肯尼亞內(nèi)羅畢ICD聯(lián)鎖塊混凝土性能研究

瞿東明, 劉 劍，夏京亮，鄔林宏，周永祥*，邵 權(quán)，賀 陽

(1. 中交第二公路工程局有限公司，西安 710065；2. 中國建筑科學研究院，北京 100013)

肯尼亞內(nèi)羅畢集裝箱內(nèi)陸港擴建項目(ICD)是對既有集裝箱內(nèi)陸港進行擴建改造，堆場鋪面結(jié)構(gòu)采用高強聯(lián)鎖塊鋪面，這也是目前在港口、堆場上應用較多的一種鋪面形式。其屬于路面磚體系的一種，面層按特定的方式鋪設高強度的混凝土預制塊，塊體之間的縫隙由砂填灌而成，塊體排列緊密，在外荷載作用下，塊體下相互連鎖擴散荷載，而不是傳統(tǒng)的單獨受力方式，承載模式更加合理。此外，聯(lián)鎖塊鋪面不僅價格低廉，而且易于施工，還具有可重復使用、維修少抗滑和抗溫度變形性能好等優(yōu)點，在歐洲、美洲、日本等國家均得到廣泛使用[1]。但國內(nèi)目前對連鎖塊混凝土的抗壓強度和耐磨性能研究較少，更多的是從聯(lián)鎖塊混凝土配制，聯(lián)鎖塊鋪設施工角度研究[2-8]，這也制約了聯(lián)鎖塊的應用。本文從水灰比、機制砂河砂比例、混合砂細度模數(shù)、混合砂石粉含量的角度，研究了聯(lián)鎖塊混凝土抗壓強度和耐磨性能。

1 試驗材料與方法

圖1 細骨料級配Fig.1 Gradation of fine aggregate

1.1 試驗原材料

水泥：肯尼亞Bamburi水泥廠(拉法基控股)生產(chǎn)CEM Ι 52.5水泥，相當于國標P·Ⅱ 52.5，初凝160 min，終凝235 min，28 d抗折和抗壓強度分別為9.4 MPa、56.3 MPa。粗骨料：項目部生產(chǎn)5～10 mm碎石，響巖，表觀密度2 620 kg/m3。機制砂：項目部生產(chǎn)機制砂，石粉含量12.1%，MB值0.75，細度模數(shù)2.6，級配見圖1。河砂：肯尼亞當?shù)睾由?，表觀密度2 650 kg/m3，堅固性3.3%，含泥量2.4%，細度模數(shù)2.7，級配見圖1。

1.2 試驗方法

表1 試驗基準配合比 Tab.1 Test mix ratio kg/m3

混凝土抗壓強度依據(jù)GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行試驗，耐磨性能依據(jù)JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》進行試驗，抗壓和耐磨試塊尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，每組3個試塊，測試齡期均為28 d。試驗基準配合比見表1。

2 結(jié)果與分析

圖2 水灰比對聯(lián)鎖塊性能的影響Fig.2 Effect of water cement ratio on performance of antithetical interlocking block

2.1 水灰比的影響

采用基準配合比，固定水泥用量，通過用水量的變化調(diào)整水膠比，水灰比分別為0.26、0.28、0.30、0.32、0.34，相應的用水量分別為143 kg/m3、154 kg/m3、165 kg/m3、176 kg/m3、187 kg/m3，研究水灰比對聯(lián)鎖塊混凝土性能的影響，試驗結(jié)果見圖2。

圖3 機制砂河砂混合比例對聯(lián)鎖塊 混凝土性能的影響Fig.3 Effect of mixing ratio of machine-made sand and river sand on performance of interlocking block concrete

由圖2的試驗結(jié)果可知，聯(lián)鎖塊混凝土的抗壓強度和耐磨性能均與水灰比密切相關，隨著水膠比的增大，聯(lián)鎖塊混凝土抗壓強度顯著降低，混凝土單位面積磨耗量逐漸增大，主要原因為混凝土凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生的空隙，而水灰比和用水量是決定混凝土孔隙率最直接的因素，用水量增多，水灰比增大，體系密實度降低，孔隙率增大，從而界面粘結(jié)減弱，耐磨性下降。

2.2 機制砂河砂混合比例

圖4 混合砂細度模數(shù)對聯(lián)鎖塊混凝土性能的影響Fig.4 Influence of fineness modulus of mixed sand on properties of interlocking block concrete

