C50钢纤维泵送混凝土配合比试验研究及工程应用

温明益 李方杰 陈 攀（泸州市产品质量监督检验所，四川 泸州 646000）

C50钢纤维泵送混凝土配合比试验研究及工程应用

温明益 李方杰 陈 攀（泸州市产品质量监督检验所，四川 泸州 646000）

以泸州市沱江四桥及连接线工程跨江大桥C50钢纤维泵送混凝土配合比设计为例，采用泸州地区当地生产的原材料配制C50钢纤维泵送混凝土，介绍了C50钢纤维泵送混凝土的配合比设计试验过程，并对该混凝土施工性能和力学性能进行了试验研究，确定了符合设计和施工要求的混凝土配合比。

混凝土配合比；钢纤维；泵送混凝土

钢纤维混凝土（steel fibre reinforced concrete，简称SFRC）是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的颗粒型和纤维型材料混杂的复合材料，通过钢纤维在混凝土中的分散，减小因为荷载作用在混凝土内部产生应力集中现象从而引起的缺陷和裂缝[1]。与一般普通混凝土相比，钢纤维混凝土的抗拉强度、抗折强度、抗疲劳性能、抗裂性能、弯曲韧性、抗冲击性能和抗暴性能等都有很大的改善与提高。钢纤维混凝土在国内和国外的很多工程中已经有了应用的先例，充分验证了钢纤维混凝土的优良性[2]。泸州市沱江四桥及连接线工程跨江大桥的上塔柱锚固区采用C50钢纤维泵送混凝土。该工程采用优质粉煤灰替代部分水泥，并且掺入一定量聚羧酸高性能减水剂和钢纤维配制C50钢纤维泵送混凝土。通过优化配合比，确定了符合设计和施工要求的混凝土配合比。本文以泸州市沱江四桥及连接线工程为工程背景，总结以往经验，配制出满足设计和施工要求的配合比。

1 工程概况

泸州市沱江四桥及连接线工程起于泸州市江阳区康城路，止于蜀泸大道，前期连接城北和城西新城，后期与邻玉长江大桥连接，一起构成一条由南向北的主要通道。在该通道上有规划轨道线路经过[3]。

该工程为快速路，全线总长为3.815km，主线前期利用轨道通道为双向8车道，后期轨道通道开通使用后为双向6车道。全线包含一座长为691m的跨江大桥，跨科教城3号路桥、跨隆叙铁路桥、蜀泸立交接线桥3座主线高架桥,以及一座互通式立交。跨江大桥上塔柱锚固区设计采用C50钢纤维泵送混凝土。

2 工程难点及解决途径

在此工程中，需将C50钢纤维混凝土泵送至距地面30m以上高度的施工部位上。根据施工情况，要求混凝土在满足设计强度等级的同时，还必须具有良好的工作性，较大的坍落度和坍落度扩展度（坍落度≥220mm，坍落度扩展度≥550mm），不泌水，稳定性好，不离析。所以，在满足混凝土设计强度等级的同时，工作性也需达到泵送所需的要求是本工程的技术难点。因此，需解决以下几个方面的问题：

1）较大坍落度和坍落度扩展度的混凝土在运输过程中有可能出现钢纤维和粗骨料沉降的问题[4]；

2）钢纤维混凝土比同等坍落度的普通混凝土粘度更大，可泵性更差；

3）由于泵送高度较高，则需要使用较大的泵送压力，并且需要混凝土具有良好的流动性和较低的粘度。

为保证混凝土具有良好的流动性、均匀性、稳定性和可泵性。采用如下几个方式来保证混凝土的性能：

1）采用较低水胶比以提高混凝土的密实度和强度；

2）在混凝土中掺入一定量的优质粉煤灰替代水泥，利用粉煤灰的玻璃体微珠颗粒形态效应，起到一定的减水作用，同时，可改善混凝土和易性和粘聚性[5]；

3）掺加一定量的聚羧酸高性能减水剂来减少单位用水量和提高混凝土的工作性；

4）根据混凝土配合比设计基本原则，选取最优砂率和合适的外加剂掺量，以达到混凝土初始密实性和稳定性[6]；

5）投料顺序：应先将钢纤维和粗骨料投入搅拌机中搅拌30秒，再将细骨料和胶凝材料投入搅拌机中干拌30秒，最后将水及外加剂加入转动中的搅拌机内搅拌2至3分钟，以保证钢纤维在混凝土中能够均匀分散。

表1 水泥技术指标

表2 粉煤灰技术指标

表3 细骨料技术指标

表4 粗骨料技术指标

表5 高性能减水剂技术指标

表6 试验混凝土配合比

表7 混凝土拌合物性能及力学性能试验结果

3 试验用原材料

本试验用水泥为宜宾双马拉法基水泥有限公司P.O42.5水泥，泸州地博粉煤灰开发有限公司生产的F类Ⅰ级粉煤灰，泸州市龙马潭区枣子砂石厂生产的机制中砂，泸州市马潭区枣子砂石厂生产的粒径为（5-25）mm碎石，江苏苏博特新材料有限公司生产的PCA-1型聚羧酸高性能减水剂，重庆富祥金属纤维有限公司生产的多锚固点冷拔丝切断型钢纤维，钢纤维型号为30×0.8型，各主要材料技术性能见表1-表5。

