王 斌

( 中交路桥华东工程有限公司，上海 201201)

当前，我国正在积极推进“一带一路”倡议，肯尼亚是“一带一路”倡议东非布局的首站，而蒙内铁路是我国企业在肯尼亚承建的重要工程项目。蒙内铁路是连接东非最大港口城市蒙巴萨和首都内罗毕的标轨铁路，采用中国国铁一级标准进行设计施工，并由中国企业负责运营管理。蒙内铁路是中非从此区域合作起步，共同建设非洲高速铁路、高速公路和区域航空三大网络的重大项目。东非地区乃至非洲实现互联互通，将对非洲国家经济发展起到重要支撑作用。

蒙内铁路的修筑对于肯尼亚具有非凡的意义，同时也可以推动国家“一带一路”倡议在东非地区乃至非洲地区的落地开花，因此蒙内铁路的施工质量受到各方关注，而混凝土工程质量对于工程质量起到了决定性作用，但是肯尼亚当地混凝土原材料与国内差异较大，在实际施工过程中需要开展试验研究工作，以充分利用肯尼亚当地材料，降低工程施工成本，保证工程工期，确保混凝土满足国内标准要求[1-5]。肯尼亚当地特细砂分布较为广泛，但是由于特细砂细度较细，影响混凝土工作性能和力学性能。该文从特细砂与机制砂复合掺配，骨料预处理等角度，开展了试验研究工作，以期推动特细砂在蒙内铁路中的应用。

1 试 验

1.1 原材料

1)水泥：肯尼亚当地水泥厂生产的CEM I 42.5水泥(参照欧盟标准EN197)，3 d和28 d抗压强度分别为31.6 MPa、53.2 MPa，初凝时间179 min，终凝时间290 min，比表面积370 m2/kg，化学成分见表1。

2)粉煤灰：国内进口过去的I级粉煤灰，粉煤灰细度9.2%(45 μm筛余)，需水量比95%，28 d活性指数76%。

表1 水泥的化学成分 w/%

3)碎石：蒙内铁路沿线项目部自有采石场生产的5～13 mm和10～19.5 mm碎石，掺配比例4∶6，密度2 970 kg/m3，饱和面干吸水率为2.5%，碎石如图1所示。

4)砂：肯尼亚当地特细砂，细度模数1.1，含泥量1.9%，试验用特细砂如图2所示；机制砂为蒙内铁路项目部自产，玄武岩母岩，细度模数3.2，石粉含量10%。

5)减水剂：国内聚羧酸高性能减水剂，减水率30%，含固量26.9%。

1.2 方法

1)混凝土拌合物性能试验按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080—2016测试混凝土坍落度与1 h坍落度、含气量、泌水率。

2)抗压强度，按照《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T50081—2019测试混凝土抗压强度，试件尺寸为150 mm×150 mm×150 mm，测试龄期为3 d、7 d、28 d、56 d。

2 结果与分析

2.1 特细砂与机制砂复掺

采用项目部生产的机制砂与特细砂复合掺配，主要考虑是项目部生产的机制砂细度较粗，颗粒级配上两头大，中间小，缺少0.30～1.18 mm之间的颗粒，因此特细砂与机制砂复掺使用一方面改进了机制砂级配，另一方面将特细砂资源用到了工程中，试验配合比见表2。混凝土配合比参数均一致，胶凝材料用量378 kg/m3，粉煤灰掺量19%，水胶比0.395，混凝土砂率随着特细砂比例的下降，复合砂细度提高，砂率适当增大。设计特细砂和机制砂复掺比例不同，特细砂∶机制砂比例设计分别为10∶0、7∶3、5∶5和3∶7，不同复掺比例混凝土的工作性能和抗压强度试验数据见表3。

结合表2和表3的试验结果可知，在相同的外加剂用量的情况下，随着复合砂中机制砂比例的增加，混凝土初始坍落度呈现增加趋势，后略微下降，特细砂和机制砂掺配比例10∶0、7∶3、5∶5和3∶7，混凝土初始坍落度分别为175 mm、190 mm、215 mm、200 mm，可见特细砂和机制砂掺配比例5∶5时坍落度最大，另外特细砂和机制砂掺配比例5∶5和3∶7时，混凝土可以满足泵送施工要求，而另外两个掺配比例只能采用吊斗施工方式。不同特细砂和机制砂掺配比例的混凝土1 h后的坍落度损失均较大，1 h后四组混凝土坍落度在110～130 mm之间，为保证混凝土满足施工要求，应在减水剂的减水和保塌成分的比例掺配上做进一步调整。