機制砂為項目部自己生產(chǎn)，而河砂由于肯尼亞環(huán)保方面的法律規(guī)定無法自采，只能通過外購，成本較高。因此，聯(lián)鎖塊混凝土配比考慮盡量多采用機制砂，機制砂通常還有一定量的石粉，可能會影響聯(lián)鎖塊混凝土的耐磨性能。研究采用基準配合比，機制砂與河砂混合比例分別為10:0、6:4、5:5、4:6、0:10，試驗機制砂與河砂混合比例對聯(lián)鎖塊混凝土性能的影響，試驗結(jié)果見圖3。由圖3的試驗結(jié)果可知，聯(lián)鎖塊混凝土抗壓強度與機制砂河砂混合比例相關性不大。抗壓強度最高的為機制砂河砂比例5:5組，為71.7 MPa；最低的為純機制砂組，其抗壓強度為66.1 MPa，相差5.6 MPa；五組聯(lián)鎖塊混凝土的單位面積磨耗值在0.88～1.2 kg/m2之間，磨耗值最低的為機制砂河砂比例6:4組。

2.3 混合砂細度模數(shù)的影響

保持機制砂與河砂混合比例6:4不變，將機制砂與河砂篩分后配制成細度模數(shù)分別為2.1、2.4、2.7、3.0、3.3的混合砂，采用基準配合比，研究細度模數(shù)對聯(lián)鎖塊混凝土性能的影響，試驗結(jié)果見圖4。由圖4的試驗結(jié)果可知，混合砂細度模數(shù)對聯(lián)鎖塊混凝土的抗壓強度有一定影響。隨著細度模數(shù)的減小，抗壓強度有下降的趨勢。細度模數(shù)2.7以上時，下降趨勢比較明顯；細度模數(shù)2.7以下，下降趨于穩(wěn)定。細度模數(shù)3.3的混凝土抗壓強度比細度模數(shù)2.1高出5.8 MPa。

聯(lián)鎖塊混凝土的磨耗值隨著混合砂細度模數(shù)的減小逐漸增大，可能是因為混凝土的耐磨性與細骨料粒徑有關，粗的細骨料比細的細骨料耐磨，漿體作用粗的細骨料的握裹力大，磨損過程中相對不容易脫落。在界面黏結(jié)強度偏差不是很大的范圍內(nèi)，細度模數(shù)對混凝土耐磨性的影響起主導地位，細度模數(shù)越大，耐磨性越好[9]。

圖5 混合砂石粉含量對聯(lián)鎖塊混凝土性能的影響Fig.5 Influence of mixed sand powder content on performance of interlocking block concrete

2.4 混合砂石粉含量的影響

保持機制砂與河砂混合比例6:4不變，通過篩出機制砂中的石粉和將篩出的石粉加到混合砂中調(diào)整混合砂石粉含量分別為4%、7%、10%、13%、16%、19%，采用基準配合比，研究石粉含量對聯(lián)鎖塊混凝土性的影響，試驗結(jié)果見圖5。由圖5的試驗結(jié)果可知，隨著石粉含量的增大，聯(lián)鎖塊混凝土的抗壓強度呈先增大后減小趨勢，石粉含量10%時抗壓強度最大；同時隨著石粉含量的增加，聯(lián)鎖塊混凝土磨耗量增大，石粉含量小于13%時，磨耗量增大趨勢明顯，大于13%時磨耗量增大趨勢趨于穩(wěn)定。

3 結(jié)論

(1)聯(lián)鎖塊混凝土的抗壓強度和耐磨性能均與水灰比密切相關，隨著水膠比的增大，聯(lián)鎖塊混凝土抗壓強度顯著降低，混凝土單位面積磨耗量逐漸增大；

(2)聯(lián)鎖塊混凝土抗壓強度與機制砂河砂混合比例相關性不大；聯(lián)鎖塊混凝土的抗壓強度隨著混合砂細度模數(shù)的減小，有下降的趨勢，磨耗值隨著混合砂細度模數(shù)的減小逐漸增大；

(3)隨著石粉含量的增大，聯(lián)鎖塊混凝土的抗壓強度呈先增大后減小趨勢，石粉含量10%時抗壓強度最大；隨著石粉含量的增大，聯(lián)鎖塊混凝土磨耗量增大。