盛陈飞 汪 源 王 浩
(长江航道规划设计研究院，湖北 武汉 430070)
机制干硬性混凝土联锁型护坡砖配合比设计
盛陈飞 汪 源 王 浩
(长江航道规划设计研究院，湖北 武汉 430070)
针对航道整治工程中传统护坡混凝土块的缺点，提出了一种采用现代制作工艺生产的高强度机制干硬性混凝土联锁型护坡砖，分析了原材料及配合比的影响因素，阐述了配合比设计方法及生产工艺，通过工程实践证明，该方法能够有效保证护坡混凝土块的外观质量和强度并满足工程要求。
高强度，机制，干硬性，配合比设计
堤坝混凝士块护坡是利用预制混凝土块作为护面层单元的一种铺砌式斜坡保护结构。预制混凝土块具有投入少、施工方便、成品美观、尺寸准确等诸多优点，而且可以根据需求生产不同的几何形状、尺寸、密度和开孔方式，达到质量安全、经济与环保要求统一，因此预制混凝土块护坡在航道治理、河堤防护及路桥工程中广泛采用。长江是中国水量最丰富的河流，水资源总量约占全国河流径流总量的36%，在世界仅次于亚马逊河和刚果河。“一二五”以来为了构建“两型”社会，实现“畅通、高效、安全、绿色”的内河航运目标，国家对长江航道进行了大规模的整治投资。目前长江航道整治护岸工程中多采用人工现场预制或半机械化半人工生产的六方形塑性混凝土块，其生产效率低，外观质量及强度不稳定。长江中游荆江昌门溪—熊家洲段航道整治工程引用了厦门巨力发公司砌块生产线，可从配料到振动挤压成型、再到成品的传送均由设定程序控制自动完成，自动化程度和生产效率高，块体观感优美。航道整治工程中对强度较低、对外观质量要求不高的机制干硬性混凝土预制压载块的生产和配合比的设计曾做过试验与研究，但对于强度高、外观精致的机制干硬性联锁型护坡砖的配合比，目前研究尚少。鉴此，本文探讨了高强度机制干硬性联锁型护坡砖混凝土配合比设计，工程实例验证了该设计行之有效，可供借鉴。
1 配合比设计
机制干硬性混凝土联锁型护坡砖用水量低、无流动性，采用机械高频振动和挤压成型，水泥浆不能完全包裹表面骨料，亦无抹面工序，因此，配合比中单位用水量、水胶比、砂率与常规的塑性和干硬性配合比存在区别。通常机制干硬性混凝土联锁型护坡砖的配合比设计分为底层混合料设计和面层混合料设计。其中底层混合料的水胶比、单位用水量、骨料的粒径和级配是该配合比设计的三个重要参数，将影响护坡砖的强度；面层混合料中水泥和黄砂的比例、黄砂的粒径是保证护坡砖外观质量的重要因素。
1.1 底层混合料
1)水胶比。机制干硬性混凝土拌合物满足“捏紧成团、落地分散、振动挤压后出浆”的生产工艺要求。航道整治工程中采用32.5级复合硅酸盐水泥作为混凝土胶凝材料。在配制强度为C30时，水胶比宜控制在0.25～0.35。当水胶比小于0.25时，生产的块体不密实且强度偏低；当水胶比超过0.35，则块体不易脱模、外观尺寸难以保证。试验表明，虽然32.5级复合硅酸盐水泥能够生产C30的联锁型护坡砖，但由于胶凝材料用量过大，经济成本增加，且块体早期强度差，容易在转运过程中出现缺棱掉角；当采用42.5级普通硅酸盐水泥，水胶比可增大至0.4，但超过0.4则混凝土块脱模后胚体变形不能满足外观要求。试验还发现，当采用纯水泥作为胶凝材料时，水灰比宜控制在0.35～0.40；当胶凝材料中掺入部分粉煤灰时，可采用10%的等量替代或15%超量替代。
2)原材料。对于普通塑性混凝土，若要提高配置强度可以通过增加胶凝材料的用量和调节拌合物的用水量实现，但机制干硬性混凝土单位用水量较小，若单一增加胶凝材料用量，容易造成下料困难，块体成型后容易产生裂缝，同时由于水胶比较小，块体成型后，若前期养护工作不到位，水泥不能够完全水化，一部分水泥成了填充料。因此，其所使用的原材料应满足如下要求：a.胶凝材料。选用32.5或42.5级水泥，但考虑到护坡砖的耐久性和经济性要求优先选用42.5级水泥，粉煤灰等级宜采用Ⅰ，Ⅱ级；b.骨料。因联锁型护坡砖拌合物的胶凝材料与骨料间的粘结力较差，故骨料平均粒径不宜过小，且不宜使用卵石。对粗骨料，一般采用5 mm～16 mm的连续级配的碎石，试验证明，良好的级配能够最大限度地减少孔隙率，从而减少水泥浆的用量，降低成本。其次，针片状含量对抗折强度的影响尤为显著，生产过程中常出现的缺棱掉角现象就是抗折能力差引起的，最后是有害物质含量，我们常见有害物质主要是含泥量和泥块含量超标，从而降低混凝土强度。对细骨料，混凝土拌合物中，水泥浆主要包裹在砂的表面，如果砂子的表面积越大，则需要包裹砂粒表面的水泥浆就越多。