曹松柏

(中交一航局第四工程有限公司，广东 广州 510000)

1 引 言

塞内加尔捷斯-图巴高速公路项目地处塞内加尔西南部平原区，起于捷斯区的首府捷斯，终点位于久尔贝勒大区最重要的城市图巴，全长为112.931 km。项目所在位置为热带草原性气候，全年平均气温29 ℃，最高气温45 ℃，全年分为旱季和雨季，11月至来年6月为旱季，7月至10月为雨季，降雨量小，对施工影响有限。由于气候干燥，地势平坦，项目所在区几乎无水系网，大部分地方土质表现为砂质(沙类型为风积沙)，但没有内陆河形成的河沙。由于当地材料限制，河砂短缺，采用当地超细砂(风积沙)作为工程材料不但节省项目成本，而且对超细砂在非洲地区工程建设的应用提供经验是十分必要的。

2 配合比设计

2.1 原材料

本设计采用的水泥为当地SAHEL水泥厂生产的CIMENT CEM Ⅰ/42.5。依据CCTP要求骨料最大粒径为25 mm，考虑设计T梁钢筋间距较小和施工要求，本配比采用的粗骨料为3～8 mm：8～16 mm=20∶80的比例掺配，级配良好，表观密度2.97 g/cm3。机制砂采用当地碎石场生产的0～3 mm石屑，细度模数为3.18，颗粒级配良好，表观密度2.99 g/cm3，吸水率1.06%。超细沙粒径主要分布在0.15～0.3 mm之间，占75%以上，颗粒级配不良，表观密度2.61 g/cm3，含泥量小于0.5%，细度模数为1.05。依据CCTP要求，高塑性添加剂为Sika ViscoFlow-21，掺量为0.7%(建议值为水泥用量的0.2%～2.0%)，经试验，各方面性能合格并与水泥适应性良好。混凝土用水采用检验合格的地下水。

2.2 配合比设计

CCTP要求预应力T梁混凝土等级为C35/45，设计出机混凝土坍落度130±30 mm，最小的水泥用量400 kg/m3，本配比根据高性能混凝土的最大水胶比(0.4)和最小胶凝材料用量、坍落度、细骨料细度及混凝土和易性确定水泥用量为430 kg/m3，水用量为174 kg/m3，根据骨料的技术指标、混凝土拌合物性能和施工要求确定砂率为33%，采用质量法确定粗细骨料用量。

2.3 试验目的

本试验主要研究超细砂与机制砂在不同掺配比例(机制砂掺配比例间隔为10%，掺配范围为0～80%)情况下的混凝土和易性能，并对比其3 d、7 d和28 d抗压强度及抗折强度，确定最佳掺配比例。通过力学性能结果分析细骨料级配对设计T梁混凝土早期强度和后期强度的影响程度，建立拟合曲线及数学关系式，为T梁后续施工工序提供参考依据。

3 试验内容

3.1 拌合物和易性检测

不同机制砂掺配比例混凝土拌合物和易性能试验结果统计结果见表1。

表1 不同掺配比例机制砂的混凝土和易性能统计表

3.2 混凝土力学性能检测

检测T梁混凝土的抗压强度及抗折强度，所用试模尺寸为150 mm×150 mm×150 mm(抗压)和150 mm×150 mm×550 mm(抗折)，养护条件为标准养护，检测混凝土力学性能龄期为3 d、7 d、28 d，采用DYE-2000 s液晶显示电动升降压力试验机和WAW-600B微机控制电液伺服万能材料试验机分别检测混凝土抗压和抗折强度，仪器最大量程、精度及加荷速率均满足规范要求。混凝土力学性能检测结果见表2。

表2 不同掺配比例机制砂的混凝土力学性能统计表

4 结果分析

4.1 和易性分析

由表1可知，全部用超细砂配制混凝土时和易性很差，并且可观察到的细骨料很少，存在泌水现象，坍落度不能满足设计要求。通过增加机制砂掺量来改变混凝土和易性，当比例为20%～40%情况下和易性最好，并且坍落度符合设计要求。这是因为随着机制砂掺量增加，改变了细骨料的颗粒级配，细骨料由单一粒径逐渐变成连续级配，使得混凝土和易性变好。当机制砂掺量大于50%时，粘聚性逐步降低，坍落度不能满足设计要求。主要原因随着机制砂掺量增加需水量增大，机制砂中的石粉吸水性大，保水性强，吸收一部分水，颗粒间自由水减少，同时对减水剂也有一定的吸附作用，使得混凝土松散，坍落度达不到设计要求。

4.2 力学性能分析

由表2可知，全部用超细砂配制混凝土时，混凝土力学性能较低，达不到设计要求，掺机制砂后混凝土中细骨料细度模数变大，抗压强度及抗折强度均有所提高。且当掺量为20%时抗压强度和抗折强度最大，这是由于改变级配后各级骨料均得到下一级骨料的良好填充，使混凝土内部形成合理的骨架密实结构。之后呈现下降趋势，原因为机制砂掺量增加后使得0.08以下细颗粒也增加，而水泥用量不足以与细骨料充分接触(细颗粒约束部分水泥)，强度降低。本项目T梁混凝土设计目的是在满足抗压强度的情况下得到最佳的抗折强度。通过对机制砂掺量为20%时混凝土抗压强度与抗折强度的数学拟合发现二者有着很好的相关性。

4.3 级配对混凝土不同龄期强度的影响

由表1可知，机制砂掺量为20%时T梁混凝土3 d和7 d的早期强度最大，后期28 d强度也增长较快，曲率较大；机制砂掺量为小于20%和大于50%时T梁混凝土早期强度较小，后期强度增长较慢，曲率较小，原因为骨料级配对水泥早期及后期的水化反应充分性有影响。

通过对设计T梁混凝土力学性能早期强度及后期强度发展的曲线进行拟合，得到了良好的机制砂掺量为20%的混凝土龄期发展曲线(图1)，混凝土强度龄期发展曲线数学关系式为：Y=7.877 1 ln(x)+32.49，R2=0.973 3。

图1 机制砂掺量为20%时混凝土不同龄期强度曲线

5 结 论

(1)机制砂掺量小于20%时，所设计的T梁混凝土黏聚性差、保水性能差并且坍落度不符合设计和施工要求；机制砂掺量在20%～40%之间时，和易性最好，含砂量适中，坍落度能够满足设计要求；掺量大于40%时，粘聚性一般，并且坍落度随着掺量增加而减小，较难满足设计和施工要求。

(2)机制砂掺量小于20%和大于40%时，较难满足设计要求或混凝土强度富裕系数较小，当机制砂掺量为20%～40%时，混凝土强度能够满足设计强度要求。

(3)机制砂掺量为20%～40%时级配良好，早期强度高，并且后期强度增长较快，能够满足后续T梁混凝土张拉工序，考虑资源限制及原材料的经济性，本工程T梁混凝土配合比采取机制砂掺量为20%。