摘要：针对刚果（布）布拉柴沿河大道项目沿线河砂细度模数小，不满足标准要求，主塔较高，混凝土需要泵送的实际情况，采用当地机制砂配制了C60泵送混凝土，并研究了水泥用量、砂率、石粉含量、机制砂和河砂复合对混凝土工作性能、力学性能和耐久性的影响，结果表明：随着水泥用量的提高，混凝土工作性能变好，强度增大；混凝土坍落度随着砂率的增大呈现先增加后降低的趋势，砂率影响混凝土强度，砂率不宜过大；机制砂C60泵送混凝土的坍落度随着石粉含量的增加而提高，石粉含量对混凝土抗压强度影响不大；机制砂和河砂复合能够改善混凝土工作性能，混凝土抗压强度满足要求；水泥用量提高和石粉含量增加均能改善混凝土抗氯离子渗透性能，机制砂和河砂复合对混凝土抗氯离子渗透性能影响不大；但是水泥用量提高和石粉含量增加均增加了混凝土收缩，机制砂和河砂复合略微降低混凝土收缩。
关键词：斜拉桥主塔；泵送混凝土；机制砂；收缩性能
刚果（布）布拉柴沿河大道项目斜拉桥主桥主跨285m，桥跨布置为49+81+285+81+49m，桥梁全长545m。索塔采用钻石造型，南塔塔柱总高122.2m，北塔塔柱总高118.7m，其中上塔柱高44m，中塔柱高57.2m，下塔柱高17.5m。全桥采用120根可更换钢绞线斜拉索结构体系，斜拉索固定端于上塔柱钢锚箱，张拉端安装在主梁上。斜拉桥总体布置见图1。主梁中心梁高2.3m，桥宽22.0m，采用标号为C60混凝土Π型双边主梁。
图1斜拉桥总体布置图
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由于索塔塔身非常高，且截面形式有显著的变化，拟定采用液压爬模四面爬升的方法施工，墩身高空起重工作由塔吊负责，采用电梯运送施工人员上下塔柱。塔柱混凝土采用泵送施工，泵管顺索塔两侧安装布设。混凝土入模采用泵送软管输送混凝土到距浇筑部位2m高处，分层浇筑。墩身混凝土每次浇筑高度为4.5m，浇筑时分层进行，分层厚度30～50cm左右。工程所在地刚果(布)首都布拉柴维尔市属于热带草原气候，气温高，湿度大。年平均温度在24～28℃之间，历年最高气温34 度，最低气温15 度，总体上属于赤道型热带气候。
工程采用C60高强混凝土泵送施工，由于当地河砂细度模数较小，不能满足施工要求，拟采用机制砂配制混凝土，另外由于主塔高度高（122.2m），需要采用泵送施工工艺，施工所在地气温高，混凝土工作性能保持难度大，因此对混凝土性能提出了较高的要求。由于机制砂颗粒表面较粗糙，级配不良，通常是两头多中间少，配制高强泵送混凝土难度较大[1-5]，目前机制砂C60高强泵送混凝土报道较少[6-9]。本文从水泥用量、砂率、机制砂石粉含量、机制砂和河砂复合等方面对混凝土工作性、力学性能和耐久性影响的角度对机制砂C60泵送混凝土配合比及其性能进行了研究，为刚果（布）布拉柴沿河大道项目斜拉桥主桥施工提供技术支持。
1 试验材料与方法
1.1 试验原材料
本文试验混凝土主要使用如下原材料进行配制：
（1）水泥：刚果新水泥公司SONOCC，CPA-45，3d、28d抗压强度分别为25.7MPa和59.1MPa，初凝时间和终凝时间分别为151min和262min，比表面积为351 m2/kg，密度为3.10 g/cm3。
（2）机制砂：细度模数2.59，表观密度2.57g/cm3，吸水率1.1%，压碎值6.3%，石粉含量8.2%，MB值0.95.
