C50鋼纖維泵送混凝土配合比試驗(yàn)研究及工程應(yīng)用

溫明益 李方杰 陳 攀（瀘州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，四川 瀘州 646000）

C50鋼纖維泵送混凝土配合比試驗(yàn)研究及工程應(yīng)用

溫明益 李方杰 陳 攀（瀘州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，四川 瀘州 646000）

以瀘州市沱江四橋及連接線工程跨江大橋C50鋼纖維泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)為例，采用瀘州地區(qū)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的原材料配制C50鋼纖維泵送混凝土，介紹了C50鋼纖維泵送混凝土的配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)過(guò)程，并對(duì)該混凝土施工性能和力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，確定了符合設(shè)計(jì)和施工要求的混凝土配合比。

混凝土配合比；鋼纖維；泵送混凝土

鋼纖維混凝土（steel fibre reinforced concrete，簡(jiǎn)稱SFRC）是在普通混凝土中摻入亂向分布的短鋼纖維所形成的一種新型的顆粒型和纖維型材料混雜的復(fù)合材料，通過(guò)鋼纖維在混凝土中的分散，減小因?yàn)楹奢d作用在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象從而引起的缺陷和裂縫[1]。與一般普通混凝土相比，鋼纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗疲勞性能、抗裂性能、彎曲韌性、抗沖擊性能和抗暴性能等都有很大的改善與提高。鋼纖維混凝土在國(guó)內(nèi)和國(guó)外的很多工程中已經(jīng)有了應(yīng)用的先例，充分驗(yàn)證了鋼纖維混凝土的優(yōu)良性[2]。瀘州市沱江四橋及連接線工程跨江大橋的上塔柱錨固區(qū)采用C50鋼纖維泵送混凝土。該工程采用優(yōu)質(zhì)粉煤灰替代部分水泥，并且摻入一定量聚羧酸高性能減水劑和鋼纖維配制C50鋼纖維泵送混凝土。通過(guò)優(yōu)化配合比，確定了符合設(shè)計(jì)和施工要求的混凝土配合比。本文以瀘州市沱江四橋及連接線工程為工程背景，總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)，配制出滿足設(shè)計(jì)和施工要求的配合比。

1 工程概況

瀘州市沱江四橋及連接線工程起于瀘州市江陽(yáng)區(qū)康城路，止于蜀瀘大道，前期連接城北和城西新城，后期與鄰玉長(zhǎng)江大橋連接，一起構(gòu)成一條由南向北的主要通道。在該通道上有規(guī)劃軌道線路經(jīng)過(guò)[3]。

該工程為快速路，全線總長(zhǎng)為3.815km，主線前期利用軌道通道為雙向8車道，后期軌道通道開(kāi)通使用后為雙向6車道。全線包含一座長(zhǎng)為691m的跨江大橋，跨科教城3號(hào)路橋、跨隆敘鐵路橋、蜀瀘立交接線橋3座主線高架橋,以及一座互通式立交?？缃髽蛏纤^固區(qū)設(shè)計(jì)采用C50鋼纖維泵送混凝土。

2 工程難點(diǎn)及解決途徑

在此工程中，需將C50鋼纖維混凝土泵送至距地面30m以上高度的施工部位上。根據(jù)施工情況，要求混凝土在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的同時(shí)，還必須具有良好的工作性，較大的坍落度和坍落度擴(kuò)展度（坍落度≥220mm，坍落度擴(kuò)展度≥550mm），不泌水，穩(wěn)定性好，不離析。所以，在滿足混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的同時(shí)，工作性也需達(dá)到泵送所需的要求是本工程的技術(shù)難點(diǎn)。因此，需解決以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

1）較大坍落度和坍落度擴(kuò)展度的混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中有可能出現(xiàn)鋼纖維和粗骨料沉降的問(wèn)題[4]；

2）鋼纖維混凝土比同等坍落度的普通混凝土粘度更大，可泵性更差；

3）由于泵送高度較高，則需要使用較大的泵送壓力，并且需要混凝土具有良好的流動(dòng)性和較低的粘度。

為保證混凝土具有良好的流動(dòng)性、均勻性、穩(wěn)定性和可泵性。采用如下幾個(gè)方式來(lái)保證混凝土的性能：

1）采用較低水膠比以提高混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度；

2）在混凝土中摻入一定量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰替代水泥，利用粉煤灰的玻璃體微珠顆粒形態(tài)效應(yīng)，起到一定的減水作用，同時(shí)，可改善混凝土和易性和粘聚性[5]；

