拟建南部综合港口项目和首都渔港项目原材料试验分析

丁占起，李英

（中交一航局第一工程有限公司，天津300456）

1 工程概况

毛里塔尼亚南部综合港口项目和首都渔港项目均为新建内挖式港口,其中,综合港口码头设计为组合板桩结构，首都渔港设计为地连墙结构。毛里塔尼亚用于混凝土生产的河砂资源已经濒临枯竭，沙漠砂资源极为丰富。2个项目涉及现浇、预制、水下、钢筋混凝土、素混凝土等多种强度等级混凝土，其中，预制混凝土包括C30（素混凝）、C35、C40 3个强度等级，现浇混凝土包括 C20（素混凝）、C30、C35、C40、C45、弯拉强度 5.0 6个强度等级[1]。

2 原材料情况

毛里塔尼亚当地的自然资源十分匮乏，水泥为进口熟料后当地水泥厂加工配制的各种标号规格水泥，水泥品种最常见的是石灰石水泥CEMⅡ/A-L 42.5R，无矿粉、粉煤灰等掺合料。

混凝土用粗骨料为卵石破碎碎石，最大粒径为31.5mm和10mm。细骨料分4种：雨季河道冲击砂，细度模数在1.8～2.0，属Ⅲ区细砂，河砂资源已经濒临枯竭；人工破碎卵石砂细度模数在3.1～2.5；沙漠砂细度模数在0.8～0.5；贝壳砂细度模数在3.1～2.0。拌和用水采用海水淡化水，水质指标到达饮用标准。外加剂从国外采购。减水剂有西卡TEMPO 10（液体）、特密斯TMS-F1（固体）、豹鸣 UBM-1（固体）。特密斯 TMS-F1、豹鸣UBM-1为国内生产。

2.1 水泥

毛里塔尼亚当地有两家水泥厂，分别为毛塔水泥厂和狮子水泥厂。通过试验结果得知：当地水泥28d抗压强度不符合JC/T 600—2010《石灰石硅酸盐水泥》的要求。

2.2 粗骨料

当地碎石为鹅卵石破碎的机制碎石，通过试验结果得出：该碎石不符合JTS 202-2—2011《水运工程混凝土施工规范》（以下简称“JTS 202-2—2011”）中碎石的级配范围要求。机制碎石压碎值为9.8%＜16%，符合JTS 202-2—2011的指标要求。然后采用5～31.5mm和5～10mm碎石合成二级配，只有在大碎石∶小碎石的比例为9∶1时，碎石级配在规范中单粒级16～31.5mm级配范围内，其余比例都不在级配区。

2.3 细骨料

毛里塔尼亚当地拌和站使用细骨料为：人工破碎卵石砂、沙漠砂、贝壳砂3种，取样后，对当地拌和站的原材料进行了检验。检验结果显示，贝壳砂的氯离子含量为0.082%，超出JTS 202-2—2011中关于氯离子含量的规定。对人工碎卵石砂进行检验后得出结论：该砂为Ⅱ区中砂，含泥量3.0%；对沙漠砂进行检验后得出结论：沙漠砂比特细砂还细，不在规范级配区，含泥量0.2%。参照JGJ 361—2014《人工碎卵石复合砂应用技术规程》（以下简称“JGJ 361—2014”）附录A，采用最小空隙率级配法确定复合砂级配，试验得知：根据JGJ361—2014的相关规定，上述复合砂只有在人工碎卵石砂所占复合砂比例为90%时，复合砂级配处于Ⅱ区范围内，属于中砂，其余级配均不在规范级配区内。人工碎卵石砂所占复合砂比例为40%时，复合砂空隙率最小，但是此时的复合砂级配不在规范规定的级配区。

2.4 粗骨料二级配比例、复合砂级配比例确定

通过7组试拌混凝土配合比对比不同复合砂级配和粗骨料级二级配下混凝土的性能，得出结果如下：通过试拌混凝土得出，复合砂在 9∶1、7∶3 时，大粒径粗骨料少、砂率小、保水性不好，通过调整复合砂比例、粗骨料级配比例以及降低减水剂掺量；在粗骨料比例7∶3、复合砂比例4∶6时混凝土流动性大、泌水少、和易性好。

