烏江特大橋工程中幾種典型混凝土配合比設計分析

鄭蘇凱

（貴州陸通工程管理咨詢有限責任公司，貴州貴陽 550000）

0 引言

烏江特大橋總長1832.58m，主橋為跨徑504m 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），計算跨徑為475m，主拱肋共60 個節段，最大吊重157t，管內灌注C70 自密實微膨脹混凝土；拱上立柱為雙柱式矩形等截面鋼箱結構；橋面系采用33.6m 跨槽型鋼箱梁+粗骨料活性粉末混凝土（CAUHPC）橋面板連續組合結構。

1 CA-UHPC150 超高強度混凝土配合比設計分析

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 板采用預制板，通過現澆濕接縫與相關部位連接成整體，并通過剪力鍵與鋼主梁連接，大橋混凝土澆筑方量合計為2471.1m3，預制板數量為270 塊。為降低生產成本，CA-UHPC生產將最大化利用地材，因此CA-UHPC 配合比地材化調整即為首要工作內容[1]。

根據廣西現場地材實際情況，優化調整該項目中的CA-UHPC 配合比，進而在滿足設計指標要求的前提下，盡量減少造價。

1.1 原材料

CA-UHPC150 混凝土水泥采用P.II52.5 強度等級的硅酸鹽水泥；硅灰的SiO2含量為94%，燒失量0.9%，堆積密度為353kg/m3，強度活性指數115%；粉煤灰微珠燒失量1%，45μm 篩余量5.5%，堆積密度930kg/m3，強度活性指數82%；細骨料為機制砂；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 試驗結果及分析

1.2.1 水膠比對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 的坍落擴展度、力學性能，以及CA-UHPC 標準養護3d、7d、14d 和28d 抗壓強度變化規律如圖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CA-UHPC 性能的影響

3d 齡期時，A1、A2 和A3 的抗壓強度分別為109.6MPa、106.8MPa 和106.8MPa，均達到了28d 抗壓強度的68% 以上；7d 齡期時，抗壓強度均增加到28d強度的78%～83%；14d 齡期時，抗壓強度均增加到90%以上；28d 齡期時，A1、A2 和A3 抗壓強度分別為160.2MPa、157.2MPa 和155.5MPa，0.17 和0.18 水 膠比的抗壓強度較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 擴展度分別為400mm、460mm 和510mm，故選擇0.16 水膠比作為CA-UHPC 的基準水膠比。

1.2.2 粗骨料級配對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。試驗結果見表1。

表1 粗骨料級配對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 的工作性無明顯變化。而且A4、A5、A6 的7d、14d、70℃蒸養1d 的抗壓強度沒有明顯區別。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，試驗固定水膠比為0.16[5]。試驗結果見表2。

由表2 可見，A7、A8 鋼纖維摻量下CA-UHPC 的7d 抗壓強度均已超過150MPa，滿足設計指標要求。就工作性而言，鋼纖維摻量的提高必然導致新拌CAUHPC 擴展度的降低，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整。A4、A7、A8 配合比鋼纖維摻量分別對應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CA-UHPC 的彈性模量影響較大。當鋼纖維摻量為1.5% 時，CA-UHPC 的彈性模量略低于設計指標要求，且當鋼纖維摻量自2% 提升到2.5% 后，CAUHPC 的抗壓強度并沒有明顯提升[6]。綜合考慮，最終選擇2%鋼纖維配合比摻量。

1.3 配合比設計

綜上，對配合比進行優化，經優化的配合比見表3。

表3 CA-UHPC 設計配合比

根據實際CA-UHPC 密度進行修正后，得到CAUHPC 最終的配合比，見表4。

表4 CA-UHPC 實際配合比

經再次測試，得到力學性能指標，見表5。

表5 CA-UHPC 實際配合比下的力學性能指標

2 C70 高性能混凝土配合比設計分析

烏江特大橋工程主拱圈采用由8 根D1400mm 鋼管通過腹桿、橫聯和風撐組成的等寬變高度空間桁架結構，鋼管內灌注C70 自密實微膨脹混凝土，管內混凝土方量為5983.8m3，每根管內方量為748m3。采用泵壓法施工，自拱腳向拱頂分三級接力泵送，頂升鋼管內混凝土，最長泵送距離約300m，高90m，泵送難度大。因此在該混凝土配合比設計中需充分考慮上述施工因素[7]。

2.1 原材料

管內C70 自密實補償收縮混凝土組成材料及質量要求詳見表6。

表6 混凝土原材料質量要求

2.2 配合比設計

在C70 自密實補償收縮混凝土配合比試驗過程中，通過反復調整，使各項性能達到最佳狀態。混凝土中的主要成分粗細骨料，經認真調查分析，擇優使用[10]。

3 結語

綜上所述，烏江特大橋工程在上述CA-UHPC150超高強度混凝土和C70 高性能混凝土施工中，通過科學試配、精心設計，克服重重困難，高效完成了相關混凝土配合比設計工作，為工程建設質量打下了堅實的基礎，且兼顧經濟性和生產效率，取得了多項省級優秀QC 成果、省級工法、國家專利等成績，更為重要的是，可為類似工程項目積累相關混凝土配合比設計經驗，有積極意義。