表2 与机制砂复掺配合比

表3 不同机制砂复掺比例混凝土拌合物性能及抗压强度

随着复合砂中机制砂比例的增加，混凝土的泌水率呈现先下降后升高的趋势，特细砂和机制砂掺配比例5∶5时混凝土泌水率最小，为15%，相比于特细砂和机制砂掺配比例10∶0的混凝土泌水率下降了60%。混凝土含气量随着复合砂中机制砂比例的增加逐渐增大，特细砂和机制砂掺配比例10∶0、7∶3、5∶5和3∶7，混凝土含气量分别为2.5%、2.8%、3.2%、3.4%，对于普通铁路混凝土而言，标准《铁路混凝土》TB/T3275要求含气量在2%～4%之间，可见，各个特细砂和机制砂掺配比例的混凝土含气量均满足标准要求。如果考虑将特细砂用于冻融环境和盐类结晶环境下，需要通过加入专用引气剂开展专门试验，确保混凝土含气量超过4%。

随着复合砂中机制砂比例的增加，混凝土抗压强度呈现下降趋势，28 d龄期时，特细砂和机制砂掺配比例3∶7，相比掺配比例10∶0、7∶3、5∶5分别下降了11.9%、8.2%、6.2%；56 d龄期时，特细砂和机制砂掺配比例3∶7，相比掺配比例10∶0、7∶3、5∶5分别下降了6.0%、2.7%、2.4%。

可见，通过掺配项目部生产的机制砂，特细砂混凝土的坍落度得到提高，泌水率下降，含气量满足标准要求，但是抗压强度略有降低。可能的原因为，通过在特细砂中掺配机制砂，复合砂的级配相比于单独使用特细砂和机制砂得到极大的改善，孔隙率降低，需要填充空隙的浆体量降低，多出的浆体量则起到了提高混凝土工作性能的作用，但是由于浆体体积相对增加，造成混凝土中薄弱环境增加，另外机制砂中含有大量的石粉，其用量增加意味着浆体中的惰性成分增加，因此混凝土抗压强度随着机制砂用量的增加呈现了下降趋势。

2.2 粗骨料预处理对特细砂混凝土性能的影响

由于肯尼亚当地很多碎石饱和面干吸水率较大，本次试验采用的碎石吸水率即为2.5%，较大的吸水率使得拌合用水损失较快，混凝土坍落度保持难度大，同时影响着混凝土的力学性能和耐久性能。为保证特细砂在工程中的应用，研究采用预处理技术措施改进大吸水率骨料，保证混凝土性能，试验研究采用K3混凝土配合比，特细砂和机制砂掺配比例5∶5。

试验研究采用的预处理技术措施包括预湿和预裹水泥浆。预湿处理是在粗骨料配制混凝土之前，用拌合水将其润湿，在混凝土拌合时减掉碎石中的含水，即是扣除碎石质量乘以饱和面干吸水率的水。粗骨料预裹水泥浆又称为造壳工艺处理技术，即在混凝土搅拌时，首先拌合浆体，然后加入粗骨料，使得粗骨料裹附一层浆体，以加强粗骨料表面强度，降低粗骨料吸水率。预湿和预裹水泥浆两种预处理技术处理后的骨料吸水率试验数据见表4。

表4 不同预处理措施与骨料吸水率

从表4不同预处理技术对骨料吸水率影响的试验结果可知，通过预湿工艺对于骨料吸水率没有影响，预湿工艺仅仅是改变了骨料吸水的时间，在混凝土拌合之前提前吸水，减少了骨料对减水剂的吸附，从而改善混凝土工作性能。对于预裹水泥浆技术措施，随着预裹水泥浆水胶比的降低，骨料吸水率呈现下降的趋势，预裹水泥浆水胶比分别为1.0、0.8、0.6，处理后的骨料吸水率分别为2.0%、1.8%和1.4%，说明较低的预裹水泥浆水胶比能够降低骨料吸水率；预裹水泥浆相同的水胶比下，随着粉煤灰掺量的降低，骨料吸水率增大，粉煤灰掺量分别为30%、20%、10%，骨料吸水率分别为1.8%、2.1%、2.3%，主要是由于粉煤灰颗粒粒径较小，可以较好地填充骨料的开口孔隙，降低骨料吸水率。

