防撞护层C80铁钢砂混凝土配合比设计研究

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）

防撞护层C80铁钢砂混凝土配合比设计研究

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）

桥梁防撞护层对混凝土要求较高，具有强度高、耐冲磨、抗侵蚀等特点。根据工程设计要求，从混凝土原材料的选择、配合比的设计思路、高强混凝土的特点等方面为切入点，采用铁钢石及铁钢砂取代普通混凝土所用的常规骨料，通过掺加一定比例的硅灰，优化了铁钢砂混凝土配合比，满足工程设计要求的各项性能，并重点总结了铁钢砂混凝土原材料特点及混凝土配合比设计要点。

铁钢砂混凝土；高强度；耐冲磨；抗侵蚀

1 工程概况

滨海新区重点基础设施工程——海滨大道是天津市的沿海高速公路、滨海新区南北交通主干线，也是天津港货物运输的集疏港通道。在滨海新区内，海滨大道将汉沽、塘沽、开发区、大港串联起来。大桥多是海滨大道的特点之一，全程有 80% 路段为高架桥，其中有 10 余座特大桥。集疏港二、三线立交至蛏头沽村之间跨海大桥建成后长度约 9 公里，将成为我国北方最长的跨海大桥。

随着经济发展，运输业的繁荣，船舶撞击桥梁事故也屡见报端，桥梁防撞护层在安全方面的重要性也就不言而喻了。

2 混凝土技术要求

该工程大部分处于现状海挡以外的沿海滩地之中。设计使用年限为 100 年。根据所处环境条件和作用等级，同时考虑抗冻耐久性，设计文件要求混凝土的配合比应满足以下参数要求，见表1。由于该部位混凝土用量小、厚度薄，浇筑施工困难，设计要求铁钢砂混凝土坍落度 (200±20)mm，流动性好，浇筑时采用象泵施工。

3 原材料

3.1 水泥

水泥为天津振兴水泥厂生产的 P·O42.5 普通硅酸盐水泥，具体性能指标见表示 2。

表1 混凝土技术要求

表2 水泥性能指标

3.2 细集料

细集料采用安徽芜湖产优质铁钢砂，依据 JTGE42—2005《公路工程案例试验规程》、CECS48∶93《砂、石碱活性快速试验》 标准检验，属于 Ⅱ 区 Ⅰ 类中砂，其它性能指标见表3。

铁钢砂特点：如图1 所示，外观呈暗红色，粗颗粒较多。由于铁钢石硬度较天然石子更强，破碎难度也随之增大，铁钢砂细度模数普遍偏大，且较大颗粒形状尖棱突出。

图1 铁钢砂

表3 铁钢砂性能指标

3.3 粗集料

粗集料采用安徽芜湖产优质铁钢石，外观如图2，性能见表3。

图2 铁钢石

铁钢石特点：铁钢石着色呈灰红色，与天然石子相比，除密度较大外，外观也有明显区别，其颗粒形状类似针片形状较多，且尖棱突出。铁钢石的外观形状导致其空隙率较大，试拌的混凝土砂率也会相应提高。

表3 石子性能指标

3.4 矿粉

矿粉采用 S95 河北唐山产粒化高炉矿渣粉，依据GB/T18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》 标准，其性能指标见表4。

表4 S95 矿粉性能指标

3.5 硅灰

山东三美产硅灰，比表面积 15000m2/kg，SiO2含量为92.12%。

3.6 外加剂

减水剂：广州富斯乐有限公司生产的缓凝高效减水剂Structuro300D1，依据 GB8076—1997 标准，其性能指标见表5。

表5 富斯乐 (structuro300D1) 外加剂性能指标

防腐阻锈剂：天津市鑫永强混凝土外加剂有限公司生产的 TM30 型防腐阻锈剂。依据 Q/12XJ4842—2006 标准，其性能指标见表6。

表6 防腐阻锈剂 (TM30) 性能指标

4 主要试验仪器设备

本次混凝土性能试验使用的主要仪器设备见表7。

表7 主要仪器设备列表

5 混凝土配合比设计及确定

5.1 混凝土配合比设计思路

根据该部位所处环境及设计技术要求，混凝土配合比设计思路如下：（1）综合考虑耐久性、强度、工作性能，绝不能片面强调个别指标。（2）按耐久性→强度→工作性能的优先次序确定配合比。（3）抗冻性能思路： C80 铁钢砂混凝土强度较高，若按常规抗冻混凝土设计思路掺入部分引气剂，势必会影响混凝土强度，因此采用掺胶材 5%～10% 的硅灰，提高混凝土密实度，阻止水进入混凝土内部[1]。

