CF50大掺量钢纤维混凝土在重庆千厮门大桥高塔泵送中的应用

莫亚南，银乐利

(中交云南高速公路发展有限公司)

0 概 况

千厮门大桥是连接重庆市渝中区解放碑和江北城的重要纽带，是重庆市标志性工程之一。主桥为单塔单索面钢桁梁斜拉桥，桥跨布置为88 +312 +240 +80 m，主桥长720 m，主跨为312 m。

其中大桥索塔为天梭型，造型美观，构造复杂，钢锚箱通过剪力钉与索塔连接，索塔混凝土施工质量控制难度较大。特别是索塔锚固段设计采用CF50 大掺量钢纤维泵送混凝土，实际上塔柱混凝土泵送高度为108.9～154.9 m，根据施工方案，整个钢锚箱混凝土段共分14 次浇筑，每节浇筑最小厚度为2.645 m、最高浇筑厚度为4.5 m，单次最大浇筑方量178 m3，对混凝土的物理力学性能、抗裂性能和耐久性能均提出了很高的要求。

国内目前对于高塔钢纤维混凝土在类似工程的施工控制技术方法和施工经验较少。为此本文开展钢纤维混凝土配制技术和应用，为类似工程提供技术参考和借鉴。

高塔泵送混凝土技术要求及配合比设计原则。

表1 高塔泵送混凝土技术要求

表2 配合比设计原则

1 高塔泵送钢纤维混凝土配制

1.1 原材料选择

(1)水泥

混凝土用的水泥采用重庆拉法基水泥有限公司生产的P.O42.5，重庆拉法基水泥有限公司是西南最大的水泥生产企业，该厂生产的P.O42.5 水泥已在重庆多座桥梁上使用，其性能比较稳定。其主要密度指标为3.08 g/cm3。

(2)粉煤灰

重庆缺乏优质的I 级粉煤灰，主要是因为重庆电厂燃烧设备比较陈旧。重庆市粉煤灰主要生产厂家有川维粉煤灰、重庆电厂粉煤灰、珞璜电厂粉煤灰，珞璜电厂的Ⅱ级粉煤灰品质较稳定，在重庆使用范围广，且供应量能保证，故优先考虑使用珞璜Ⅱ级粉煤灰，其细度为2.4%，烧失量为3.22%，需水量比为102%，三氧化硫为2.10%。

(3)矿粉

重庆矿粉主要生产厂家有四川星船城、重庆寰亚、重庆腾安、重庆腾辉等几大厂家。由于重庆寰亚、重庆腾安两个厂家采用的是传统的球磨机，矿粉比表面积不稳定，活性往往不能保证，而四川星船城、重庆腾辉采用的是新型立式磨机，矿粉比表面积小，且较稳定，活性能保证。而四川星船城由于生产厂在四川资中，供应量不宜保证，综合比较，故选取重庆腾辉生产的S95 级矿渣粉。

(4)砂

细骨料直接采用业主指定的天然岳阳中砂，该砂含泥量少、质地坚硬、级配较好，适合进行高强度等级混凝土配合比设计。

(5)石

由于千厮门大桥上塔柱设计要求采用钢纤维混凝土，泵送垂直高度达150 多m，从钢纤维的泵送性能考虑，选用黄桷垭碎石厂生产的5～20 mm 连续级配碎石。

(6)钢纤维

钢纤维长度选择应遵循规范要求的原则，选择不合理将导致钢纤维易折或搭接效果差降低混凝土的抗拉性能;根据选用的碎石最大粒径为20 mm，确定选用钢纤维长度为30 mm。

钢纤维长经比的选择决定了单方混凝土中钢纤维的单根数量，选择不合理将对混凝土的泵送或抗拉性能有一定影响;通过选用长经比为50、55、60 的钢纤维进行混凝土试拌，确定钢纤维长经比为50 的钢纤维混凝土拌和性能最好。