表5 骨料预处理方式对混凝土性能的影响

由表5骨料预处理方式对混凝土性能的影响试验结果可知，通过骨料预湿工艺处理后配制的混凝土，初始坍落度略有提高，1 h坍落度损失得到较大的改进，同时泌水率由处理前的15%下降至11%，泌水减小明显，另外预湿处理还提高了混凝土抗压强度，以28 d龄期为例，处理前混凝土抗压强度为45.1 MPa，预湿工艺处理后抗压强度为46.7 MPa，说明骨料预湿处理工艺处理效果较好，值得在实际工程中推广应用。

由试验结果可知，预裹水泥浆技术措施对于混凝土坍落度提高明显，五组预裹水泥浆技术处理后的骨料配制的混凝土初始坍落度均大于220 mm，可以较好地满足泵送混凝土施工要求。对于1 h的混凝土坍落度保持而言，较低的预裹水泥浆水胶比效果较佳。预裹水泥浆水胶比分别为1.0、0.8和0.6，1 h后混凝土坍落度分别为180 mm、190 mm、210 mm。对于预裹水泥浆水胶比0.6组的混凝土，坍落度几乎没有损失。预裹水泥浆中的粉煤灰掺量对于混凝土坍落度保持影响不大，三组混凝土的1 h坍落度均在180 mm左右。预裹水泥浆处理技术能够降低混凝土泌水，对比K3组和K7组可知，通过预裹水泥浆处理的骨料配制的混凝土，泌水率降低了33.3%。骨料预裹水泥浆处理技术对于混凝土含气量影响较小，五组预裹水泥浆处理骨料配制的混凝土含气量均在3.1%～3.6%之间，随着预裹水泥浆中粉煤灰掺量的下降，混凝土含量呈现下降趋势，粉煤灰掺量分别为30%、20%、10%时，混凝土含气量分别为3.6%、3.2%和3.1%。骨料预裹水泥浆处理后对于混凝土抗压强度提升效果较为明显，对比K3组和K7组可知，通过预裹水泥浆处理的骨料配制的混凝土，7 d龄期抗压强度提高了9.6%，28 d龄期提高了13.1%。

总体而言，预裹水泥浆技术措施提高了混凝土坍落度，降低了坍落度经时损失，降低了混凝土泌水率，具有满足标准要求的含气量，同时提高了混凝土抗压强度。主要原因是，通过预裹水泥浆技术处理后，使得骨料表面具有一层强度较高的壳体，降低了骨料吸水率，另外强度较高的壳体替代了原本薄弱的骨料浆体界面过渡区，进一步改善了混凝土性能。

2.3 特细砂混凝土工程应用

肯尼亚当地特细砂资源较少，经过特细砂与机制砂复合对混凝土性能影响试验以及大吸水率骨料处理措施试验研究，把特细砂用于了肯尼亚蒙内铁路施工中，主要配制的混凝土强度等级包括C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50等，应用部位包括涵洞基础、涵洞墙身、盖板、桥梁基础、桥墩、桥台等，充分利用了肯尼亚当地低品位混凝土原材料，降低了施工成本，保证了施工进度，同时确保了混凝土工程质量，具有显著的社会和经济效益。

3 结 论

a.通过在特细砂中掺配机制砂，复合砂的级配相比于单独使用特细砂和机制砂得到极大的改善，孔隙率降低，随着复合砂中机制砂比例的增加，混凝土初始坍落度呈现增加趋势，后略微下降，混凝土的泌水率呈现先下降后升高的趋势，混凝土抗压强度呈现下降趋势。

b.预湿工艺对于骨料吸水率没有影响，预湿工艺改变了骨料吸水的时间，在混凝土拌合之前提前吸水，减少了骨料对减水剂的吸附，从而改善混凝土工作性能。

c.预裹水泥浆技术措施提高了混凝土坍落度，降低了坍落度经时损失，降低了混凝土泌水率，具有满足标准要求的含气量，同时提高了混凝土抗压强度。