浅谈肯尼亚地区的混凝土配比选择

浅谈肯尼亚地区的混凝土配比选择

吴荣

吴荣

中国路桥工程有限责任公司北京100011

摘要：随着“一带一路”战略发展，大量工程建设在肯尼亚地区展开，混凝土用量日益增多，但是肯尼亚本地因原材料差别，工业基础薄弱，生产力水平落后，且一直没有肯尼亚自成体系的混凝土相关行业标准。本文结合肯尼亚铁路工程混凝土试验检验经历简要介绍了中国规范与当地实际情况结合的混凝土相关技术要求和配比调整。

关键词：配合比；混凝土；地材；调整

一、概论

肯尼亚蒙内铁路项目是东非大地第一条现代化标轨铁路，蒙内铁路将中国的建设标准推向非洲，首次将涵盖了铁轨、机车、附属配套设施等全套中国铁路标准出口到海外。在轨道方面，全面采用中国标准，设计客运速度120公里/h，货运速度80公里/h，蒙内铁路是肯尼亚当地投入使用的首条标准轨铁路（轨距1.435米），一改之前肯尼亚的“米轨”铁路（轨距1米），扩充运力和运速，将为客运和货运提供一个更安全、快速和廉价的交通渠道；项目集“中国标准、中国装备、中国技术、中国管理”为整体，是中国铁路、中国标准“走出去”早期落成的旗舰项目，蒙内铁路建设的质量直接关系到国家基础建设的形象和能力，通过研究肯尼亚铁路建设特点，适应性改变管理理念，通过管理手段，研究提出完善针对性强、可操作性强的管理方法，全面保障蒙内铁路的工程质量优良。所以蒙内铁路属地化混凝土研究有重要的实际意义。

肯尼亚东南濒临印度洋，气候以雨季和旱季为主，因此当地多为季节性小河沟，可选用的河砂较少。但肯尼亚地区大多为火山地质，火山碎屑经风化，局部地区形成了天然的山砂层，当地山砂多为褐色颗粒，质地坚硬、杂质含量少，山砂经筛选后细度模数在2.3-3.0之间。所以在本地施工所用的混凝土的材料使用碎石和山砂较为广泛。

肯尼亚工业落后，生产物资匮乏，主要工程材料如：钢筋、水泥等技术标准与合同约定的中国技术标准差异较大；当地市场无法解决施工所需工程机械，缺乏粉煤灰等传统矿物掺合料，而铁路项目沿线天然火山灰储量非常巨大，通过合理的技术手段可以得到性能稳定的掺合料，并可有效应用于混凝土中。通过科学进行掺和料的试验改良，成功应用于混凝土施工。不仅解决了掺合料的供应和混凝土技术问题，同时也节省了大量的建设成本。并且，研究成果还可以应用到后续或其它国家地区的工程项目中，具有广阔的推广价值。

在铁路混凝土结构中，胶凝材料是水泥、粗骨是料碎石、细骨料是砂，水泥和砂子拌和后形成混合料填到石子之间的空间中，通俗讲是将用水泥和砂石子包住，化学反应固结后，形成一个坚固整体。

二、普通混凝土常规使用骨料材料概述

骨料一般分为粗骨料、细骨料，在混凝土结构中起到构架和填充作用。

2.1粗骨

混凝土粗骨料一般粒径大于4.75毫米的骨料，通常有碎石、卵石、废渣等，细骨料通常有中、细砂、粉煤灰等。碎石由岩石经过破碎、筛选得到，碎石粒径通常大于5毫米。卵石由水风自然作用、分选得到、卵石粒径一般大于5毫米。

在肯尼亚使用中国标准，铁路混凝土用碎石、卵石应满足中国国家标准JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的技术要求。

2.2细骨料

细骨料一般粒径5毫米以下，称为砂，按来源分为人工砂、天然砂。天然砂是在自然界由水、风作用分选得到的、粒径小于5毫米，但是通常不包括风化、软质岩风化形成的颗粒。

《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》对细骨料（人工砂、天然砂）的品质要求：细骨料天然砂的细度模数应该在2.3-3.0范围之内，在困难条件下，如需要使用山砂、粗砂，应该采取对应的材料试验验证。在细骨料的制作中，细骨料要定期或一定数量进行碱活性检验，及时采取辅助措施消除危害。

2.3山砂

山砂通常由自然风化、水流作用风化得到，颗粒粒径小于5毫米，通常有表面不光滑、多空隙、多棱角、表面积大的特征，通常参配混凝土需要的水泥量高，但是参配混凝土形成的最终强度和河砂相比差异不大。因此，在相同条件下，山砂混凝土较河砂混凝土各有特点，应本着就地取材的原则结合工程要求选择的河砂或山砂。

本次试验选用的山砂为肯尼亚东非大裂谷的山砂，级配良好，满足Ⅱ类砂要求，细度为3.0μf，含泥量2.4%，泥块含量0.2%，主要技术指标如下表：

三、普通常用混凝土配比计算

铁路混凝土配合比是各种参配料中石、砂、水泥、水之间的相对比例关系。有两种表示方法：一是以一立方米混凝土各种参配料，如石子1260kg、砂690kg、水泥300kg、水180kg，；二是以单位质量水泥与各种参配料的比值和水灰比表示的，如可写成：C：S：G=1：2.3：4.2，W/C=0.6。

