(jī)制砂大多數(shù)級(jí)配不良，0.630～ 315mm級(jí)配顆粒較少，機(jī)制砂與天然砂最顯著的區(qū)別是機(jī)制砂中含有大量粒徑小于0.075mm的顆粒，但機(jī)制砂中小于0.075mm的顆粒與河砂中小于0.075mm的顆粒性質(zhì)完全不同。河砂中的泥粉對(duì)混凝土的穩(wěn)定性及耐久性都有不利影響，但機(jī)制砂中的細(xì)小顆粒為石粉，石粉的物理化學(xué)性質(zhì)與母巖完全相同，且大量研究表明，適量的石粉對(duì)機(jī)制砂混凝土的工作性和強(qiáng)度無不利影響[2-4]。本工程所采用的機(jī)制砂(Ⅱ類)石粉含量、亞甲藍(lán)MB值等經(jīng)試驗(yàn)，能夠滿足規(guī)范要求[5]。

3　混合砂混凝土配置[6]

本工程所采用的機(jī)制砂為母巖破碎、篩分后，經(jīng)過5道水洗工藝去除雜質(zhì)而成，導(dǎo)致機(jī)制砂中較細(xì)顆?；颈凰疀_洗掉，為保證混凝土細(xì)骨料的級(jí)配，本工程采用機(jī)制砂與細(xì)河砂(細(xì)度模數(shù)約為1.6～1.7)按照7:3(重量比)的比例配置混合砂作為混凝土的細(xì)骨料，配置后的混合砂的細(xì)度模數(shù)在2.4～2.8之間，符合水工工程混凝土配置關(guān)于混凝土細(xì)骨料的配置要求。

3.1原材料選用

(1)水泥：采用臺(tái)泥水泥產(chǎn)生產(chǎn)的P.O42.5級(jí)水泥，水泥的物理性質(zhì)如表1：

表1　水泥的物理性質(zhì)

(2)粗骨料：采用福州市長(zhǎng)樂市牛頭山產(chǎn)石灰?guī)r碎石，沉箱混凝土采用5～25mm級(jí)配碎石。

(3)細(xì)骨料：采用福州松下碼頭有限公司產(chǎn)機(jī)制砂與外購(gòu)閩江細(xì)河砂按照7:3(重量比)拌制混合砂作為混凝土的細(xì)骨料。所配置的混合砂細(xì)度模數(shù)為2.4～2.8?；旌仙案黜?xiàng)檢測(cè)指標(biāo)如表2：

表2　混合砂各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)

(4)減水劑：采用福建省億方建材有限公司產(chǎn)JG-2高效減水劑(均為萘系)。

(5)水：自來水。

3.2機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)

混凝土配合比設(shè)計(jì)根據(jù)港口工程混凝土在達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度后，突出耐久性的要求。混凝土配合比設(shè)計(jì)如表3：

表3　機(jī)制砂混凝土配合比

4　機(jī)制砂混凝土在港口工程中的應(yīng)用

本工程機(jī)制砂混凝土主要應(yīng)用于沉箱預(yù)制以及胸墻澆筑中，現(xiàn)階段正應(yīng)用于沉箱預(yù)制的混凝土中，本工程沉箱結(jié)構(gòu)為C40鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，且沉箱處于碼頭的水位變動(dòng)區(qū)，對(duì)混凝土的耐久性要求較高，尤其是混凝土的耐腐蝕性及抗氯離子滲透的性能必須符合水運(yùn)工程相關(guān)規(guī)范要求。

4.1混凝土耐久性

在混凝土施工前，制作2組機(jī)制砂混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊(150mm×150mm×150mm)分別在養(yǎng)護(hù)室以及施工現(xiàn)場(chǎng)同等條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，經(jīng)檢測(cè)其90天電通量均在1000～1250C(庫倫)之間。滿足水運(yùn)工程混凝土規(guī)范規(guī)定的抗氯離子滲透不應(yīng)大于2000C(庫倫)的要求[7]。

4.2混凝土強(qiáng)度

根據(jù)規(guī)范要求，沉箱構(gòu)件混凝土澆筑完成28天后混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求的40MPa。構(gòu)件澆筑完成28天后，利用取芯機(jī)對(duì)不同澆筑時(shí)間、不同高度的混凝土進(jìn)行取芯檢測(cè)，檢測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)見表4。

表4　芯樣(實(shí)體檢測(cè))抗壓強(qiáng)度值

通過實(shí)體檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，按機(jī)制砂配合比拌制的混凝土強(qiáng)度好，經(jīng)過分析，混凝土強(qiáng)度較高主要得益于機(jī)制砂中少量的石粉可以與水泥中的C3A和C4AF發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生具有一定膠凝能力的碳氯酸鹽復(fù)合物，對(duì)機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度發(fā)展有一定的貢獻(xiàn)。

