盛陳飛 汪 源 王 浩

(長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430070)

機(jī)制干硬性混凝土聯(lián)鎖型護(hù)坡磚配合比設(shè)計(jì)

盛陳飛 汪 源 王 浩

(長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430070)

針對航道整治工程中傳統(tǒng)護(hù)坡混凝土塊的缺點(diǎn)，提出了一種采用現(xiàn)代制作工藝生產(chǎn)的高強(qiáng)度機(jī)制干硬性混凝土聯(lián)鎖型護(hù)坡磚，分析了原材料及配合比的影響因素，闡述了配合比設(shè)計(jì)方法及生產(chǎn)工藝，通過工程實(shí)踐證明，該方法能夠有效保證護(hù)坡混凝土塊的外觀質(zhì)量和強(qiáng)度并滿足工程要求。

高強(qiáng)度，機(jī)制，干硬性，配合比設(shè)計(jì)

堤壩混凝士塊護(hù)坡是利用預(yù)制混凝土塊作為護(hù)面層單元的一種鋪砌式斜坡保護(hù)結(jié)構(gòu)。預(yù)制混凝土塊具有投入少、施工方便、成品美觀、尺寸準(zhǔn)確等諸多優(yōu)點(diǎn)，而且可以根據(jù)需求生產(chǎn)不同的幾何形狀、尺寸、密度和開孔方式，達(dá)到質(zhì)量安全、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保要求統(tǒng)一，因此預(yù)制混凝土塊護(hù)坡在航道治理、河堤防護(hù)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(gòu)建“兩型”社會，實(shí)現(xiàn)“暢通、高效、安全、綠色”的內(nèi)河航運(yùn)目標(biāo)，國家對長江航道進(jìn)行了大規(guī)模的整治投資。目前長江航道整治護(hù)岸工程中多采用人工現(xiàn)場預(yù)制或半機(jī)械化半人工生產(chǎn)的六方形塑性混凝土塊，其生產(chǎn)效率低，外觀質(zhì)量及強(qiáng)度不穩(wěn)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(fā)公司砌塊生產(chǎn)線，可從配料到振動(dòng)擠壓成型、再到成品的傳送均由設(shè)定程序控制自動(dòng)完成，自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率高，塊體觀感優(yōu)美。航道整治工程中對強(qiáng)度較低、對外觀質(zhì)量要求不高的機(jī)制干硬性混凝土預(yù)制壓載塊的生產(chǎn)和配合比的設(shè)計(jì)曾做過試驗(yàn)與研究，但對于強(qiáng)度高、外觀精致的機(jī)制干硬性聯(lián)鎖型護(hù)坡磚的配合比，目前研究尚少。鑒此，本文探討了高強(qiáng)度機(jī)制干硬性聯(lián)鎖型護(hù)坡磚混凝土配合比設(shè)計(jì)，工程實(shí)例驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)行之有效，可供借鑒。

1 配合比設(shè)計(jì)

機(jī)制干硬性混凝土聯(lián)鎖型護(hù)坡磚用水量低、無流動(dòng)性，采用機(jī)械高頻振動(dòng)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(guī)的塑性和干硬性配合比存在區(qū)別。通常機(jī)制干硬性混凝土聯(lián)鎖型護(hù)坡磚的配合比設(shè)計(jì)分為底層混合料設(shè)計(jì)和面層混合料設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)的三個(gè)重要參數(shù)，將影響護(hù)坡磚的強(qiáng)度；面層混合料中水泥和黃砂的比例、黃砂的粒徑是保證護(hù)坡磚外觀質(zhì)量的重要因素。

