■李同飞

(1.福建省交通建设质量安全监督局，福州　350001；2.河海大学港口海岸与近海工程学院，南京　210098)



机制砂在港口工程中的运用

■李同飞1,2

(1.福建省交通建设质量安全监督局，福州350001；2.河海大学港口海岸与近海工程学院，南京210098)

摘要港口工程混凝土具有耐海水腐蚀，防止钢筋锈蚀的性能，施工要求混凝土具有较好的和易性，因此对混凝土配置要求较高，常规港口一般采用河砂作为细骨料，但随着城镇化建设的发展，现有的天然河砂已经不能满足工程的需求，使用机制砂已成大势所趋。本文主要结合现有在建工程浅述机制砂在港口工程的使用，并取得成功的经验，可供同类港口工程借鉴。

关键词港口工程机制砂混凝土河砂含泥量石粉

1　引言

机制砂是由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石颗粒。机制砂配置混凝土现均已在房建、公路以及水电站工程中得到应用，且取得较好的效果[1]。本文结合福州港松下港区牛头湾作业区12#、13#泊位工程沉箱预制使用机制砂配置混凝土所取得的成功经验阐述如下：

2　机制砂成分分析

机制砂与河砂相比，具有显著特点。机制砂颗粒表面粗糙，多棱角，且机制砂大多数级配不良，0.630～ 315mm级配颗粒较少，机制砂与天然砂最显著的区别是机制砂中含有大量粒径小于0.075mm的颗粒，但机制砂中小于0.075mm的颗粒与河砂中小于0.075mm的颗粒性质完全不同。河砂中的泥粉对混凝土的稳定性及耐久性都有不利影响，但机制砂中的细小颗粒为石粉，石粉的物理化学性质与母岩完全相同，且大量研究表明，适量的石粉对机制砂混凝土的工作性和强度无不利影响[2-4]。本工程所采用的机制砂(Ⅱ类)石粉含量、亚甲蓝MB值等经试验，能够满足规范要求[5]。

3　混合砂混凝土配置[6]

本工程所采用的机制砂为母岩破碎、筛分后，经过5道水洗工艺去除杂质而成，导致机制砂中较细颗粒基本被水冲洗掉，为保证混凝土细骨料的级配，本工程采用机制砂与细河砂(细度模数约为1.6～1.7)按照7:3(重量比)的比例配置混合砂作为混凝土的细骨料，配置后的混合砂的细度模数在2.4～2.8之间，符合水工工程混凝土配置关于混凝土细骨料的配置要求。

3.1原材料选用

(1)水泥：采用台泥水泥产生产的P.O42.5级水泥，水泥的物理性质如表1：

表1　水泥的物理性质

(2)粗骨料：采用福州市长乐市牛头山产石灰岩碎石，沉箱混凝土采用5～25mm级配碎石。

(3)细骨料：采用福州松下码头有限公司产机制砂与外购闽江细河砂按照7:3(重量比)拌制混合砂作为混凝土的细骨料。所配置的混合砂细度模数为2.4～2.8。混合砂各项检测指标如表2：

表2　混合砂各项检测指标

(4)减水剂：采用福建省亿方建材有限公司产JG-2高效减水剂(均为萘系)。

(5)水：自来水。

3.2机制砂混凝土配合比设计

混凝土配合比设计根据港口工程混凝土在达到设计要求的强度后，突出耐久性的要求。混凝土配合比设计如表3：

表3　机制砂混凝土配合比

4　机制砂混凝土在港口工程中的应用

本工程机制砂混凝土主要应用于沉箱预制以及胸墙浇筑中，现阶段正应用于沉箱预制的混凝土中，本工程沉箱结构为C40钢筋混凝土结构，且沉箱处于码头的水位变动区，对混凝土的耐久性要求较高，尤其是混凝土的耐腐蚀性及抗氯离子渗透的性能必须符合水运工程相关规范要求。

4.1混凝土耐久性

在混凝土施工前，制作2组机制砂混凝土标准试块(150mm×150mm×150mm)分别在养护室以及施工现场同等条件下进行养护，经检测其90天电通量均在1000～1250C(库伦)之间。满足水运工程混凝土规范规定的抗氯离子渗透不应大于2000C(库伦)的要求[7]。

4.2混凝土强度

根据规范要求，沉箱构件混凝土浇筑完成28天后混凝土强度必须达到设计要求的40MPa。构件浇筑完成28天后，利用取芯机对不同浇筑时间、不同高度的混凝土进行取芯检测，检测相关数据见表4。

表4　芯样(实体检测)抗压强度值

通过实体检测发现，按机制砂配合比拌制的混凝土强度好，经过分析，混凝土强度较高主要得益于机制砂中少量的石粉可以与水泥中的C3A和C4AF发生化学反应，产生具有一定胶凝能力的碳氯酸盐复合物，对机制砂混凝土强度发展有一定的贡献。