因此，一般说用粗砂拌制混凝土比用细砂所需的水泥浆更为节省，但是作为机制干硬性混凝土用砂的颗粒太粗，会导致块体表面粗糙，影响观感；若砂太细，会增加混凝土的干缩裂缝，块体强度难以保证，同时增加水泥用量。通过试验研究，砂的颗粒级配和粗细程度应同时考虑，当砂中粗颗粒较多时，应该适当增加中粒径砂和少量的细砂，起到填充空隙和减小总表面，从而降低胶凝材料用量，同时还可以提高混凝土的密实性和强度。另外，砂中含泥量高，不仅影响混凝土的强度,而且影响耐久性。因此，含泥量应不大于3%，细度模数控制在2.3～2.8。砂率控制在55%～60%。配合比计算时分别采用50%，55%，60%的砂率进行试配，结果表明，当砂率大于60%时，成型的砌块表面光洁度很好，但块体重量和强度难以满足设计要求；当砂率小于55%时，块体表面粗糙，内部孔隙率较大，强度也无法达到设计要求。
3)单位用水量控制。拌合物的单位用水量如果选择不当，将导致生产的砌体无法满足要求。若用水量过大，块体成型后厚度偏小，脱模后易产生变形；若用水量过小，则块体不密实或厚度偏大，且块体重量难以达到设计要求。试验表明，单位用水量宜控制在132 kg/m3～145 kg/m3，根据原材料含水量来确定。
1.2 面层混合料
高强度机制干硬性联锁型护坡砖面层采用细骨料和水泥拌合进行二次布料。作为航道工程的一种新型的铺砌材料，在满足强度要求的同时，还应保证块体面层的外观质量。因此，面层混合料的配比就至关重要，既要保证设计要求，还需综合考虑成本。试验证明，细骨料细度模数宜控制在1.6～1.8。若砂细度模数偏小，块体面层容易产生裂纹，而且会增加水泥用量，影响经济性；若砂的细度模数偏大，块体面层较为粗糙，影响美观。水泥宜采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，与细骨料比例为1∶1.5～1∶1.8。
2 工程实用效果
长江中游昌门溪—熊家洲段航道整治工程护坡设计采用联锁型C30砌块护坡，块体长度500 mm，宽度300 mm，厚度100 mm，总工程量约12 000 m3，引进厦门巨力发公司全自动砌块生产线生产，该设备具有计量准确、布料均匀、振动加压密实、自动脱模的特点。通过现场对配合比的反复试配和调试，按照上述要求，成功解决了机制干硬性混凝土强度低和外观差的问题，生产的联锁型护坡砖各项技术指标均满足设计要求。
3 其他问题
机制干硬性混凝土配合比设计中还存在物理性能要求，与普通塑性混凝土相比有较多差异。1)早期强度低。由于机制高强度干硬性混凝土中胶凝材料用量大，而拌合用水量相对较低，硬化过程中水分不断的散失，容易造成混凝土的水化反应过程缺水，导致水泥水化反应不充分，早期强度偏低。因此对于成型后的块体的早期养护尤为关键。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粒级，拌合物的干密度2 350 kg/m3～2 450 kg/m3，而砌块生产线生产工艺的特点决定了碎石粒径最大不宜超过16.0 mm，拌合物的干密度仅2 350 kg/m3。通常，航道工程中块体兼顾压载等其他作用，对块体的重量有严格指标要求，必须寻求密度更大的骨料，在经济指标要求许可的前提下可以采用掺入石屑、钢碴等来提高密度。
4 结语
1)“十一五”以来，国家对长江航道运输越来越重视，随着对黄金水道的大力开发和发展，每年都有许多新建工程开工，同时也在加强对已建工程的维护和改造，航道工程对护坡质量要求越来越高，高强度机制干硬性混凝土联锁护坡砖作为一种新型护坡形式优点突出，未来应用前景广泛。2)高强度机制干硬性混凝土联锁护坡砖的配合比设计与普通混凝土配合比设计相比有显著差异，生产过程中应根据原材料的实际情况通过试验确定各个材料的比例关系。本文探讨该混凝土拌合物的配合比设计方案，并对原材料进行了分析，提出了要求，通过以上手段，可有效保证联锁护坡砖的外观和强度，满足工程要求，可供借鉴。
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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
盛陈飞(1982- )，男，工程师； 汪 源(1982- )，女，助理工程师； 王 浩(1986- )，男，助理工程师
TU528
：A