4.3構(gòu)件表觀

應(yīng)用機(jī)制砂混凝土澆筑的沉箱構(gòu)件，在拆模后表觀平滑、密實(shí)，無蜂窩、麻面、紗斑等質(zhì)量通病，究其原因是配制的機(jī)制砂混凝土和易性較好，施工可操作性高，在混凝土澆筑施工過程中，混凝土未出現(xiàn)離析現(xiàn)象，加上施工過程中振搗到位，因此混凝土表面觀感質(zhì)量較高。

5　機(jī)制砂混凝土的優(yōu)勢(shì)

5.1取材優(yōu)勢(shì)

普通混凝土所采用的中粗砂(河砂)由于天然資源較少，且政府基于自然環(huán)境的考慮，對(duì)河砂的采集采取了控制性的措施，加上福建省內(nèi)砂源基本處于閩江口，距離本工程較遠(yuǎn)，物流費(fèi)用高，造成中粗砂的單位成本較高；由于本工程所采用的機(jī)制砂為本工程后方山體開采加工生產(chǎn)形成，距離工程地點(diǎn)近，物流費(fèi)用低，且機(jī)制砂自身成本也較河砂成本低。因此機(jī)制砂在本工程中的應(yīng)用在一定程度上具有較大的優(yōu)勢(shì)。

5.2耐久性優(yōu)勢(shì)

根據(jù)相關(guān)研究表明，中低強(qiáng)度機(jī)制砂混凝土由于細(xì)集料中含有少量的石粉，可以明顯改變機(jī)制砂混凝土的工作性能，明顯提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，且研究表明中低強(qiáng)度機(jī)制砂混凝土在石粉含量高于5％時(shí)，機(jī)制砂混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)迅速降低。上述兩項(xiàng)研究表明機(jī)制砂混凝土的使用對(duì)于港口工程中混凝土的耐久性有較好的提高。本工程中的混凝土主要為C40混凝土屬于中低強(qiáng)度混凝土，因此采用機(jī)制砂作為混凝土的細(xì)集料對(duì)提高混凝土耐久性具有一定的優(yōu)勢(shì)。

6　成本分析

由于本工程采用機(jī)制砂與河砂細(xì)砂按照7:3的比例拌合的混合砂作為沉箱混凝土的細(xì)集料，且港口工程使用機(jī)制砂的案例較少，因此實(shí)驗(yàn)室根據(jù)沉箱混凝土標(biāo)號(hào)及相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定分別設(shè)計(jì)機(jī)制砂混凝土的配合比及普通混凝土配合比分析機(jī)制砂混凝土的成本。機(jī)制砂混凝土配合比見表3，普通混凝土配合比見表5：

表5　普通混凝土(河砂)配合比

通過比較表3、表5數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，機(jī)制砂混凝土與普通混凝土的石子、減水劑及粉煤灰用量基本相差不大。因此成本分析時(shí)不考慮上述三因素。通過市場(chǎng)調(diào)查表明，現(xiàn)階段福州市場(chǎng)P.O42.5水泥單價(jià)為300元/t，機(jī)制砂單價(jià)為55元/t，細(xì)度模數(shù)1.5～1.7河砂單價(jià)為85 元/t，細(xì)度模數(shù)2.4～2.6河砂單價(jià)為115元/t。

機(jī)制砂(混合砂)混凝土單價(jià)為：300×337/1000+ 55×743×0.7/1000+85×743×0.3/1000=148.65元/m3

普通砂混凝土單價(jià)為：300×306/1000+115×730/1000=175.75元/m3

綜上，從施工成本角度考慮，機(jī)制砂(混合砂)混凝土較普通砂混凝土性價(jià)比高。

7　機(jī)制砂(混合砂)拌制混凝土需注意的事項(xiàng)

由于機(jī)制砂生產(chǎn)過程的種種因素導(dǎo)致機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)以及級(jí)配會(huì)出現(xiàn)一定的差異，因此在拌制混凝土前應(yīng)對(duì)每一批次的機(jī)制砂均應(yīng)檢測(cè)其細(xì)度模數(shù)及級(jí)配，根據(jù)機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)適當(dāng)調(diào)整細(xì)砂的摻量。

由于機(jī)制砂中含有少量石粉，石粉較普通河砂吸水率要高，拌制混凝土前應(yīng)對(duì)機(jī)制砂及細(xì)河砂的含水率進(jìn)行檢測(cè)，適當(dāng)調(diào)整混凝土中水的用量。

8　結(jié)語

該工程沉箱預(yù)制混凝土采用機(jī)制砂(混合砂)混凝土得以成功運(yùn)用，并取得寶貴經(jīng)驗(yàn)，對(duì)機(jī)制砂(混合砂)混凝土在港口工程中運(yùn)用具有重大意義。但是單純機(jī)制砂混凝土也存在一定的局限性，如級(jí)配較差，石粉含量等因素制約機(jī)制砂混凝土在港口工程中的應(yīng)用。因此，本工程在機(jī)制砂中摻加少量細(xì)河砂彌補(bǔ)機(jī)制砂的級(jí)配缺陷，對(duì)機(jī)制砂混凝土能夠在港口工程中廣泛推廣應(yīng)用邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

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