烏江特大橋工程中幾種典型混凝土配合比設(shè)計(jì)分析

鄭蘇凱

（貴州陸通工程管理咨詢有限責(zé)任公司，貴州貴陽(yáng) 550000）

0 引言

烏江特大橋總長(zhǎng)1832.58m，主橋?yàn)榭鐝?04m 上承式鋼管混凝土變截面桁架拱橋（世界在建最大跨徑同類型拱橋），計(jì)算跨徑為475m，主拱肋共60 個(gè)節(jié)段，最大吊重157t，管內(nèi)灌注C70 自密實(shí)微膨脹混凝土；拱上立柱為雙柱式矩形等截面鋼箱結(jié)構(gòu)；橋面系采用33.6m 跨槽型鋼箱梁+粗骨料活性粉末混凝土（CAUHPC）橋面板連續(xù)組合結(jié)構(gòu)。

1 CA-UHPC150 超高強(qiáng)度混凝土配合比設(shè)計(jì)分析

烏江特大橋工程主橋橋面板為粗骨料活性粉末混凝土（CA-UHPC），主梁頂板采用17cm 厚粗骨料超高性能混凝土板。CA-UHPC 板采用預(yù)制板，通過(guò)現(xiàn)澆濕接縫與相關(guān)部位連接成整體，并通過(guò)剪力鍵與鋼主梁連接，大橋混凝土澆筑方量合計(jì)為2471.1m3，預(yù)制板數(shù)量為270 塊。為降低生產(chǎn)成本，CA-UHPC生產(chǎn)將最大化利用地材，因此CA-UHPC 配合比地材化調(diào)整即為首要工作內(nèi)容[1]。

根據(jù)廣西現(xiàn)場(chǎng)地材實(shí)際情況，優(yōu)化調(diào)整該項(xiàng)目中的CA-UHPC 配合比，進(jìn)而在滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的前提下，盡量減少造價(jià)。

1.1 原材料

CA-UHPC150 混凝土水泥采用P.II52.5 強(qiáng)度等級(jí)的硅酸鹽水泥；硅灰的SiO2含量為94%，燒失量0.9%，堆積密度為353kg/m3，強(qiáng)度活性指數(shù)115%；粉煤灰微珠燒失量1%，45μm 篩余量5.5%，堆積密度930kg/m3，強(qiáng)度活性指數(shù)82%；細(xì)骨料為機(jī)制砂；粗骨料為輝綠巖，壓碎值為4.5%；鋼纖維為端鉤型鋼纖維；減水劑為棕紅色液體狀聚羧酸高效減水劑[2]。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

1.2.1 水膠比對(duì)CA-UHPC 性能的影響

纖維摻量與骨料含量不變，不同水膠比CA-UHPC 的坍落擴(kuò)展度、力學(xué)性能，以及CA-UHPC 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)3d、7d、14d 和28d 抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律如圖1 所示（其中A1、A2、A3 分別代表0.18、0.17、0.16 水膠比的CA-UHPC）。

圖1 不同水膠比對(duì)CA-UHPC 性能的影響

3d 齡期時(shí)，A1、A2 和A3 的抗壓強(qiáng)度分別為109.6MPa、106.8MPa 和106.8MPa，均達(dá)到了28d 抗壓強(qiáng)度的68% 以上；7d 齡期時(shí)，抗壓強(qiáng)度均增加到28d強(qiáng)度的78%～83%；14d 齡期時(shí)，抗壓強(qiáng)度均增加到90%以上；28d 齡期時(shí)，A1、A2 和A3 抗壓強(qiáng)度分別為160.2MPa、157.2MPa 和155.5MPa，0.17 和0.18 水 膠比的抗壓強(qiáng)度較0.16 水膠比低1.9%～2.9%[3]。水膠比為0.16、0.17 和0.18 的CA-UHPC 擴(kuò)展度分別為400mm、460mm 和510mm，故選擇0.16 水膠比作為CA-UHPC 的基準(zhǔn)水膠比。

1.2.2 粗骨料級(jí)配對(duì)CA-UHPC 性能的影響

A4、A5 和A6 粗骨料摻量均為830kg/m3，其中A4的粗骨料粒徑為5～8mm，A5 粗骨料為5～8mm 粒徑與3～5mm 粒徑的輝綠巖按3∶7 的比例混合[4]。A6 粗骨料為5～8mm 粒徑與3～5mm 粒徑的輝綠巖按5∶5的比例混合。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 粗骨料級(jí)配對(duì)CA-UHPC 性能的影響