4 配合比设计试验方案

试验中对钢纤维混凝土的各项物理力学性能指标的测定方法均按照《纤维混凝土试验方法标准》（CECS13-2009）规定执行[7]。配合比设计是保证混凝土质量的重要环节，根据钢纤维泵送混凝土配合比设计的基本原则和本工程对混凝土强度、施工性能的要求。在标准条件下，合理选择水胶比、单位用水量、砂率和外加剂掺量等因素，计算单位体积混凝土各组分材料用量，并在室内进行试拌和混凝土性能试验得出优化配合比见表6。

5 试验结果及分析

C50钢纤维泵送混凝土拌合物性能和力学性能试验结果见表7。

5.1 施工性

坍落度、坍落度扩展度、泌水及坍落度经时损失可作为泵送混凝土直观的评价指标，通过采用不同粉煤灰掺量的优化配合比拌合物性能试验结果见表7。分析结果表明，保持其余材料用量不变的情况下，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土坍落度、坍落度扩展度和2h经时坍落度均逐渐增大，且拌合物均无泌水。其中编号T-3在无泌水的情况下，坍落度、坍落度扩展度和2h经时坍落度均达到现场施工的要求。

5.2 力学性能

从表7试验结果分析得出，在同一水胶比的情况下，随着粉煤灰掺量的增加，各龄期混凝土立方体抗压强度均有一定幅度的降低，混凝土立方体抗压强度在7d龄期到28d龄期发展规律基本一致，并且28d龄期立方体抗压强度均达到C50混凝土配制强度，编号T-1和编号T-2抗压强度超出混凝土配制强度，编号T-3在有一定富余强度值的情况下，达到混凝土配制强度。

5.3 工程混凝土配合比应用

通过上述混凝土试验结果，其中编号T-3配合比在拌合物性能满足施工要求的同时，抗压强度达到C50混凝土的配制强度，综合经济性以及混凝土拌合物工作性，推荐编号T-3混凝土配合比为泸州市沱江四桥及连接线工程塔梁固结段现场施工配合比。施工过程中，所有进场原材料检测结果均符合相关标准要求，严格按照要求的投料顺序和拌和时间进行拌和，新出机混凝土粘聚性、保水性较好，坍落度与坍落度扩展度与室内试验结果相近，在运输过程中没有出现钢纤维和粗骨料沉降的问题，混凝土拌合物具有良好的可泵性且施工中无堵管爆管现象。现场抽检的混凝土强度和拌合物性能满足设计要求和现场施工的要求，并具有良好的重现性。经检测，该混凝土使用部位未出现裂缝，表面光滑，无质量缺陷。

6 结 语

通过对泸州市沱江四桥及连接线工程跨江大桥上塔柱锚固区C50钢纤维泵送混凝土的配合比设计和工程应用，结合试验情况和工程应用过程分析得到以下结论：

1）按照推荐的混凝土配合比配制C50钢纤维混凝土配合比，能满足泸州市沱江四桥及连接线工程C50钢纤维泵送混凝土的设计和施工要求。

2）试验证明，通过就地选材，严格控制原材料品质，找准最优砂率、最优外加剂掺量和合理的掺合料掺量等，配制高强大流动度性的泵送钢纤维混凝土是可行的。

3）试验表明，钢纤维泵送混凝土和普通泵送混凝土7d龄期到28d龄期强度发展规律基本一致。

4）掺入钢纤维之后，砂率和外加剂掺量均应根据拌合物性能情况按一定幅度提高，并且钢纤维混凝土比同等坍落度的泵送混凝土粘度更大。

[1]代洪伟，赵燕茹.钢纤维混凝土配合比设计及抗压性能研究[A].内蒙古工业大学学报，2010：143-144.

[2]黄勇.C60钢纤维泵送混凝土双掺配合比设计及工程应用[B].混凝土与水泥制品，2012：65-67.

[3]刘帮俊.泸州市沱江四桥总体设计[A].世界桥梁，2015：10-11.

[4]唐兵，杨勇强，杨建辉.C50泵送钢纤维混凝土试验研究.铁道建筑技术，2003：53-54.

[5]周茗茹，孙耀峰，乔宏霞.不同品质粉煤灰在砂浆中减水效应及强度规律的研究[A].粉煤灰综合利用，2011：16-17.

[6]中华人民共和国住房和城乡建设部.普通混凝土配合比设计规程：JGJ55-2011.北京：中国建筑工业出版社，2011；

[7]大连理工大学.纤维混凝土试验方法标准：CECS13:2009.北京：中国计划出版社，2010；

Experimental study and engineering application of C50 steel fi ber pump concrete mixture ratio

Taking the fourth bridge of Tuojiang River in Luzhou City and the C50 steel fiber pump concrete mix proportion design of the connection project cross river bridge as an example, the C50 steel fiber pump concrete that produced by the local raw materials in Luzhou City was used, the mix proportion design process of the C50 steel fiber pump concrete was introduced, the concrete construction property and mechanical property were tested and studied, and the concrete mix proportion that accords with the design and construction requirements was determined.

concrete mix proportion；steel fiber；pump concrete

TU528.572

B

1003-8965（2017）05-0144-02