4.3构件表观

应用机制砂混凝土浇筑的沉箱构件，在拆模后表观平滑、密实，无蜂窝、麻面、纱斑等质量通病，究其原因是配制的机制砂混凝土和易性较好，施工可操作性高，在混凝土浇筑施工过程中，混凝土未出现离析现象，加上施工过程中振捣到位，因此混凝土表面观感质量较高。

5　机制砂混凝土的优势

5.1取材优势

普通混凝土所采用的中粗砂(河砂)由于天然资源较少，且政府基于自然环境的考虑，对河砂的采集采取了控制性的措施，加上福建省内砂源基本处于闽江口，距离本工程较远，物流费用高，造成中粗砂的单位成本较高；由于本工程所采用的机制砂为本工程后方山体开采加工生产形成，距离工程地点近，物流费用低，且机制砂自身成本也较河砂成本低。因此机制砂在本工程中的应用在一定程度上具有较大的优势。

5.2耐久性优势

根据相关研究表明，中低强度机制砂混凝土由于细集料中含有少量的石粉，可以明显改变机制砂混凝土的工作性能，明显提高混凝土的抗压强度，且研究表明中低强度机制砂混凝土在石粉含量高于5％时，机制砂混凝土的氯离子扩散系数迅速降低。上述两项研究表明机制砂混凝土的使用对于港口工程中混凝土的耐久性有较好的提高。本工程中的混凝土主要为C40混凝土属于中低强度混凝土，因此采用机制砂作为混凝土的细集料对提高混凝土耐久性具有一定的优势。

6　成本分析

由于本工程采用机制砂与河砂细砂按照7:3的比例拌合的混合砂作为沉箱混凝土的细集料，且港口工程使用机制砂的案例较少，因此实验室根据沉箱混凝土标号及相关设计规定分别设计机制砂混凝土的配合比及普通混凝土配合比分析机制砂混凝土的成本。机制砂混凝土配合比见表3，普通混凝土配合比见表5：

表5　普通混凝土(河砂)配合比

通过比较表3、表5数据发现，机制砂混凝土与普通混凝土的石子、减水剂及粉煤灰用量基本相差不大。因此成本分析时不考虑上述三因素。通过市场调查表明，现阶段福州市场P.O42.5水泥单价为300元/t，机制砂单价为55元/t，细度模数1.5～1.7河砂单价为85 元/t，细度模数2.4～2.6河砂单价为115元/t。

机制砂(混合砂)混凝土单价为：300×337/1000+ 55×743×0.7/1000+85×743×0.3/1000=148.65元/m3

普通砂混凝土单价为：300×306/1000+115×730/1000=175.75元/m3

综上，从施工成本角度考虑，机制砂(混合砂)混凝土较普通砂混凝土性价比高。

7　机制砂(混合砂)拌制混凝土需注意的事项

由于机制砂生产过程的种种因素导致机制砂的细度模数以及级配会出现一定的差异，因此在拌制混凝土前应对每一批次的机制砂均应检测其细度模数及级配，根据机制砂的细度模数适当调整细砂的掺量。

由于机制砂中含有少量石粉，石粉较普通河砂吸水率要高，拌制混凝土前应对机制砂及细河砂的含水率进行检测，适当调整混凝土中水的用量。

8　结语

该工程沉箱预制混凝土采用机制砂(混合砂)混凝土得以成功运用，并取得宝贵经验，对机制砂(混合砂)混凝土在港口工程中运用具有重大意义。但是单纯机制砂混凝土也存在一定的局限性，如级配较差，石粉含量等因素制约机制砂混凝土在港口工程中的应用。因此，本工程在机制砂中掺加少量细河砂弥补机制砂的级配缺陷，对机制砂混凝土能够在港口工程中广泛推广应用迈出了坚实的一步。

参考文献

[1]机制砂生产现状与发展[J].矿冶,2001,10(4):38-42.

[2]蔡基伟,胡晓曼,李北星.石粉含量对机制砂混凝土工作性与抗压强度的影响[A]//中国硅酸盐学会水泥分会水泥化学专业委员会.第九届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文汇编(上卷)[C].广州:华南理工大学,2005:499-503.

[3]曹盛明,张东长,邱俊.石粉含量对中低强度机制砂混凝土性能的影响[J].工程建设,2007,39(5):47-50.

[4]叶玉满.石粉含量对机制砂混凝土工作性与抗压强度的影响研究[J].江西建材,2016(1):1-1.

[5]GB/T14684-2011,建设用砂[S].北京:中国标准出版社,2011.

[6]JTS 202-2-2011,水运工程混凝土质量控制标准[S].北京:人民交通出版社,2011.

[7]JTJ275-2000,海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范[S].北京:人民交通出版社,2001.