由表1 可知，隨著3～5mm 直徑輝綠巖含量的提高，新拌CA-UHPC 的工作性無(wú)明顯變化。而且A4、A5、A6 的7d、14d、70℃蒸養(yǎng)1d 的抗壓強(qiáng)度沒(méi)有明顯區(qū)別。故選用5～8mm 粒徑的輝綠巖作為CA-UHPC的粗骨料。

1.2.3 鋼纖維摻量對(duì)CA-UHPC 性能的影響

固定水膠比，A4、A7 和A8 分別選擇1.5%、2%、2.5%的鋼纖維摻量，試驗(yàn)固定水膠比為0.16[5]。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2 可見(jiàn)，A7、A8 鋼纖維摻量下CA-UHPC 的7d 抗壓強(qiáng)度均已超過(guò)150MPa，滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。就工作性而言，鋼纖維摻量的提高必然導(dǎo)致新拌CAUHPC 擴(kuò)展度的降低，鋼纖維摻量的大幅度提高必然伴隨著粗骨料與外加劑含量的調(diào)整。A4、A7、A8 配合比鋼纖維摻量分別對(duì)應(yīng)830kg/m3、680kg/m3、530kg/m3的粗骨料含量，而鋼纖維摻量和粗骨料含量對(duì)CA-UHPC 的彈性模量影響較大。當(dāng)鋼纖維摻量為1.5% 時(shí)，CA-UHPC 的彈性模量略低于設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，且當(dāng)鋼纖維摻量自2% 提升到2.5% 后，CAUHPC 的抗壓強(qiáng)度并沒(méi)有明顯提升[6]。綜合考慮，最終選擇2%鋼纖維配合比摻量。

1.3 配合比設(shè)計(jì)

綜上，對(duì)配合比進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)優(yōu)化的配合比見(jiàn)表3。

表3 CA-UHPC 設(shè)計(jì)配合比

根據(jù)實(shí)際CA-UHPC 密度進(jìn)行修正后，得到CAUHPC 最終的配合比，見(jiàn)表4。

表4 CA-UHPC 實(shí)際配合比

經(jīng)再次測(cè)試，得到力學(xué)性能指標(biāo)，見(jiàn)表5。

表5 CA-UHPC 實(shí)際配合比下的力學(xué)性能指標(biāo)

2 C70 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)分析

烏江特大橋工程主拱圈采用由8 根D1400mm 鋼管通過(guò)腹桿、橫聯(lián)和風(fēng)撐組成的等寬變高度空間桁架結(jié)構(gòu)，鋼管內(nèi)灌注C70 自密實(shí)微膨脹混凝土，管內(nèi)混凝土方量為5983.8m3，每根管內(nèi)方量為748m3。采用泵壓法施工，自拱腳向拱頂分三級(jí)接力泵送，頂升鋼管內(nèi)混凝土，最長(zhǎng)泵送距離約300m，高90m，泵送難度大。因此在該混凝土配合比設(shè)計(jì)中需充分考慮上述施工因素[7]。

2.1 原材料

管內(nèi)C70 自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土組成材料及質(zhì)量要求詳見(jiàn)表6。

表6 混凝土原材料質(zhì)量要求

2.2 配合比設(shè)計(jì)

在C70 自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土配合比試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)反復(fù)調(diào)整，使各項(xiàng)性能達(dá)到最佳狀態(tài)?；炷林械闹饕煞执旨?xì)骨料，經(jīng)認(rèn)真調(diào)查分析，擇優(yōu)使用[10]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，烏江特大橋工程在上述CA-UHPC150超高強(qiáng)度混凝土和C70 高性能混凝土施工中，通過(guò)科學(xué)試配、精心設(shè)計(jì)，克服重重困難，高效完成了相關(guān)混凝土配合比設(shè)計(jì)工作，為工程建設(shè)質(zhì)量打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，且兼顧經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)效率，取得了多項(xiàng)省級(jí)優(yōu)秀QC 成果、省級(jí)工法、國(guó)家專利等成績(jī)，更為重要的是，可為類似工程項(xiàng)目積累相關(guān)混凝土配合比設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，有積極意義。