CF50大摻量鋼纖維混凝土在重慶千廝門大橋高塔泵送中的應用

莫亞南，銀樂利

(中交云南高速公路發展有限公司)

0 概 況

千廝門大橋是連接重慶市渝中區解放碑和江北城的重要紐帶，是重慶市標志性工程之一。主橋為單塔單索面鋼桁梁斜拉橋，橋跨布置為88 +312 +240 +80 m，主橋長720 m，主跨為312 m。

其中大橋索塔為天梭型，造型美觀，構造復雜，鋼錨箱通過剪力釘與索塔連接，索塔混凝土施工質量控制難度較大。特別是索塔錨固段設計采用CF50 大摻量鋼纖維泵送混凝土，實際上塔柱混凝土泵送高度為108.9～154.9 m，根據施工方案，整個鋼錨箱混凝土段共分14 次澆筑，每節澆筑最小厚度為2.645 m、最高澆筑厚度為4.5 m，單次最大澆筑方量178 m3，對混凝土的物理力學性能、抗裂性能和耐久性能均提出了很高的要求。

國內目前對于高塔鋼纖維混凝土在類似工程的施工控制技術方法和施工經驗較少。為此本文開展鋼纖維混凝土配制技術和應用，為類似工程提供技術參考和借鑒。

高塔泵送混凝土技術要求及配合比設計原則。

表1 高塔泵送混凝土技術要求

表2 配合比設計原則

1 高塔泵送鋼纖維混凝土配制

1.1 原材料選擇

(1)水泥

混凝土用的水泥采用重慶拉法基水泥有限公司生產的P.O42.5，重慶拉法基水泥有限公司是西南最大的水泥生產企業，該廠生產的P.O42.5 水泥已在重慶多座橋梁上使用，其性能比較穩定。其主要密度指標為3.08 g/cm3。

(2)粉煤灰

重慶缺乏優質的I 級粉煤灰，主要是因為重慶電廠燃燒設備比較陳舊。重慶市粉煤灰主要生產廠家有川維粉煤灰、重慶電廠粉煤灰、珞璜電廠粉煤灰，珞璜電廠的Ⅱ級粉煤灰品質較穩定，在重慶使用范圍廣，且供應量能保證，故優先考慮使用珞璜Ⅱ級粉煤灰，其細度為2.4%，燒失量為3.22%，需水量比為102%，三氧化硫為2.10%。

(3)礦粉

重慶礦粉主要生產廠家有四川星船城、重慶寰亞、重慶騰安、重慶騰輝等幾大廠家。由于重慶寰亞、重慶騰安兩個廠家采用的是傳統的球磨機，礦粉比表面積不穩定，活性往往不能保證，而四川星船城、重慶騰輝采用的是新型立式磨機，礦粉比表面積小，且較穩定，活性能保證。而四川星船城由于生產廠在四川資中，供應量不宜保證，綜合比較，故選取重慶騰輝生產的S95 級礦渣粉。

(4)砂

細骨料直接采用業主指定的天然岳陽中砂，該砂含泥量少、質地堅硬、級配較好，適合進行高強度等級混凝土配合比設計。

(5)石

由于千廝門大橋上塔柱設計要求采用鋼纖維混凝土，泵送垂直高度達150 多m，從鋼纖維的泵送性能考慮，選用黃桷埡碎石廠生產的5～20 mm 連續級配碎石。

(6)鋼纖維

鋼纖維長度選擇應遵循規范要求的原則，選擇不合理將導致鋼纖維易折或搭接效果差降低混凝土的抗拉性能;根據選用的碎石最大粒徑為20 mm，確定選用鋼纖維長度為30 mm。

鋼纖維長經比的選擇決定了單方混凝土中鋼纖維的單根數量，選擇不合理將對混凝土的泵送或抗拉性能有一定影響;通過選用長經比為50、55、60 的鋼纖維進行混凝土試拌，確定鋼纖維長經比為50 的鋼纖維混凝土拌和性能最好。