钢纤维的类型选择主要对混凝土的抗拉性能有较大的影响。通过对三种钢纤维类型的剪切型、哑铃型、冷拉端钩型试验对比，冷拉端钩型钢纤维的力学性能最好。

在钢纤维的选择过程中，选取了冷拉端钩型、抗拉强度等级1 000 级、根据实际情况进行优选，

(7)外加剂

外加剂的类型选择及不同厂家采用的复配技术不同，对钢纤维混凝土的物理性能及力学性能影响较大。通过对不同厂家的聚羧酸外加剂进行物理性能及力学性能比较，优先选定了苏博特和巴斯夫两家外加剂进行最终比选。巴斯夫外加剂厂家的SDC 产品，该产品是采用国际上最先进的分子链立体网状结构进行减水作用，该产品在混凝土中砂率变化较大的情况下，在低胶凝材料的情况下都能保持较好的混凝土工作性能。

表3 钢纤维混凝土原材料最终优选结果

1.2 配合比及其性能

(1)优选水胶比

合适水胶比的选择，是满足钢纤维混凝土的泵送性能和力学性能的重要因素。

(2)优选砂率

选择合适的砂率是保证钢纤维混凝土泵送性能的重要因素。砂率过大，不利于钢纤维混凝土的力学性能和混凝土经济性;砂率过小，不利钢纤维混凝土的泵送性能。

(3)优选总胶凝材料

在满足钢纤维混凝土的施工工作性和设计要求的情况下，尽量降低总胶凝材料的用量，提高主塔结构的耐久性。

(4)确定满足施工工作性能的理论配合比

通过选用前期外加剂优选较好的两家外加剂进行大量混凝土配合比试配，当钢纤维掺量大于等于80 kg/m3时，采用苏博特JM－PCA 外加剂试拌出的混凝土性能较差，不能满足施工泵送要求。试配配合比见表4。

表4 试配配合比详表

(5)确定最经济的力学性能的钢纤维配比比

通过对以上满足施工工作性能要求的配合比进行试件成型，测试各自力学性能，优化能满足设计抗压、抗拉强度要求的配合比，见表5、表6、图1。

表5 混凝土抗压强度结果

表6 混凝土抗拉强度结果

图1 钢纤维掺量与抗拉强度关系图

(6)确定施工配合比

通过以上对钢纤维混凝土的物理性能和力学性能优化，考虑施工及商品混凝土拌合站的控制离散性等因素，为了保证混凝土能顺利泵送且混凝土力学性能满足设计要求，决定选用各方面性能最好的巴斯夫SDC 外加剂应用在最终施工配合比中，最终施工配合比见表7。

表7 施工使用的理论配合比

2 高塔泵送钢纤维混凝土施工

2.1 混凝土浇筑

千厮门P2 墩索塔钢纤维混凝土采用提供专用材料及配比委托商品混凝土公司加工形式。钢纤维混凝土搅拌采用强制式搅拌机搅拌，混凝土罐车运输，运输时间单程约30 min。钢纤维至现场后采用拖泵泵送入模、混凝土振捣棒振捣成型。

由于传统大坍落度钢纤维混凝土的包裹性较差，混凝土中的钢纤维由于比重大发生下沉，导致混凝土在泵送过程中经常出现不连续泵送就会发生混凝土堵管。本工程在混凝土配合比设计中充分考虑钢纤维混凝土的包裹性和分散性，泵送混凝土共浇筑14 次，浇筑过程经常出现停顿30 min 左右，未发生堵管的情况。

2.2 实体效果

实测混凝土力学性能见表8。

表8 实测混凝土力学性能

续表8

3 结 论

通过优选钢纤维混凝土原材料，重点对钢纤维及外加剂厂家的优选，配合比采用加入粉煤灰和矿粉的双掺技术，合理选择单位用水量、水胶比和砂率，并对不同钢纤维掺量的力学性能进行比较，优化设计钢纤维掺量，为类似工程的设计及施工提供了重要的依据。

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