C55高距离泵送混凝土配合比设计

摘 要：高强度、高泵送距离混凝土的主要控制指标是强度和可泵性。文中通过粉煤灰-硅灰掺和料替代粉煤灰-矿粉掺和料来配置混凝土，有效改善了混凝土的可泵性，并保证了混凝土的强度，特别是早期强度，使得工程施工顺利进行。

关键词：强度；可泵性；硅灰

随着建筑行业的发展，混凝土泵送高度越来越大，强度提高，黏度增大，造成泵送施工困难，给整个施工浇筑过程带来一系列技术难题。

1 工程概况

牛栏江特大桥是国家高速公路G85昭通至会泽段的控制性工程之一。主桥上部构造为102m+190m+102m三跨预应力混凝土连续刚构箱梁。设计混凝土强度等级为C55，主箱梁0～2号段内掺聚丙烯纤维，泵送最大高度超过130m。

2 配合比设计

2.1 原材料

P·O52.5水泥、 F类Ⅰ级粉煤灰、S 95级矿粉、5mm～25mm连续级配碎石、细度模数2.9河砂、饮用水、高性能聚羧酸减水剂。

2.2 配合比初步设计

（1）水胶比W/B：混凝土配置强度为64.9MPa，该混凝土用挂篮悬臂浇筑。根据施工工艺和施工工期安排，要求混凝土7d强度要达到设计强度的100%，结合以往工程实践经验，选择水胶比0.27～0.29。

（2）用水量和胶材用量：根据《公路桥涵施工技术规范》，参照C60高性能泵送混凝土胶材总量不宜大于530kg/m3，矿物掺和料不宜小于胶材总量的20%。选取用水量140 kg/m3，胶材总量在（483～518）kg/m3之间，粉煤灰、矿粉占胶材总量的20%，掺配比例为4：6。

（3）砂率：根据《公路桥涵施工技术规范》，泵送混凝土砂率宜控制在35%～45%范围内，选取砂率为40%。

（4）外加剂掺量：由于泵送高度超过100m，设计坍落度为200mm±20mm，外加剂掺量依据混凝土试拌确定为胶凝材料总量的1.45%。

（5）根据以上配合比设计参数值，按照水胶比0.27、0.28、0.29，混凝土原材用量（kg/m3）水泥：粉煤灰：矿粉：砂子：碎石：水：外加剂依次为

（a）415：41：62：769：1153：140：7.51；

（b）400：40：60：776：1164：140：7.25；

（c）386：39：58：783：1174：140：7.00。

所测得坍落度190mm～200mm，扩展度550mm～560mm，1h坍落度经时损失5mm～10mm，3次混凝土拌合物性能基本一致； 7d和28d抗压强度（MPa）依次为（a）60.3、71.0；（b）56.4、68.6；（c）53.3、64.8。

根据以上试验结果，选取（b）水胶比为0.28的配合比作为理论配合比。

2.3 配合比验证

根据《公路桥涵施工技术规范》及施工设计说明，对选定配合比进行强度验证和试泵。6次强度试验验证7d 和28d抗压强度均满足施工及配置强度要求，但在试泵过程中发现泵压上升较快，泵送出口泌水较多，特别是在添加聚丙烯纤维后泌水情况进一步加大。对泵送出口混凝土进行取样，7d抗压强度仅为49.3MPa，经分析原因为混凝土在高压泵送过程中泌水较多，带走部分水泥浆液，造成实际水泥用量减少，强度下降。

3 配合比优化

3.1 原材料更换

经过更换原材料生产厂家及配合比微调，均未有效改善其可泵性能。经查阅相关高泵送混凝土资料，决定采用硅灰替代矿粉进行配合比设计。

3.2 新配合比设计

根据《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》，耐久性混凝土硅灰掺量一般不超过胶材总量的8%，而硅灰推荐用量一般为5%～10%，故硅灰掺量取5%。同时为了降低因此带来的早期水化热增大和混凝土开裂风险，将粉煤灰掺量提高到15%，新配合比中粉煤灰、硅灰掺量为（d）78：26；（e）75：25；（f）72：24，其余材料比例不变。

所测得坍落度210mm～220mm，扩展度600mm～610mm，1h坍落度经时损失0～5mm，3次混凝土拌合物性能也基本一致；7d和28d抗压强度（MPa）依次为（d）61.4、69.6；（e）58.6、66.0；（f）54.8、63.4。

根据以上试验结果，选取（e）水胶比为0.28的配合比作为新理论配合比。

3.3 新配合比验证

同样对选定配合比进行强度验证和试泵。6次强度试验验证7d 和28d抗压强度均满足施工及配置强度要求，试泵过程中泵压保持稳定，泵送连续流畅，添加聚丙烯纤维后也泵送顺利。对泵送出口混凝土进行取样，抗压结果也满足要求。确认配合比为水泥：粉煤灰：硅灰：砂子：碎石：水：外加剂=400：75：25：776：1164：140：7.25。

4 原因分析

在泵送混凝土施工中，硅灰由于比表面积较大，是矿粉和粉煤灰的40倍之多，可吸附混凝土中大量自由水而减少泌水，减少自由水在集料界面上的聚集，从而提高混凝土的强度和改善混凝土的可泵性。矿粉颗粒表面呈多棱面状，改善和易性方面不如粉煤灰的微珠效应，使得混凝土粘聚性增大，保水性差，容易泌水。从而在高距离泵送混凝土时泵压增大，泌水量较多，造成施工浇筑困难。

5 结语

在本工程实例中，在矿粉-粉煤灰双掺混凝土不能满足施工需要时，采用硅灰-粉煤灰双掺达到了预期目的。粉煤灰、矿粉、硅灰作为混凝土掺和料，在工程应用中各有其优缺点，应根据实际施工环境、工艺及耐久性要求等，选择合适的矿物掺和料和掺配比例，进行优势互补。

参考文献：

[1]公路桥涵施工技术规范[S].人民交通出版社，2011.

[2]公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范[S].2006.

[3]杨胜江.水泥及掺合料对混凝土可泵性的影响试验[J].低温建筑技术，2013，08（14）.

[4]李林威.硅灰对混凝土耐久性的影响[J].湖南农机，2012（09）：259.

作者简介：杜博渊（1983-），男，陕西西安人，工程师，研究方向：工程试验检测。