高強(qiáng)度聯(lián)鎖塊混凝土配制技術(shù)

古茂金，肖承輝，毛戩

（中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510230）

1 工程簡介

安哥拉洛比托港道路堆場工程，共有集裝箱碼頭和礦石碼頭兩個(gè)后方堆場項(xiàng)目，總施工面積42萬多m2，堆場鋪面為高強(qiáng)混凝土聯(lián)鎖塊和路面混凝土，采用尺寸225 mm×112.5 mm×100 mm、四周有2 mm倒角的C60高強(qiáng)混凝土聯(lián)鎖塊，總鋪面面積達(dá)21萬m2，共需預(yù)制聯(lián)鎖塊840萬塊。

根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)格書的要求，混凝土聯(lián)鎖塊抗壓強(qiáng)度平均值應(yīng)大于60 MPa，單塊最小值大于50 MPa，吸水率不超過7%，外觀沒有裂紋、分層、表層粘皮，尺寸偏差、掉角缺陷等在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

2 原材料選用

2.1 水泥

經(jīng)過長時(shí)間的采購、運(yùn)輸，水泥的強(qiáng)度會稍低，在使用前，應(yīng)按實(shí)際強(qiáng)度設(shè)計(jì)配合比。同時(shí)，考慮聯(lián)鎖塊強(qiáng)度要求較高，水泥選用時(shí)從最初的P.O 42.5R水泥，改用現(xiàn)在的P.O52.5R水泥，其物理性能如表1。

2.2 拌和水

選用pH值4～7、含鹽量不得超過0.005 mg/mm3的自來水，禁止使用海水。

表1 水泥物理性能指標(biāo)

2.3 碎石

碎石來源于四航局自行開采的石場，選用粒徑為5～10 mm，風(fēng)化石含量小于1%，針片狀含量小于5%，硫酸鹽含量小于1%的碎石。

2.4 河砂

設(shè)計(jì)要求選用最大粒徑5 mm，含泥量小于2%，云母含量小于2%，輕物質(zhì)含量小于1%，硫酸鹽含量小于0.5%的中粗砂，細(xì)度模數(shù)F.M在2.0～3.5之間。

但是在雨水量少的非洲，河砂短缺，砂中常常含有塊石、泥團(tuán)、樹根、貝殼等等，質(zhì)量控制難度很大，砂的含泥量和最大粒徑經(jīng)常難以符合要求，為此，制造了2套振砂機(jī)對砂進(jìn)行篩分，將塊石、泥團(tuán)、樹枝等雜質(zhì)全部清除，對含泥量過多的砂，在振篩的同時(shí)噴水沖洗，以減輕含泥量，將篩出良好的砂，單獨(dú)堆放，經(jīng)試驗(yàn)檢測合格后再使用。

2.5 石粉

四航局采石場遺留下來的棄材，粒徑0.075～2.36 mm，堆積密度1534 kg/m3，且儲量豐富，骨料的主要物理性能指標(biāo)見表2。

2.6 混合骨料匹配比例

當(dāng)?shù)睾由岸倘?，且質(zhì)量較差，而碎石和石粉的儲量豐富，價(jià)格便宜，考慮經(jīng)濟(jì)成本，盡量減少砂的用量，增加碎石和石粉的用量，經(jīng)多次匹配試驗(yàn)，選擇序號5為最佳匹配，即堆積密度大、空隙率小的組合，詳見表3。

表2 骨料的主要物理性能指標(biāo)

表3 混合骨料匹配試驗(yàn)

3 聯(lián)鎖塊配制

3.1 聯(lián)鎖塊配合比[1]

3.1.1 聯(lián)鎖塊的配制強(qiáng)度

式中：fcu，k為設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級，MPa；σ為標(biāo)準(zhǔn)差，MPa；考慮聯(lián)鎖塊強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差比較大，以往缺乏相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)值，故取值為5.5。

3.1.2 水泥用量

英標(biāo)BS 6717中規(guī)定最少水泥用量為380 kg/m3，根據(jù)聯(lián)鎖塊廠商以往的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，初步確定要達(dá)到69.0 MPa的配制強(qiáng)度，擬定水泥用量取值范圍450～480 kg/m3。

3.1.3 用水量的選擇

聯(lián)鎖塊用水量的選擇與普通混凝土不同，其混合料是特干硬性混合物，用水量的選擇，除滿足強(qiáng)度要求之外，還應(yīng)滿足塊體成型要求，具體有：

1）水量要使拌合物均勻，無明顯成團(tuán)，色澤均勻，用手抓取料時(shí)，能揉成團(tuán)，不松散，落地即散，脫模后要具有一定的強(qiáng)度，運(yùn)輸過程中不變形、不開裂。

2）用水量過少，則成型困難，容易干裂，水泥得不到充分水化，強(qiáng)度受影響；用水量過多，拌合物粘成團(tuán)，振壓制作時(shí)出水導(dǎo)致塊體粘模、變形，脫模困難，且強(qiáng)度偏差很大。