5.2 配合比的试拌及确定

通过混凝土的初步设计及试拌，铁钢砂 C80 混凝土与常规高强混凝土配合比主要区别在于：（1）石子粒径不同，常规高强混凝土粗骨料粒径一般选用 5～20mm 的连续级配骨料，而铁钢石选材面较窄，多集中在 25mm，甚至5～31.5mm，较常规高强混凝土用粗骨料偏大；（2）粒形不同，常规粗骨料粒形偏圆，而铁钢石则偏针片状多一些，从而导致相同质量的粗骨料，铁钢石比表面积较大，单方混凝土用水量也会有所增加；（3）前两点的差异，导致了铁钢石空隙率较大，从而砂率也随之增加；（4）铁钢石密度较大，从而单方混凝土容重也明显比常规混凝土要大。

调整方向：根据所选材料的特点，即铁钢砂偏粗，铁钢石比表面积较大，在提高砂率的同时，混凝土的浆体也要比常规混凝土富余才能保证混凝土的泵送及施工性能。

因Ⅰ级粉煤灰质量不易保证，最终设计配合比时，掺合料优先考虑矿粉及硅灰的组合。

经过多次试拌及调整，最终确定铁钢砂混凝土配合比如表8 所示。

5.3 铁钢砂混凝土拌合物性能

铁钢砂混凝土拌合物和易性及包裹性良好，各项性能均能满足泵送及施工需要，具体指标见表9。

表8 铁钢砂混凝土最终配合比

表9 铁钢砂混凝土拌合物性能

铁钢砂混凝土拌合物性能较好，胶材用量满足了混凝土对浆体的需要，出机坍落度及扩展度满足泵送施工要求，0.27的水胶比及硅灰的取代使用虽增加了混凝土的粘度，但放置1h 后，混凝土并无明显分层或粗骨料下沉，保证了大密度骨料混凝土的均匀性。采用该配合比试拌的铁钢砂混凝土室内放置 1h 后，随机盛放在一瓶子内，未进行任何插捣，从图3可以看到铁钢砂混凝土外观呈灰红色，填充效果较好，完美呈现瓶子格子造型，除外部有几个气泡外，已接近自密实混凝土浇筑效果。

图3 铁钢砂混凝土浇筑品

5.4 铁钢砂混凝土力学及耐久性能

由表10 铁钢砂混凝土力学及耐久性能试验结果看，铁钢砂混凝 28d 强度达到设计强度强度的 130%，但根据高强混凝土离散性大的特点[2]，生产施工时应严格控制混凝土质量。混凝土抗渗性能良好，即使未添加膨胀剂，由于水胶比及硅灰的作用，抗渗性能可达 P12 要求。氯离子扩散及抗冻融也能满足技术要求，这为不添加引气剂的混凝土找到一条新的思路。

表10 C80 铁钢砂混凝土力学及耐久性能

6 结论

（1）针对特殊要求的混凝土时，设计思路要突破常规，根据技术要求，充分利用特殊材料的特点，满足各项性能要求；（2）铁钢砂高强混凝土，采用了减水率较高且保坍效果好的聚羧酸外加剂，施工及耐久性能得到保证；（3）铁钢砂混凝土砂率较常规混凝土有区别，设计时应适当提高砂率来保证混凝土和易性；（4）抗冻融混凝土在不添加引气剂的情况下，通过掺入硅灰，减小水胶比，提高混凝土密室度，也能达到抗冻融要求。

本次试验的重大收获是混凝土配合比设计的思路要开阔，不要拘泥于常规，根据特殊材料的特点，合理搭配各种材料比例，在优化配合比的同时，也能满足设计所要求的混凝土各项性能。

[1] 包立志，戴会生，王博，等．高性能混凝土在海滨大道中的应用．21世纪建筑材料，2010,3：62-66.

[2] 戴会生，王博，田大萍，等．高强混凝土配合比设计及试验研究，山东建材，2008,1：13-16.

[3] 冯乃谦．高性能混凝土结构[M]．北京：机械工业出版社，2004 ．

[4] JGJ55－2000，普通混凝土配合比设计规程 [S]．

［通讯地址］天津市塘沽区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，工程师，从事水利水电与港航工程，现为中交一航局第四工程有限公司航保公司试验员。