用碎屑配制的C50高性能混凝土在预应力张拉结构中的应用

陈建大 金立平 刘文博 王克琼 王直平

1. 上海建工材料工程有限公司 上海 200086；2. 上海外经集团控股有限公司 上海 200032；3. 上海众合检测应用技术研究所有限公司 上海 200065

1 工程概况

德黑兰北部高速公路连接伊朗首都德黑兰和北部里海旅游城市查卢斯，全长约120 km，其中一期工程路线全长31.48 km。该线路地处伊朗北部山区，路线经过地区最高海拔3 250 m，沿线地形困难，地质复杂，沿线多为悬崖峭壁，地震活动频繁，地表植被较少，雨量稀少，在个别标段有雪崩等灾害。

2 混凝土配合比设计工作难点

本项目设计桥梁共22 座，设计C50混凝土方量为18 910 m3。其中，BR－6特大桥上部结构设计为大跨度波形钢腹板PC组合连续箱梁，设计C50混凝土量为8 185 m3，且均为泵送混凝土，最大泵送高度达80 m。

混凝土配合比设计难点有：

（a）水泥问题：伊朗本地水泥强度偏低，而钢腹板PC组合连续箱梁C50混凝土需要5 d之内预应力强度要求不低于45 MPa，而且由于无粉煤灰掺入，使用单一水泥胶结料易造成水泥用量偏大、水化热高而易产生箱梁裂缝。

（b）天然河砂问题：由于没有合格品质的河砂，所使用的水洗古河道砂存在级配不良、颗粒偏粗的现象，因此造成了混凝土浆体包裹面不足、混凝土易泌水离析、混凝土黏聚性不良以致泵送困难等质量问题，不仅如此，由于水洗古河道价格太高，混凝土还会产生成本难以控制的问题。

（c）石屑问题：现场加工的石屑存在细度模数大、石粉含量高等缺陷，若使用常规方式配制所需要的混凝土时，则该石屑对C50混凝土在施工和强度性能方面都存在很大不利影响。

（d）外加剂问题：一方面，当前已有的粉状萘系外加剂存在减水率偏低、混凝土保坍功能不佳等特点，易造成混凝土性能不稳定，坍落度损失大，导致现场泵送困难。

3 C50高性能混凝土的配制技术[1-3]

3.1 用萘系配制C50高性能混凝土

3.1.1 用天然河砂配制C50的混凝土性能对比

表1 用天然河砂配制C50混凝土的配合比

从表1、表2的C50混凝土工作性和强度可知，当采用不同的砂率来配制时，在用水量和外加剂掺量不到位的情况下，对应的混凝土的工作性和强度都受到较大的影响，但是按照上述的强度数据，本配合比不能满足工程所需要的5 d达到45 MPa的预应力张拉条件。

表2 用天然砂配制C50混凝土的强度和工作性能

3.1.2 不同碎屑掺量对混凝土工作性和强度的影响

表3 不同碎屑掺量配制C50混凝土的配合比

表4 不同碎屑掺量配制C50混凝土的强度和工作性能

从上述2 个表格的C50混凝土工作性和强度可知，在由25%、40%和50%的碎屑部分取代天然砂配制C50混凝土时，混凝土的工作性在碎屑取代量为40%时，性能较好，只是对应的强度偏低。

3.1.3 不同厂家的水泥对C50混凝土性能的影响

表5 不同水泥厂家配制C50混凝土的配合比

表6 不同水泥厂家不同用量配制C50混凝土的强度和工作性能

从上述2 个表格的C50混凝土工作性和强度可知，从Kerman和Bojnourd两个水泥厂的水泥分别配制C50混凝土来看，在配合比完全一样的情况下，对应的混凝土初始坍落度和坍落度保持性方面明显存在较大差异，用Bojnourd水泥厂配制的水泥对应的混凝土工作性更好，同时对应的4 d和5 d的混凝土强度都较高，基本在4 d就满足45 MPa的预应力混凝土张拉条件。

再者，考虑到混凝土的水泥用量和碎屑的不同掺合比例来看，在碎屑取代黄砂比例为50%、水泥用量为475 kg/m3、外加剂掺量在1.45%时，对应的混凝土工作性、包裹性和强度都是比较优秀的。

3.2 用聚羧酸配制C50高性能混凝土

3.2.1 不同聚羧酸外加剂对C50的混凝土性能影响由表7、表8可知，上述的3 种聚羧酸外加剂，PCE-5的功能是以保坍为主，PCE-4的功能是以减水为主，PCE-3的功能在PCE-4和PCE-5之间。PCE-3、PCE-4和PCE-5三种外加剂对应的混凝土，不论是初始工作性、坍落度损失，还是混凝土的保持性都较好。

表7 不同聚羧酸外加剂配制C50混凝土的配合比

表8 不同聚羧酸外加剂配制C50混凝土的强度和工作性能

3.2.2 不同厂家的水泥对C50混凝土性能的影响

表9 不同水泥厂家不同用量配制C50混凝土的配合比

表10 不同水泥厂家不同用量配制C50混凝土的强度和工作性能

用聚羧酸外加剂配制C50混凝土时，全部用碎屑代替河砂配制的C50工作性和强度都是较好，都能够在4d都能够满足预应力张拉的强度要求。同时，由于从混凝土的初始坍落度和坍落度保持性来看，用Bojnourd水泥配制的混凝土外加剂掺量更少一些，工作性保持性方面也较好，同时对应的强度也稍高一些。

4 结语

基于现场已有的混凝土原材料和现场生产条件，最终确定2 个最佳优化配合比（表11、表12）和1 个备选试验室配合比。

表11 推荐C50混凝土设计优化配合比之一

表12 推荐C50混凝土设计优化配合比之二

2 个最佳优化配合比与全部用河砂配制的混凝土的性能指标和经济指标进行对比，优化后的配合比具有明显的优势。