肯尼亚内罗毕ICD联锁块混凝土性能研究

2018-09-20瞿东明夏京亮邬林宏周永祥

水道港口 2018年4期

瞿东明, 刘剑，夏京亮，邬林宏，周永祥*，邵权，贺阳

(1. 中交第二公路工程局有限公司，西安 710065；2. 中国建筑科学研究院，北京 100013)

肯尼亚内罗毕集装箱内陆港扩建项目(ICD)是对既有集装箱内陆港进行扩建改造，堆场铺面结构采用高强联锁块铺面，这也是目前在港口、堆场上应用较多的一种铺面形式。其属于路面砖体系的一种，面层按特定的方式铺设高强度的混凝土预制块，块体之间的缝隙由砂填灌而成，块体排列紧密，在外荷载作用下，块体下相互连锁扩散荷载，而不是传统的单独受力方式，承载模式更加合理。此外，联锁块铺面不仅价格低廉，而且易于施工，还具有可重复使用、维修少抗滑和抗温度变形性能好等优点，在欧洲、美洲、日本等国家均得到广泛使用[1]。但国内目前对连锁块混凝土的抗压强度和耐磨性能研究较少，更多的是从联锁块混凝土配制，联锁块铺设施工角度研究[2-8]，这也制约了联锁块的应用。本文从水灰比、机制砂河砂比例、混合砂细度模数、混合砂石粉含量的角度，研究了联锁块混凝土抗压强度和耐磨性能。

1 试验材料与方法

图1 细骨料级配Fig.1 Gradation of fine aggregate

1.1 试验原材料

水泥：肯尼亚Bamburi水泥厂(拉法基控股)生产CEM Ι 52.5水泥，相当于国标P·Ⅱ 52.5，初凝160 min，终凝235 min，28 d抗折和抗压强度分别为9.4 MPa、56.3 MPa。粗骨料：项目部生产5～10 mm碎石，响岩，表观密度2 620 kg/m3。机制砂：项目部生产机制砂，石粉含量12.1%，MB值0.75，细度模数2.6，级配见图1。河砂：肯尼亚当地河砂，表观密度2 650 kg/m3，坚固性3.3%，含泥量2.4%，细度模数2.7，级配见图1。

1.2 试验方法

表1 试验基准配合比 Tab.1 Test mix ratio kg/m3

混凝土抗压强度依据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行试验，耐磨性能依据JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行试验，抗压和耐磨试块尺寸为150 mm×150 mm×150 mm，每组3个试块，测试龄期均为28 d。试验基准配合比见表1。

2 结果与分析

图2 水灰比对联锁块性能的影响Fig.2 Effect of water cement ratio on performance of antithetical interlocking block

2.1 水灰比的影响

采用基准配合比，固定水泥用量，通过用水量的变化调整水胶比，水灰比分别为0.26、0.28、0.30、0.32、0.34，相应的用水量分别为143 kg/m3、154 kg/m3、165 kg/m3、176 kg/m3、187 kg/m3，研究水灰比对联锁块混凝土性能的影响，试验结果见图2。

图3 机制砂河砂混合比例对联锁块混凝土性能的影响Fig.3 Effect of mixing ratio of machine-made sand and river sand on performance of interlocking block concrete

由图2的试验结果可知，联锁块混凝土的抗压强度和耐磨性能均与水灰比密切相关，随着水胶比的增大，联锁块混凝土抗压强度显著降低，混凝土单位面积磨耗量逐渐增大，主要原因为混凝土凝结硬化过程中产生的空隙，而水灰比和用水量是决定混凝土孔隙率最直接的因素，用水量增多，水灰比增大，体系密实度降低，孔隙率增大，从而界面粘结减弱，耐磨性下降。

2.2 机制砂河砂混合比例

图4 混合砂细度模数对联锁块混凝土性能的影响Fig.4 Influence of fineness modulus of mixed sand on properties of interlocking block concrete

机制砂为项目部自己生产，而河砂由于肯尼亚环保方面的法律规定无法自采，只能通过外购，成本较高。因此，联锁块混凝土配比考虑尽量多采用机制砂，机制砂通常还有一定量的石粉，可能会影响联锁块混凝土的耐磨性能。研究采用基准配合比，机制砂与河砂混合比例分别为10:0、6:4、5:5、4:6、0:10，试验机制砂与河砂混合比例对联锁块混凝土性能的影响，试验结果见图3。由图3的试验结果可知，联锁块混凝土抗压强度与机制砂河砂混合比例相关性不大。抗压强度最高的为机制砂河砂比例5:5组，为71.7 MPa；最低的为纯机制砂组，其抗压强度为66.1 MPa，相差5.6 MPa；五组联锁块混凝土的单位面积磨耗值在0.88～1.2 kg/m2之间，磨耗值最低的为机制砂河砂比例6:4组。

2.3 混合砂细度模数的影响

保持机制砂与河砂混合比例6:4不变，将机制砂与河砂筛分后配制成细度模数分别为2.1、2.4、2.7、3.0、3.3的混合砂，采用基准配合比，研究细度模数对联锁块混凝土性能的影响，试验结果见图4。由图4的试验结果可知，混合砂细度模数对联锁块混凝土的抗压强度有一定影响。随着细度模数的减小，抗压强度有下降的趋势。细度模数2.7以上时，下降趋势比较明显；细度模数2.7以下，下降趋于稳定。细度模数3.3的混凝土抗压强度比细度模数2.1高出5.8 MPa。

联锁块混凝土的磨耗值随着混合砂细度模数的减小逐渐增大，可能是因为混凝土的耐磨性与细骨料粒径有关，粗的细骨料比细的细骨料耐磨，浆体作用粗的细骨料的握裹力大，磨损过程中相对不容易脱落。在界面黏结强度偏差不是很大的范围内，细度模数对混凝土耐磨性的影响起主导地位，细度模数越大，耐磨性越好[9]。

图5 混合砂石粉含量对联锁块混凝土性能的影响Fig.5 Influence of mixed sand powder content on performance of interlocking block concrete

2.4 混合砂石粉含量的影响

保持机制砂与河砂混合比例6:4不变，通过筛出机制砂中的石粉和将筛出的石粉加到混合砂中调整混合砂石粉含量分别为4%、7%、10%、13%、16%、19%，采用基准配合比，研究石粉含量对联锁块混凝土性的影响，试验结果见图5。由图5的试验结果可知，随着石粉含量的增大，联锁块混凝土的抗压强度呈先增大后减小趋势，石粉含量10%时抗压强度最大；同时随着石粉含量的增加，联锁块混凝土磨耗量增大，石粉含量小于13%时，磨耗量增大趋势明显，大于13%时磨耗量增大趋势趋于稳定。