鋼纖維的類型選擇主要對混凝土的抗拉性能有較大的影響。通過對三種鋼纖維類型的剪切型、啞鈴型、冷拉端鉤型試驗對比，冷拉端鉤型鋼纖維的力學性能最好。

在鋼纖維的選擇過程中，選取了冷拉端鉤型、抗拉強度等級1 000 級、根據實際情況進行優選，

(7)外加劑

外加劑的類型選擇及不同廠家采用的復配技術不同，對鋼纖維混凝土的物理性能及力學性能影響較大。通過對不同廠家的聚羧酸外加劑進行物理性能及力學性能比較，優先選定了蘇博特和巴斯夫兩家外加劑進行最終比選。巴斯夫外加劑廠家的SDC 產品，該產品是采用國際上最先進的分子鏈立體網狀結構進行減水作用，該產品在混凝土中砂率變化較大的情況下，在低膠凝材料的情況下都能保持較好的混凝土工作性能。

表3 鋼纖維混凝土原材料最終優選結果

1.2 配合比及其性能

(1)優選水膠比

合適水膠比的選擇，是滿足鋼纖維混凝土的泵送性能和力學性能的重要因素。

(2)優選砂率

選擇合適的砂率是保證鋼纖維混凝土泵送性能的重要因素。砂率過大，不利于鋼纖維混凝土的力學性能和混凝土經濟性;砂率過小，不利鋼纖維混凝土的泵送性能。

(3)優選總膠凝材料

在滿足鋼纖維混凝土的施工工作性和設計要求的情況下，盡量降低總膠凝材料的用量，提高主塔結構的耐久性。

(4)確定滿足施工工作性能的理論配合比

通過選用前期外加劑優選較好的兩家外加劑進行大量混凝土配合比試配，當鋼纖維摻量大于等于80 kg/m3時，采用蘇博特JM－PCA 外加劑試拌出的混凝土性能較差，不能滿足施工泵送要求。試配配合比見表4。

表4 試配配合比詳表

(5)確定最經濟的力學性能的鋼纖維配比比

通過對以上滿足施工工作性能要求的配合比進行試件成型，測試各自力學性能，優化能滿足設計抗壓、抗拉強度要求的配合比，見表5、表6、圖1。

表5 混凝土抗壓強度結果

表6 混凝土抗拉強度結果

圖1 鋼纖維摻量與抗拉強度關系圖

(6)確定施工配合比

通過以上對鋼纖維混凝土的物理性能和力學性能優化，考慮施工及商品混凝土拌合站的控制離散性等因素，為了保證混凝土能順利泵送且混凝土力學性能滿足設計要求，決定選用各方面性能最好的巴斯夫SDC 外加劑應用在最終施工配合比中，最終施工配合比見表7。

表7 施工使用的理論配合比

2 高塔泵送鋼纖維混凝土施工

2.1 混凝土澆筑

千廝門P2 墩索塔鋼纖維混凝土采用提供專用材料及配比委托商品混凝土公司加工形式。鋼纖維混凝土攪拌采用強制式攪拌機攪拌，混凝土罐車運輸，運輸時間單程約30 min。鋼纖維至現場后采用拖泵泵送入模、混凝土振搗棒振搗成型。

由于傳統大坍落度鋼纖維混凝土的包裹性較差，混凝土中的鋼纖維由于比重大發生下沉，導致混凝土在泵送過程中經常出現不連續泵送就會發生混凝土堵管。本工程在混凝土配合比設計中充分考慮鋼纖維混凝土的包裹性和分散性，泵送混凝土共澆筑14 次，澆筑過程經常出現停頓30 min 左右，未發生堵管的情況。

2.2 實體效果

實測混凝土力學性能見表8。

表8 實測混凝土力學性能

續表8

3 結 論

通過優選鋼纖維混凝土原材料，重點對鋼纖維及外加劑廠家的優選，配合比采用加入粉煤灰和礦粉的雙摻技術，合理選擇單位用水量、水膠比和砂率，并對不同鋼纖維摻量的力學性能進行比較，優化設計鋼纖維摻量，為類似工程的設計及施工提供了重要的依據。

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