用碎屑配制的C50高性能混凝土在預應力張拉結構中的應用

陳建大 金立平 劉文博 王克瓊 王直平

1. 上海建工材料工程有限公司 上海 200086；2. 上海外經集團控股有限公司 上海 200032；3. 上海眾合檢測應用技術研究所有限公司 上海 200065

1 工程概況

德黑蘭北部高速公路連接伊朗首都德黑蘭和北部里海旅游城市查盧斯，全長約120 km，其中一期工程路線全長31.48 km。該線路地處伊朗北部山區，路線經過地區最高海拔3 250 m，沿線地形困難，地質復雜，沿線多為懸崖峭壁，地震活動頻繁，地表植被較少，雨量稀少，在個別標段有雪崩等災害。

2 混凝土配合比設計工作難點

本項目設計橋梁共22 座，設計C50混凝土方量為18 910 m3。其中，BR－6特大橋上部結構設計為大跨度波形鋼腹板PC組合連續箱梁，設計C50混凝土量為8 185 m3，且均為泵送混凝土，最大泵送高度達80 m。

混凝土配合比設計難點有：

（a）水泥問題：伊朗本地水泥強度偏低，而鋼腹板PC組合連續箱梁C50混凝土需要5 d之內預應力強度要求不低于45 MPa，而且由于無粉煤灰摻入，使用單一水泥膠結料易造成水泥用量偏大、水化熱高而易產生箱梁裂縫。

（b）天然河砂問題：由于沒有合格品質的河砂，所使用的水洗古河道砂存在級配不良、顆粒偏粗的現象，因此造成了混凝土漿體包裹面不足、混凝土易泌水離析、混凝土黏聚性不良以致泵送困難等質量問題，不僅如此，由于水洗古河道價格太高，混凝土還會產生成本難以控制的問題。

（c）石屑問題：現場加工的石屑存在細度模數大、石粉含量高等缺陷，若使用常規方式配制所需要的混凝土時，則該石屑對C50混凝土在施工和強度性能方面都存在很大不利影響。

（d）外加劑問題：一方面，當前已有的粉狀萘系外加劑存在減水率偏低、混凝土保坍功能不佳等特點，易造成混凝土性能不穩定，坍落度損失大，導致現場泵送困難。

3 C50高性能混凝土的配制技術[1-3]

3.1 用萘系配制C50高性能混凝土

3.1.1 用天然河砂配制C50的混凝土性能對比

表1 用天然河砂配制C50混凝土的配合比

從表1、表2的C50混凝土工作性和強度可知，當采用不同的砂率來配制時，在用水量和外加劑摻量不到位的情況下，對應的混凝土的工作性和強度都受到較大的影響，但是按照上述的強度數據，本配合比不能滿足工程所需要的5 d達到45 MPa的預應力張拉條件。

表2 用天然砂配制C50混凝土的強度和工作性能

3.1.2 不同碎屑摻量對混凝土工作性和強度的影響

表3 不同碎屑摻量配制C50混凝土的配合比

表4 不同碎屑摻量配制C50混凝土的強度和工作性能

從上述2 個表格的C50混凝土工作性和強度可知，在由25%、40%和50%的碎屑部分取代天然砂配制C50混凝土時，混凝土的工作性在碎屑取代量為40%時，性能較好，只是對應的強度偏低。

3.1.3 不同廠家的水泥對C50混凝土性能的影響

表5 不同水泥廠家配制C50混凝土的配合比

表6 不同水泥廠家不同用量配制C50混凝土的強度和工作性能

從上述2 個表格的C50混凝土工作性和強度可知，從Kerman和Bojnourd兩個水泥廠的水泥分別配制C50混凝土來看，在配合比完全一樣的情況下，對應的混凝土初始坍落度和坍落度保持性方面明顯存在較大差異，用Bojnourd水泥廠配制的水泥對應的混凝土工作性更好，同時對應的4 d和5 d的混凝土強度都較高，基本在4 d就滿足45 MPa的預應力混凝土張拉條件。

再者，考慮到混凝土的水泥用量和碎屑的不同摻合比例來看，在碎屑取代黃砂比例為50%、水泥用量為475 kg/m3、外加劑摻量在1.45%時，對應的混凝土工作性、包裹性和強度都是比較優秀的。

3.2 用聚羧酸配制C50高性能混凝土

3.2.1 不同聚羧酸外加劑對C50的混凝土性能影響由表7、表8可知，上述的3 種聚羧酸外加劑，PCE-5的功能是以保坍為主，PCE-4的功能是以減水為主，PCE-3的功能在PCE-4和PCE-5之間。PCE-3、PCE-4和PCE-5三種外加劑對應的混凝土，不論是初始工作性、坍落度損失，還是混凝土的保持性都較好。

表7 不同聚羧酸外加劑配制C50混凝土的配合比

表8 不同聚羧酸外加劑配制C50混凝土的強度和工作性能

3.2.2 不同廠家的水泥對C50混凝土性能的影響

表9 不同水泥廠家不同用量配制C50混凝土的配合比

表10 不同水泥廠家不同用量配制C50混凝土的強度和工作性能

用聚羧酸外加劑配制C50混凝土時，全部用碎屑代替河砂配制的C50工作性和強度都是較好，都能夠在4d都能夠滿足預應力張拉的強度要求。同時，由于從混凝土的初始坍落度和坍落度保持性來看，用Bojnourd水泥配制的混凝土外加劑摻量更少一些，工作性保持性方面也較好，同時對應的強度也稍高一些。

4 結語

基于現場已有的混凝土原材料和現場生產條件，最終確定2 個最佳優化配合比（表11、表12）和1 個備選試驗室配合比。

表11 推薦C50混凝土設計優化配合比之一

表12 推薦C50混凝土設計優化配合比之二

2 個最佳優化配合比與全部用河砂配制的混凝土的性能指標和經濟指標進行對比，優化后的配合比具有明顯的優勢。