3）摻加一定量的聚羧酸高性能減水劑來(lái)減少單位用水量和提高混凝土的工作性；

4）根據(jù)混凝土配合比設(shè)計(jì)基本原則，選取最優(yōu)砂率和合適的外加劑摻量，以達(dá)到混凝土初始密實(shí)性和穩(wěn)定性[6]；

5）投料順序：應(yīng)先將鋼纖維和粗骨料投入攪拌機(jī)中攪拌30秒，再將細(xì)骨料和膠凝材料投入攪拌機(jī)中干拌30秒，最后將水及外加劑加入轉(zhuǎn)動(dòng)中的攪拌機(jī)內(nèi)攪拌2至3分鐘，以保證鋼纖維在混凝土中能夠均勻分散。

表1 水泥技術(shù)指標(biāo)

表2 粉煤灰技術(shù)指標(biāo)

表3 細(xì)骨料技術(shù)指標(biāo)

表4 粗骨料技術(shù)指標(biāo)

表5 高性能減水劑技術(shù)指標(biāo)

表6 試驗(yàn)混凝土配合比

表7 混凝土拌合物性能及力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

3 試驗(yàn)用原材料

本試驗(yàn)用水泥為宜賓雙馬拉法基水泥有限公司P.O42.5水泥，瀘州地博粉煤灰開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)的F類Ⅰ級(jí)粉煤灰，瀘州市龍馬潭區(qū)棗子砂石廠生產(chǎn)的機(jī)制中砂，瀘州市馬潭區(qū)棗子砂石廠生產(chǎn)的粒徑為（5-25）mm碎石，江蘇蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的PCA-1型聚羧酸高性能減水劑，重慶富祥金屬纖維有限公司生產(chǎn)的多錨固點(diǎn)冷拔絲切斷型鋼纖維，鋼纖維型號(hào)為30×0.8型，各主要材料技術(shù)性能見(jiàn)表1-表5。

4 配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案

試驗(yàn)中對(duì)鋼纖維混凝土的各項(xiàng)物理力學(xué)性能指標(biāo)的測(cè)定方法均按照《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（CECS13-2009）規(guī)定執(zhí)行[7]。配合比設(shè)計(jì)是保證混凝土質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)鋼纖維泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)的基本原則和本工程對(duì)混凝土強(qiáng)度、施工性能的要求。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，合理選擇水膠比、單位用水量、砂率和外加劑摻量等因素，計(jì)算單位體積混凝土各組分材料用量，并在室內(nèi)進(jìn)行試拌和混凝土性能試驗(yàn)得出優(yōu)化配合比見(jiàn)表6。

5 試驗(yàn)結(jié)果及分析

C50鋼纖維泵送混凝土拌合物性能和力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

5.1 施工性

坍落度、坍落度擴(kuò)展度、泌水及坍落度經(jīng)時(shí)損失可作為泵送混凝土直觀的評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)采用不同粉煤灰摻量的優(yōu)化配合比拌合物性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。分析結(jié)果表明，保持其余材料用量不變的情況下，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土坍落度、坍落度擴(kuò)展度和2h經(jīng)時(shí)坍落度均逐漸增大，且拌合物均無(wú)泌水。其中編號(hào)T-3在無(wú)泌水的情況下，坍落度、坍落度擴(kuò)展度和2h經(jīng)時(shí)坍落度均達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)施工的要求。

5.2 力學(xué)性能

從表7試驗(yàn)結(jié)果分析得出，在同一水膠比的情況下，隨著粉煤灰摻量的增加，各齡期混凝土立方體抗壓強(qiáng)度均有一定幅度的降低，混凝土立方體抗壓強(qiáng)度在7d齡期到28d齡期發(fā)展規(guī)律基本一致，并且28d齡期立方體抗壓強(qiáng)度均達(dá)到C50混凝土配制強(qiáng)度，編號(hào)T-1和編號(hào)T-2抗壓強(qiáng)度超出混凝土配制強(qiáng)度，編號(hào)T-3在有一定富余強(qiáng)度值的情況下，達(dá)到混凝土配制強(qiáng)度。

