大连湾海底隧道是我国在建的一条海底沉管隧道,主线全长约5098m,其中海底沉管段长3080m,主体结构设计使用年限为100年,隧道处于北方寒冷地区的海洋腐蚀环境,服役条件恶劣,氯盐与冻融的侵蚀作用对混凝土结构的耐久性有较大负面影响。此外,大连本地河砂质量普遍较差且资源稀缺,采用机制砂可以有效解决这一矛盾,但机制砂制备沉管混凝土没有工程应用的经验。本文主要以机制砂和机制砂混凝土为研究对象,以沉管混凝土设计及施工要求为导向,完成了机制砂沉管混凝土的制备。本文试验研究了胶凝材料用量、胶凝材料组成、水胶比、砂率和含气量对机制砂混凝土性能的影响,确定了优选后的机制砂沉管混凝土配合比参数,比较了同条件下河砂所配混凝土的性能。研究了机制砂石粉含量对胶凝材料水化放热、沉管混凝土拌合物性能、强度、早期抗裂性以及耐久性的影响,浇筑了位于沉管管节倒角处的小模型块,监测了模型温度。揭示的基本规律如下:(1)优选的机制砂沉管混凝土配合比参数如下:胶凝材料用量420kg/m~3,水胶比0.33,胶凝材料组成55%的普通硅酸盐水泥、15%的Ι级粉煤灰和30%的S95级矿粉,体积砂率41%,含气量4~6%,聚羧酸高性能减水剂掺量1.0%,皂苷类引气剂掺量为0.5%。按上述原材料和配合比所配混凝土的工作性、强度、水化热、收缩、早期抗裂性以及耐久性均能满足沉管混凝土设计要求。(2)石粉含量对机制砂沉管混凝土工作性、抗裂性和耐久性有重要影响。石粉含量在5%~18%范围内,混凝土拌合物和易性随机制砂石粉含量的提高先得到改善,但当石粉含量大于12%后混凝土和易性逐渐变差,含气量随机制砂石粉含量的提高而降低,相同含气量条件下抗冻性随着石粉含量的提高逐渐降低。石粉含量在7%~13%范围内,机制砂沉管混凝土早期抗裂性能随着石粉含量的提高逐渐降低,抗氯离子渗透性随着石粉含量的提高而提高。机制砂中石粉加速了胶凝材料的水化,早期放热量提高。(3)浇筑温度为31.5℃时,模型内部最高温度为73.6℃,已超出规范70℃的要求。管节侧面与中心点温差最大为31.4℃,上表面采用土工布覆盖后最大温差为19.4℃,管节实际生产时应考虑降低混凝土浇筑温度和进行有效的保温养护。