乌江特大桥工程中几种典型混凝土配合比设计分析

郑苏凯

（贵州陆通工程管理咨询有限责任公司，贵州贵阳 550000）

0 引言

乌江特大桥总长1832.58m，主桥为跨径504m 上承式钢管混凝土变截面桁架拱桥（世界在建最大跨径同类型拱桥），计算跨径为475m，主拱肋共60 个节段，最大吊重157t，管内灌注C70 自密实微膨胀混凝土；拱上立柱为双柱式矩形等截面钢箱结构；桥面系采用33.6m 跨槽型钢箱梁+粗骨料活性粉末混凝土（CAUHPC）桥面板连续组合结构。

1 CA-UHPC150 超高强度混凝土配合比设计分析

乌江特大桥工程主桥桥面板为粗骨料活性粉末混凝土（CA-UHPC），主梁顶板采用17cm 厚粗骨料超高性能混凝土板。CA-UHPC 板采用预制板，通过现浇湿接缝与相关部位连接成整体，并通过剪力键与钢主梁连接，大桥混凝土浇筑方量合计为2471.1m3，预制板数量为270 块。为降低生产成本，CA-UHPC生产将最大化利用地材，因此CA-UHPC 配合比地材化调整即为首要工作内容[1]。

根据广西现场地材实际情况，优化调整该项目中的CA-UHPC 配合比，进而在满足设计指标要求的前提下，尽量减少造价。

1.1 原材料

CA-UHPC150 混凝土水泥采用P.II52.5 强度等级的硅酸盐水泥；硅灰的SiO2含量为94%，烧失量0.9%，堆积密度为353kg/m3，强度活性指数115%；粉煤灰微珠烧失量1%，45μm 筛余量5.5%，堆积密度930kg/m3，强度活性指数82%；细骨料为机制砂；粗骨料为辉绿岩，压碎值为4.5%；钢纤维为端钩型钢纤维；减水剂为棕红色液体状聚羧酸高效减水剂[2]。

1.2 试验结果及分析

1.2.1 水胶比对CA-UHPC 性能的影响

纤维掺量与骨料含量不变，不同水胶比CA-UHPC 的坍落扩展度、力学性能，以及CA-UHPC 标准养护3d、7d、14d 和28d 抗压强度变化规律如图1 所示（其中A1、A2、A3 分别代表0.18、0.17、0.16 水胶比的CA-UHPC）。

图1 不同水胶比对CA-UHPC 性能的影响

3d 龄期时，A1、A2 和A3 的抗压强度分别为109.6MPa、106.8MPa 和106.8MPa，均达到了28d 抗压强度的68% 以上；7d 龄期时，抗压强度均增加到28d强度的78%～83%；14d 龄期时，抗压强度均增加到90%以上；28d 龄期时，A1、A2 和A3 抗压强度分别为160.2MPa、157.2MPa 和155.5MPa，0.17 和0.18 水 胶比的抗压强度较0.16 水胶比低1.9%～2.9%[3]。水胶比为0.16、0.17 和0.18 的CA-UHPC 扩展度分别为400mm、460mm 和510mm，故选择0.16 水胶比作为CA-UHPC 的基准水胶比。

1.2.2 粗骨料级配对CA-UHPC 性能的影响

A4、A5 和A6 粗骨料掺量均为830kg/m3，其中A4的粗骨料粒径为5～8mm，A5 粗骨料为5～8mm 粒径与3～5mm 粒径的辉绿岩按3∶7 的比例混合[4]。A6 粗骨料为5～8mm 粒径与3～5mm 粒径的辉绿岩按5∶5的比例混合。试验结果见表1。

表1 粗骨料级配对CA-UHPC 性能的影响

由表1 可知，随着3～5mm 直径辉绿岩含量的提高，新拌CA-UHPC 的工作性无明显变化。而且A4、A5、A6 的7d、14d、70℃蒸养1d 的抗压强度没有明显区别。故选用5～8mm 粒径的辉绿岩作为CA-UHPC的粗骨料。

1.2.3 钢纤维掺量对CA-UHPC 性能的影响

固定水胶比，A4、A7 和A8 分别选择1.5%、2%、2.5%的钢纤维掺量，试验固定水胶比为0.16[5]。试验结果见表2。

由表2 可见，A7、A8 钢纤维掺量下CA-UHPC 的7d 抗压强度均已超过150MPa，满足设计指标要求。就工作性而言，钢纤维掺量的提高必然导致新拌CAUHPC 扩展度的降低，钢纤维掺量的大幅度提高必然伴随着粗骨料与外加剂含量的调整。A4、A7、A8 配合比钢纤维掺量分别对应830kg/m3、680kg/m3、530kg/m3的粗骨料含量，而钢纤维掺量和粗骨料含量对CA-UHPC 的弹性模量影响较大。当钢纤维掺量为1.5% 时，CA-UHPC 的弹性模量略低于设计指标要求，且当钢纤维掺量自2% 提升到2.5% 后，CAUHPC 的抗压强度并没有明显提升[6]。综合考虑，最终选择2%钢纤维配合比掺量。

1.3 配合比设计

综上，对配合比进行优化，经优化的配合比见表3。

表3 CA-UHPC 设计配合比

根据实际CA-UHPC 密度进行修正后，得到CAUHPC 最终的配合比，见表4。

表4 CA-UHPC 实际配合比

经再次测试，得到力学性能指标，见表5。

表5 CA-UHPC 实际配合比下的力学性能指标

2 C70 高性能混凝土配合比设计分析

乌江特大桥工程主拱圈采用由8 根D1400mm 钢管通过腹杆、横联和风撑组成的等宽变高度空间桁架结构，钢管内灌注C70 自密实微膨胀混凝土，管内混凝土方量为5983.8m3，每根管内方量为748m3。采用泵压法施工，自拱脚向拱顶分三级接力泵送，顶升钢管内混凝土，最长泵送距离约300m，高90m，泵送难度大。因此在该混凝土配合比设计中需充分考虑上述施工因素[7]。

2.1 原材料

管内C70 自密实补偿收缩混凝土组成材料及质量要求详见表6。

表6 混凝土原材料质量要求

2.2 配合比设计

在C70 自密实补偿收缩混凝土配合比试验过程中，通过反复调整，使各项性能达到最佳状态。混凝土中的主要成分粗细骨料，经认真调查分析，择优使用[10]。

3 结语

综上所述，乌江特大桥工程在上述CA-UHPC150超高强度混凝土和C70 高性能混凝土施工中，通过科学试配、精心设计，克服重重困难，高效完成了相关混凝土配合比设计工作，为工程建设质量打下了坚实的基础，且兼顾经济性和生产效率，取得了多项省级优秀QC 成果、省级工法、国家专利等成绩，更为重要的是，可为类似工程项目积累相关混凝土配合比设计经验，有积极意义。