1.1 底層混合料

1)水膠比。機(jī)制干硬性混凝土拌合物滿足“捏緊成團(tuán)、落地分散、振動(dòng)擠壓后出漿”的生產(chǎn)工藝要求。航道整治工程中采用32.5級復(fù)合硅酸鹽水泥作為混凝土膠凝材料。在配制強(qiáng)度為C30時(shí)，水膠比宜控制在0.25～0.35。當(dāng)水膠比小于0.25時(shí)，生產(chǎn)的塊體不密實(shí)且強(qiáng)度偏低；當(dāng)水膠比超過0.35，則塊體不易脫模、外觀尺寸難以保證。試驗(yàn)表明，雖然32.5級復(fù)合硅酸鹽水泥能夠生產(chǎn)C30的聯(lián)鎖型護(hù)坡磚，但由于膠凝材料用量過大，經(jīng)濟(jì)成本增加，且塊體早期強(qiáng)度差，容易在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中出現(xiàn)缺棱掉角；當(dāng)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(yàn)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用純水泥作為膠凝材料時(shí)，水灰比宜控制在0.35～0.40；當(dāng)膠凝材料中摻入部分粉煤灰時(shí)，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(qiáng)度可以通過增加膠凝材料的用量和調(diào)節(jié)拌合物的用水量實(shí)現(xiàn)，但機(jī)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(chǎn)生裂縫，同時(shí)由于水膠比較小，塊體成型后，若前期養(yǎng)護(hù)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(yīng)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(hù)坡磚的耐久性和經(jīng)濟(jì)性要求優(yōu)先選用42.5級水泥，粉煤灰等級宜采用Ⅰ，Ⅱ級；b.骨料。因聯(lián)鎖型護(hù)坡磚拌合物的膠凝材料與骨料間的粘結(jié)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(xù)級配的碎石，試驗(yàn)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(qiáng)度的影響尤為顯著，生產(chǎn)過程中常出現(xiàn)的缺棱掉角現(xiàn)象就是抗折能力差引起的，最后是有害物質(zhì)含量，我們常見有害物質(zhì)主要是含泥量和泥塊含量超標(biāo)，從而降低混凝土強(qiáng)度。對細(xì)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(xì)砂所需的水泥漿更為節(jié)省，但是作為機(jī)制干硬性混凝土用砂的顆粒太粗，會導(dǎo)致塊體表面粗糙，影響觀感；若砂太細(xì)，會增加混凝土的干縮裂縫，塊體強(qiáng)度難以保證，同時(shí)增加水泥用量。通過試驗(yàn)研究，砂的顆粒級配和粗細(xì)程度應(yīng)同時(shí)考慮，當(dāng)砂中粗顆粒較多時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)增加中粒徑砂和少量的細(xì)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(shí)還可以提高混凝土的密實(shí)性和強(qiáng)度。另外，砂中含泥量高，不僅影響混凝土的強(qiáng)度,而且影響耐久性。因此，含泥量應(yīng)不大于3%，細(xì)度模數(shù)控制在2.3～2.8。砂率控制在55%～60%。配合比計(jì)算時(shí)分別采用50%，55%，60%的砂率進(jìn)行試配，結(jié)果表明，當(dāng)砂率大于60%時(shí)，成型的砌塊表面光潔度很好，但塊體重量和強(qiáng)度難以滿足設(shè)計(jì)要求；當(dāng)砂率小于55%時(shí)，塊體表面粗糙，內(nèi)部孔隙率較大，強(qiáng)度也無法達(dá)到設(shè)計(jì)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(dāng)，將導(dǎo)致生產(chǎn)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(chǎn)生變形；若用水量過小，則塊體不密實(shí)或厚度偏大，且塊體重量難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)表明，單位用水量宜控制在132 kg/m3～145 kg/m3，根據(jù)原材料含水量來確定。

1.2 面層混合料

高強(qiáng)度機(jī)制干硬性聯(lián)鎖型護(hù)坡磚面層采用細(xì)骨料和水泥拌合進(jìn)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(qiáng)度要求的同時(shí)，還應(yīng)保證塊體面層的外觀質(zhì)量。因此，面層混合料的配比就至關(guān)重要，既要保證設(shè)計(jì)要求，還需綜合考慮成本。試驗(yàn)證明，細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)宜控制在1.6～1.8。若砂細(xì)度模數(shù)偏小，塊體面層容易產(chǎn)生裂紋，而且會增加水泥用量，影響經(jīng)濟(jì)性；若砂的細(xì)度模數(shù)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(xì)骨料比例為1∶1.5～1∶1.8。

2 工程實(shí)用效果

長江中游昌門溪—熊家洲段航道整治工程護(hù)坡設(shè)計(jì)采用聯(lián)鎖型C30砌塊護(hù)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(jìn)廈門巨力發(fā)公司全自動(dòng)砌塊生產(chǎn)線生產(chǎn)，該設(shè)備具有計(jì)量準(zhǔn)確、布料均勻、振動(dòng)加壓密實(shí)、自動(dòng)脫模的特點(diǎn)。通過現(xiàn)場對配合比的反復(fù)試配和調(diào)試，按照上述要求，成功解決了機(jī)制干硬性混凝土強(qiáng)度低和外觀差的問題，生產(chǎn)的聯(lián)鎖型護(hù)坡磚各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

3 其他問題

機(jī)制干硬性混凝土配合比設(shè)計(jì)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(qiáng)度低。由于機(jī)制高強(qiáng)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(yīng)過程缺水，導(dǎo)致水泥水化反應(yīng)不充分，早期強(qiáng)度偏低。因此對于成型后的塊體的早期養(yǎng)護(hù)尤為關(guān)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(chǎn)線生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)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(yán)格指標(biāo)要求，必須尋求密度更大的骨料，在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(jié)語

1)“十一五”以來，國家對長江航道運(yùn)輸越來越重視，隨著對黃金水道的大力開發(fā)和發(fā)展，每年都有許多新建工程開工，同時(shí)也在加強(qiáng)對已建工程的維護(hù)和改造，航道工程對護(hù)坡質(zhì)量要求越來越高，高強(qiáng)度機(jī)制干硬性混凝土聯(lián)鎖護(hù)坡磚作為一種新型護(hù)坡形式優(yōu)點(diǎn)突出，未來應(yīng)用前景廣泛。2)高強(qiáng)度機(jī)制干硬性混凝土聯(lián)鎖護(hù)坡磚的配合比設(shè)計(jì)與普通混凝土配合比設(shè)計(jì)相比有顯著差異，生產(chǎn)過程中應(yīng)根據(jù)原材料的實(shí)際情況通過試驗(yàn)確定各個(gè)材料的比例關(guān)系。本文探討該混凝土拌合物的配合比設(shè)計(jì)方案，并對原材料進(jìn)行了分析，提出了要求，通過以上手段，可有效保證聯(lián)鎖護(hù)坡磚的外觀和強(qiáng)度，滿足工程要求，可供借鑒。

[1] 甘繼勝，何清舉，李昭生.高強(qiáng)度干硬性混凝土護(hù)坡砌塊配合比設(shè)計(jì)[J].水電能源科學(xué)，2009，27(6):67- 68.

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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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