在这个特殊性的环境里受到材料的限制，多使用自己开采的碎石和山砂，水泥为本地生产的BamburiCEMI42.5水泥（品种等级相当于中国标准Ⅱ型硅酸盐水泥）。

3.1混凝土配比计算。

下面以C25普通混凝土为例说明肯尼亚混凝土配比计算详细情况。

3.1.1试配要求

设计强度等级为C25，坍落度为70-90mm，用途为涵洞混凝土，无特殊要求。

3.1.2材料

（1）水泥：BamburiCEMI42.5水泥，比表面积340平方米/千克，标准用水量27%，初凝时间110min，终凝时间170min，安定性合格，28d抗折强度为8.1MPa，28d抗压强度为45.7MPa。

（2）砂：肯尼亚东非大裂谷山砂，级配良好，满足Ⅱ类砂要求，细度为3.0μf，含泥量2.4%，泥块含量0.2%，石英云母和其他杂质均满足要求。

（3）碎石：肯尼亚恩贡镇采石厂5-31.5mm连续级配碎石、最大粒径31.5mm，含泥量0.4%，泥块含量0，压碎值6.4%。

3.1.3按规程JGJ55-2011进行配合比计算

（1）确定试配强度

fcu，o=fcu，k+1.645*σ=25+1.645*5=33.2Mpa

水泥取值fce=45.7MPa

（2）算水灰比

W/C=A*fce/（fcu，o+a*b*fce）=0.53*45.7/（33.2+0.53*0.20*45.7）≈0.64

（3）选定单位用水量

根据碎石最大粒径31.5mm、设计坍落度为50-70mm，查表选取用水量为195Kg/m3：

（4）计算单位水泥用量mco

mco=mwo/（w/c）=195/0.64=305Kg

（5）确定砂率：依据规范要求，以满足混凝土和易性为目标，最终明确砂率为42%。

（6）砂、石采用重量法，假定砼的表观密度为2400kg/m3，计算每立方混凝土粗集料、细集料用量：

mco+mso+mgo+mwo=2400kg

mso+mgo=2400-305-195=1900kg

mso=798Kgmgo=1102Kg

试验室初步配合比为

mco：mso：mgo：mwo=305：798：1102：195

（7）调整工作性，确定基准配合比

按试验室初步配合比，砂、石烘干后使用，含水量为0%

试拌26L砼，各种材料用量为

水泥305*0.026=7.93Kg

水195*0.026=5.07Kg

砂798*0.026=20.75Kg

碎石1102*0.026=28.65Kg

确定混凝土坍落度为60毫米。

基准配合比为：

水泥：砂：石子：水

305：798：1102：195

（8）密度修正：

拌和物表观密度计算值为2400kg/m3。实测表观密度为2410kg/m3。

按规程实测值与计算值超过计算值的2%时应修正，符合要求则无须修正

（9）检定强度，采用三个不同砂率、水灰比、用水量不变分别增减1%，确定试验室配合比，具体见下表：

A、B、C三组配合比经过制作，标准条件蒸汽养护7天，检定抗压强度值分别为：

A组W/C=0.6923.2Mpa达到试配强度的70%；

B组W/C=0.6426.2Mpa达到试配强度的79%；

C组W/C=0.5928.4Mpa达到试配强度的86%；

经过强度验证，对上述配合比进行适用性、经济性等综合考虑，决定选用B组配比来进行现场指导施工。

施工配合比，依据作业现场石、砂的含水率，对试验配合比适当调整，得出“施工配合比”。

四、结论

在非洲绝大部分国家，特别是肯尼亚，生产力发展水平较低，工业落后且不配套是普遍现象，工程建设难度较大，共性的特点是自然条件都差，众多基础性生产物资均无法在肯尼亚本地生产，铁路建设所用混凝土就是之一。混凝土生产通常需要的物资中，水泥可以由当地水泥厂定制生产获得，但是，粗骨料石子、细骨料砂子一般会随混凝土要求和规格不同而不同，质量要求也有各自的要求，如从国外市场获得，建造成本会非常巨大而且昂贵，如果采取当地生产，就需要工程建设单位配套粗骨料、细骨料的全套生产线，培训当地大量生产需要的工人，进而为工程建造提供合格的混凝土原料，保障生产合格的混凝土产品，但又因地而异，影响因素包括气候、地质、水文等条件。检验检测肯尼亚当地碎石、砂是能否满足中国标准铁路工程的各项技术要求，必须有资格、有丰富经验的试验技术人员对混凝土配合比进行验证，以科学、真实的数据检验混凝土在肯尼亚当地属地化生产的合理性。

参考文献：

[1]钟文慧.基于强度与目标孔隙率的透水混凝土配比设计[J].鄂州大学学报，2018，25（04）：99-101.

[2]朱丽娟.混凝土配比中环境污染控制方法研究[J].环境科学与管理，2018，43（03）：48-51.

[3]赵斌.关于建筑施工中C60大体积混凝土配比的使用研究[J].四川水泥，2018（02）：268.

[4]王滋元.大体积混凝土结构水泥品种选择研究[D].大连理工大学，2015.