3 不同粗细骨料配合比试配及对比

选用3种强度等级混凝土配合比对粗骨料一级配与二级配、河砂与复合砂、2个厂家水泥、3种减水剂进行对比，共8组试验。文中粗骨料二级配为大粒径骨料∶小粒径骨料=7∶3；复合砂比例为人工碎卵石砂∶沙漠砂=4∶6。在试拌混凝土过程中，应根据施工坍落度要求，适当增减用水量和减水剂掺量。具体的配合比如表1所示。

表1 基准配合比表

3.1 河砂与复合砂对比

采用单因子变量法对采用河砂和复合砂配制的混凝土进行对比。对比结论如下：（1）使用一级配粗骨料、河砂作为混凝土骨料时，满足施工要求坍落度的前提下，用水量少，混凝土强度高；（2）使用复合砂作为混凝土细骨料时，满足施工要求坍落度的前提下，混凝土用水量比河砂高，混凝土强度较使用河砂作为细骨料时低，但基本满足配制要求；（3）使用复合砂作为混凝土细骨料时，混凝土容易泌水，需通过调节减水剂掺量、砂率解决泌水问题；（4）粗骨料使用一级配时混凝土强度要高于二级配骨料混凝土强度。

3.2 水泥对比

通过对比得出结论：（1）毛塔水泥混凝土3d强度低于狮子水泥混凝土3d强度，后期强度比狮子水泥高，适合大体积和有防裂要求的混凝土；（2）毛塔水泥需水量大于狮子水泥。

3.3 减水剂对比

通过对比得出结论：西卡10与豹鸣、特密斯比较减水率最高，相同水灰比条件下使用西卡10减水剂混凝土坍落度大、强度高。

3.4 与弯拉强度fcm=5.0M Pa的混凝土配合比对比

选用2种混凝土配合比在同一厂家水泥、减水剂下进行对比粗骨料一级配、河砂，粗骨料二级配、复合砂，掺加1kg/m3纤维时混凝土弯拉强度，共3组试验。在试拌混凝土过程中，根据施工坍落度要求适当增减用水量和减水剂掺量。

通过对比得出结论如下：（1）使用一级配粗骨料、河砂作为混凝土骨料时，早期弯拉强度低于使用二级配粗骨料、复合砂的混凝土，后期却高于它的强度；（2）水泥用量超过JTJ 296—1996《港口道路、堆场铺面设计与施工规范》的规定，用水量也轻微超出规定；（3）在混凝土中掺加1kg/m3的纤维时，混凝土弯拉强度有明显提高；（4）在观察弯拉后试件的断裂面后，发现强度高的试件都有1～2块碎石被折断，其他是碎石与砂浆的胶结面处断裂，清洗粗骨料后强度也没有明显提供。

4 结论

通过以上对比分析，得到以下结论：

1）现场沙漠砂细度模数为0.56，比特细砂小，不符合JGJ 361—2014的规定。按JGJ 361—2014配制出符合要求的复合砂，所配制的混凝土工作性能不好。通过掺加高效减水剂后，现场按6∶4级配的复合砂配制的混凝土工作性能良好，强度符合要求。

2）现场5～31.5mm碎石不符合JTS 202-2—2011中的颗粒级配要求，在添加5～10mm碎石后，也不符合级配要求。一级配混凝土强度高于二级配混凝土强度。

3）当地水泥质量不稳定，28d抗压强度低于规范要求。

4）西卡10减水剂减水率高,相同用水量时配制混凝土强度较其他2种减水剂高。

5）混凝土弯拉强度受骨料面的影响较大，采用河砂、一级配骨料比采用二级配和复合砂弯拉强度高。水泥用量在已经比规范要求水泥用量高出87kg时，7d强度仍没有达到设计强度，只有通过加入纤维提高混凝土弯拉强度，但是复合砂的28d强度仍然没有达到配制强度。

6）从试验结果看出，使用当地沙漠砂配制的人工碎卵石复合砂、破碎卵石、水泥、西卡10减水剂完全可以配制出满足拟建工程中所要求的抗压强度等级的混凝土。