3）用水量的確定方法，同一配合比，需按不同成型工藝參數(shù)，經(jīng)多次試驗(yàn)，根據(jù)拌合物效果、成型質(zhì)量、廢品率、強(qiáng)度等綜合考慮，得出混合物最佳狀態(tài)時(shí)的含水率范圍，往往需要依賴經(jīng)驗(yàn)來判斷，經(jīng)幾十次試驗(yàn)結(jié)果顯示，含水率最佳范圍是5.3%～6.2%，折算水灰比0.28～0.33。

3.1.4 配合比設(shè)計(jì)

聯(lián)鎖塊混凝土的配合比設(shè)計(jì)除保證足夠的強(qiáng)度之外，還與制作成型的密實(shí)度、外觀質(zhì)量、成品率息息相關(guān)，因此，找出能滿足密實(shí)度最大，循環(huán)時(shí)間最短，生產(chǎn)效率最高，廢品率最低的成型工藝參數(shù)同樣重要。

3.1.4.1 工藝試配

按擬定的水泥用量取值范圍的平均值和初步選定的序號5骨料匹配用量，初定水灰比0.3，進(jìn)行工藝試配，以確定最終的骨料匹配比例和最佳的成型工藝參數(shù)，經(jīng)過幾十次試驗(yàn)、對比，確定骨料的最佳匹配比例為河砂∶石粉∶碎石=2.0∶3.8∶4.2。主要工藝參數(shù)有每板28塊，喂料時(shí)間2 s；布料時(shí)間1 s，布料壓力6 MPa；預(yù)振時(shí)間4 s，預(yù)振壓力13 MPa；強(qiáng)振時(shí)間9 s，振壓力12 MPa；加面料時(shí)間0.7 s，振壓力7 MPa，每板的循環(huán)時(shí)間47 s。

3.1.4.2 強(qiáng)度試配

按不同的水泥用量和最終調(diào)整的骨料匹配比例，以及初定的水灰比、最佳成型工藝參數(shù)，經(jīng)過12次配合比試驗(yàn)、對比，最后選擇既能滿足強(qiáng)度、外觀質(zhì)量要求，又能節(jié)約成本、提高生產(chǎn)效率、降低廢品率的配合編號C為聯(lián)鎖塊的最終配合比，其結(jié)果見表4。

表4 混凝土聯(lián)鎖塊配合比

3.2 磨耗層配合比

聯(lián)鎖塊磨耗層厚度約為2～3 mm，其作用為使聯(lián)鎖塊表面光滑，彌補(bǔ)坑凹，面層耐磨，不起灰，因此，所用的砂，需要篩除大于2.36 mm的顆粒，含泥量小于1%，水泥與砂的比例為1∶2，其濕度應(yīng)與聯(lián)鎖塊配合比一致。

4 生產(chǎn)制作

4.1 成型工藝

1）聯(lián)鎖塊生產(chǎn)前，需檢測各種材料的含水率，換算施工用水，按配合比稱量混合后，從輸送皮帶機(jī)上取樣，用經(jīng)驗(yàn)初步判斷其濕度以滿足成型要求，再檢測混合料的含水率是否在最佳范圍內(nèi)，若發(fā)生偏差，應(yīng)及時(shí)找原因分析改善。

2）按最佳成型工藝參數(shù)制作聯(lián)鎖塊，安排工人在出料口專門檢查聯(lián)鎖塊的外觀質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)脫模時(shí)損壞棱角、表面坑洼凹凸不平、開裂變形的成品時(shí)，及時(shí)取出，重新投入攪拌機(jī)攪拌成型；并用毛刷清掃成品表面的松散顆粒。

3）生產(chǎn)過程中應(yīng)定期標(biāo)定攪拌機(jī)的計(jì)量系統(tǒng)，使誤差在容許范圍內(nèi)；定期檢查模具的磨損，發(fā)現(xiàn)變形應(yīng)及時(shí)更換新模具；調(diào)整喂料、振壓、壓板松緊等措施來保證聯(lián)鎖塊厚度一致。

4.2 養(yǎng)護(hù)、堆垛

聯(lián)鎖塊成型后運(yùn)至堆放棚里風(fēng)干，疊層堆放不宜超過3層，在堆放棚內(nèi)養(yǎng)護(hù)至少24 h后進(jìn)行堆垛，每天定時(shí)淋水養(yǎng)護(hù)，保持潮濕至少14 d。堆垛時(shí)要小心輕放，嚴(yán)禁丟、甩、扔，使塊體缺棱掉角，堆垛不宜過高，每垛5000塊，用塑料薄膜將上部4層封住，避免運(yùn)輸時(shí)倒塌散落。

5 質(zhì)量檢驗(yàn)

5.1 試驗(yàn)評定[2]