5.3 工程混凝土配合比應(yīng)用

通過(guò)上述混凝土試驗(yàn)結(jié)果，其中編號(hào)T-3配合比在拌合物性能滿足施工要求的同時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到C50混凝土的配制強(qiáng)度，綜合經(jīng)濟(jì)性以及混凝土拌合物工作性，推薦編號(hào)T-3混凝土配合比為瀘州市沱江四橋及連接線工程塔梁固結(jié)段現(xiàn)場(chǎng)施工配合比。施工過(guò)程中，所有進(jìn)場(chǎng)原材料檢測(cè)結(jié)果均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，嚴(yán)格按照要求的投料順序和拌和時(shí)間進(jìn)行拌和，新出機(jī)混凝土粘聚性、保水性較好，坍落度與坍落度擴(kuò)展度與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果相近，在運(yùn)輸過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)鋼纖維和粗骨料沉降的問(wèn)題，混凝土拌合物具有良好的可泵性且施工中無(wú)堵管爆管現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)抽檢的混凝土強(qiáng)度和拌合物性能滿足設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)施工的要求，并具有良好的重現(xiàn)性。經(jīng)檢測(cè)，該混凝土使用部位未出現(xiàn)裂縫，表面光滑，無(wú)質(zhì)量缺陷。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)瀘州市沱江四橋及連接線工程跨江大橋上塔柱錨固區(qū)C50鋼纖維泵送混凝土的配合比設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用，結(jié)合試驗(yàn)情況和工程應(yīng)用過(guò)程分析得到以下結(jié)論：

1）按照推薦的混凝土配合比配制C50鋼纖維混凝土配合比，能滿足瀘州市沱江四橋及連接線工程C50鋼纖維泵送混凝土的設(shè)計(jì)和施工要求。

2）試驗(yàn)證明，通過(guò)就地選材，嚴(yán)格控制原材料品質(zhì)，找準(zhǔn)最優(yōu)砂率、最優(yōu)外加劑摻量和合理的摻合料摻量等，配制高強(qiáng)大流動(dòng)度性的泵送鋼纖維混凝土是可行的。

3）試驗(yàn)表明，鋼纖維泵送混凝土和普通泵送混凝土7d齡期到28d齡期強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律基本一致。

4）摻入鋼纖維之后，砂率和外加劑摻量均應(yīng)根據(jù)拌合物性能情況按一定幅度提高，并且鋼纖維混凝土比同等坍落度的泵送混凝土粘度更大。

[1]代洪偉，趙燕茹.鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)及抗壓性能研究[A].內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010：143-144.

[2]黃勇.C60鋼纖維泵送混凝土雙摻配合比設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用[B].混凝土與水泥制品，2012：65-67.

[3]劉幫俊.瀘州市沱江四橋總體設(shè)計(jì)[A].世界橋梁，2015：10-11.

[4]唐兵，楊勇強(qiáng)，楊建輝.C50泵送鋼纖維混凝土試驗(yàn)研究.鐵道建筑技術(shù)，2003：53-54.

[5]周茗茹，孫耀峰，喬宏霞.不同品質(zhì)粉煤灰在砂漿中減水效應(yīng)及強(qiáng)度規(guī)律的研究[A].粉煤灰綜合利用，2011：16-17.

[6]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程：JGJ55-2011.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011；

[7]大連理工大學(xué).纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)：CECS13:2009.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010；

Experimental study and engineering application of C50 steel fi ber pump concrete mixture ratio

Taking the fourth bridge of Tuojiang River in Luzhou City and the C50 steel fiber pump concrete mix proportion design of the connection project cross river bridge as an example, the C50 steel fiber pump concrete that produced by the local raw materials in Luzhou City was used, the mix proportion design process of the C50 steel fiber pump concrete was introduced, the concrete construction property and mechanical property were tested and studied, and the concrete mix proportion that accords with the design and construction requirements was determined.

concrete mix proportion；steel fiber；pump concrete

TU528.572

B

1003-8965（2017）05-0144-02