兩臺聯(lián)鎖塊成型機(jī)正常情況下每天可制作2.5～3萬塊聯(lián)鎖塊，經(jīng)咨工批準(zhǔn)，以每2萬塊聯(lián)鎖塊為一個(gè)檢驗(yàn)批進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。

1）按照英標(biāo)BS 6717的要求，每批抽取5塊試件，用肉眼觀察外觀質(zhì)量有無裂紋、分層、表層粘皮等，這些缺陷都不允許出現(xiàn)，否則判斷為不合格；同時(shí)，進(jìn)行尺寸偏差檢驗(yàn)，用游標(biāo)卡尺選取4個(gè)代表位置進(jìn)行尺寸測量，精度為1 mm，尺寸偏差允許值：長度±2 mm、寬度±2 mm、厚度±3 mm、掉角兩邊破壞尺寸小于5 mm，垂直度偏差小于2 mm。

尺寸偏差合格率超過90%則評定為優(yōu)良，70%以上評為合格，小于70%時(shí)判定為不合格。

2）每批抽取5塊聯(lián)鎖塊測試吸水率和抗壓強(qiáng)度，在試壓前應(yīng)在（20±5）℃水中浸泡（24±4）h，潮濕狀態(tài)測試，按英標(biāo)BS 6717的步驟進(jìn)行試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度修正系數(shù)為1.24，每批聯(lián)鎖塊28 d抗壓強(qiáng)度平均值均應(yīng)大于60 MPa，單塊最小值大于50 MPa，吸水率不超過7%。

對強(qiáng)度和吸水率檢測不合格的生產(chǎn)批，應(yīng)加倍取樣，從同一批中抽取10塊進(jìn)行復(fù)查，復(fù)查合格后方可使用，但不能被評為優(yōu)良；復(fù)查后仍不合格，則該批聯(lián)鎖塊評為不合格。

3）每批聯(lián)鎖塊需經(jīng)外觀質(zhì)量、尺寸偏差、抗壓強(qiáng)度、吸水率檢測合格后，發(fā)放合格證，準(zhǔn)許出廠使用。

4）不合格品的處理方法：

①若抗壓強(qiáng)度合格，其他指標(biāo)不合格，可由人工分揀，剔除外觀質(zhì)量、尺寸偏差有缺陷的塊體后重新進(jìn)行評定。②若抗壓強(qiáng)度不合格，其他指標(biāo)合格，可按實(shí)際強(qiáng)度降級使用，其應(yīng)用部位應(yīng)經(jīng)設(shè)計(jì)和咨工批準(zhǔn)。

5.2 數(shù)據(jù)分析

1）通過對聯(lián)鎖塊生產(chǎn)4個(gè)月以來的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析顯示，所有批聯(lián)鎖塊的外觀質(zhì)量、尺寸偏差、強(qiáng)度、吸水率都能滿足設(shè)計(jì)要求，其試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 聯(lián)鎖塊試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)分析

2）抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析：

Mfcu-Sfcu=67.5-4.04=63.46 MPa ＞ fcu，k=60.0 MPa ，評定合格；

fcu，min=55.4 MPa ＞ fcu，k-Cσo=60.0-1 × 5.5=54.5 MPa，評定合格。

5.3 鋪面試驗(yàn)段

原洛比托港聯(lián)鎖塊鋪面在使用時(shí)表面磨損較為嚴(yán)重，業(yè)主和咨工很重視新建碼頭堆場的質(zhì)量，為驗(yàn)證自制的聯(lián)鎖塊表面磨耗狀況，按照《港口道路、堆場鋪面設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》[3]的要求在交通頻繁的項(xiàng)目部門口開辟一片面積5 m×5 m的典型施工試驗(yàn)段，表面攤鋪一層薄薄的砂作磨耗層，經(jīng)1個(gè)月交通試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)表面磨損微小，耐磨質(zhì)量合格，經(jīng)咨工、監(jiān)理驗(yàn)收合格，可投入使用。

6 結(jié)語

1）聯(lián)鎖塊的配制應(yīng)結(jié)合工程所在地的原材料狀況，因地制宜，選擇合適的、經(jīng)濟(jì)的材料，除設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)的配合比之外，還應(yīng)將其成型工藝參數(shù)列為重點(diǎn)試配。

2）原材料及成型工藝參數(shù)的波動對聯(lián)鎖塊的質(zhì)量影響很大，生產(chǎn)時(shí)應(yīng)密切注意材料的變化，及時(shí)做出調(diào)整。

3）聯(lián)鎖塊的配制不似普通混凝土具有較完善的配合比設(shè)計(jì)方法，缺乏相關(guān)的資料和經(jīng)驗(yàn)，在配合比設(shè)計(jì)、成型工藝參數(shù)和質(zhì)量驗(yàn)收等方面有待進(jìn)一步探索和完善。

[1]孫立軍.現(xiàn)代聯(lián)鎖塊鋪面[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2000.

[2]BS 6717：part 1，Precast Concrete Paving Blocks[S].

[3]JTJ 296—98，港口道路、堆場鋪面設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].