（3）河砂：细度模数1.48、表观密度2.60g/cm3。
（4）粗骨料：5-25连续级配碎石，母材强度115MPa，表观密度2650kg/m3，吸水率1.0%，压碎值6.8%，针片状含量4.4%。
（5）减水剂：中国山西黄恒科技有限公司生成聚羧酸高效减水剂（缓凝型），固含量26.1%，减水率27.5%。
1.2 试验方法
混凝土工作性能按照《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》GB/T50080-2016进行；力学性能按照《混凝土物理和力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002进行；长期性能和耐久性能按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009进行。
2 结果与分析
2.1 混凝土工作性和力学性能
2.1.1 水泥用量
根据机制砂特点（机制砂颗粒表面粗糙、含有石粉），试验水泥用量对混凝土工作性能和可以强度的影响，试验配合比和工作性能见表1，保持用水量不变，水泥用量分别为477 kg/m3、498 kg/m3和510 kg/m3。由表1的试验结果控制，保持用水量不变，随着水泥用量的提高，混凝土水灰比降低，混凝土坍落度和扩展度在提高，G-1组初始坍落度为165mm，扩展度为340mm，无法满足泵送施工要求，且1h之后混凝土基本上已经无无流动性，另外两组水泥用量较高（＞490 kg/m3）的混凝土，工作性能较好，且1h坍落度和扩展度保持也较为理想，说明对于机制砂C60泵送混凝土，水泥用量不宜过低，这主要是由于机制砂表面较为粗糙，相应的比表面积较大，在满足泵送要求，即具有较好的流动性的情况下，需要较多的水泥浆体包裹颗粒。
混凝土抗压强度见图2，由图2试验结果可知，随着水泥用量的提高，混凝土水灰比降低，机制砂C60泵送混凝土7d和28d抗压强度均呈现增大趋势，这也复合公认的混凝土强度水灰比定律。G-2组7d抗压强度为58.7MPa，28d抗压强度为75.2MPa，满足C60强度等级混凝土抗压强度要求。综合考虑混凝土工作性能和抗压强度，以及成本考虑，机制砂C60泵送混凝土初步推荐水泥用量498kg/m3，水胶比0.30。
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图2水泥用量对机制砂泵送混凝土抗压强度的影响
2.1.2 砂率的影响
不同砂率机制砂C60泵送混凝土配合比见表2，保持混凝土配合比其他参数不变，混凝土砂率分别设置为0.37%、0.39%、0.41%和0.43%。混凝土工作性能和抗压强度试验结果见表3，由表3试验结果可知，机制砂C60泵送混凝土坍落度随着砂率的增大呈现先增加后降低的趋势，混凝土拌合物状态也由流动性偏差到粘聚性好、流动性好，再到流动性降低，说明对于机制砂C60泵送混凝土存在一个最佳砂率，砂率过小浆体不足以包裹粗骨料，并具有一定的富裕以提供混凝土较好的流动性，砂率过大则机制砂颗粒需要较多的水泥浆包裹。
由机制砂C60泵送混凝土抗压强度试验结果可知，砂率对混凝土抗压强度具有一定的影响，砂率在37%~41％之间，混凝土抗压强度相差不多，28d抗压强度均大于75MPa，砂率为43%时，混凝土抗压强度明显降低，28d抗压强度为71.4Mpa，相对于砂率41%的混凝土，降低了6.2%。因此，从抗压强度的角度考虑，对于机制砂C60泵送混凝土砂率不宜过大。
表2不同砂率机制砂C60泵送混凝土配合比
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表3不同砂率机制砂C60泵送混凝土工作性和抗压强度
2.1.3 石粉含量的影响
机制砂由于其为人工通过制砂机破碎到一定的粒度而制成，含有一定量的石粉是其固有性能，这也是机制砂区别于河砂的主要特点，机制砂中石粉含量对于机制砂技术指标和配制混凝土性能影响较大，通常认为石粉具有一定的微集料效应、填充效应和晶核效应。国家标准《建筑用砂》GBT14684-2011规定，在机制砂MB值试验合格的基础上（MB<1.40），石粉含量≤10%，交通行业标准《公路工程水泥混凝土用机制砂》JT/T819-2011对于机制砂石粉含量要求较为严格，在机制砂MB值试验合格的基础上（MB<1.40），桥涵结构物用机制砂石粉含量Ⅰ类机制砂≤5.0%，Ⅱ类机制砂≤7.0%，Ⅲ类机制砂≤10.0%。为此试验了机制砂石粉含量对机制砂C60泵送混凝土工作性和抗压强度的影响，试验通过水洗后的机制砂和普通机制砂复合调整石粉含量，石粉含量设置为4.3%、8.5%、10.1%，试验配合比见表4，混凝土工作性和抗压强度见表5。
由表5的试验结果可知，机制砂C60泵送混凝土的坍落度随着石粉含量的增加而提高，机制砂石粉含量4.3%的G-7组混凝土坍落度为155mm，无法满足泵送要求，而机制砂石粉含量8.5%和10.1%的两组混凝土坍落度分别为200mm和210mm，另外其拌合物状态均较好。在混凝土抗压强度上，三组不同石粉含量机制砂配制的混凝土强度相差不大，28d抗压强度均大于75MPa，满足C60混凝土抗压强度要求。因此结合标准要求和试验情况，C60泵送混凝土用机制砂石粉含量推荐控制在7%～10%。
表4不同机制砂石粉含量混凝土配合比
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2.1.4 机制砂和河砂复掺
刚果（布）布拉柴维尔当地河砂细度模数较小，不满足标准要求，而机制砂具有级配不良，通常是两头多中间少的特点，通过河砂和机制砂复合可以在一定程度上改善机制砂级配。试验了机制砂和河砂复掺对C60泵送混凝土工作性能和力学性能的影响，机制砂和河砂比例设置为7：3和6：4，试验混凝土配合比见表6，机制砂和河砂复合C60泵送混凝土性能见表7。由表7试验结果可知，三组混凝土工作性能均较好，混凝土坍落度最小的为195mm，拌合物状态均较好；三组混凝土抗压强度均能够满足C60强度等级混凝土要求，28d抗压强度均大于73MPa，为此，工程现场可以根据物资供应情况和细集料价格综合考虑是否采用机制砂和河砂复合，机制砂和河砂复合比例初步推荐7：3。
表6机制砂和河砂复合混凝土配合比
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2.2混凝土耐久性
2.2.1 抗渗性
机制砂C60泵送混凝土RCM氯离子渗透性能见表8。由表8的试验结果可知，四组混凝土28d氯离子扩散系数均小于 9.0×10-12m2/s，56d氯离子扩散系数均小于4.0×10-12m2/s。G-2和G-3两组对比可知，水泥用量较多的G-3组，由于其浆体量更多，混凝土密实性较好，混凝土氯离子扩散系数更小；G-2和G-8两组对比可知，机制砂石粉可以填充细集料间的孔隙，使得混凝土更加致密，因此机制砂石粉含量10.1%的G-8组比石粉含量8.5%的G-2组氯离子扩散系数更小；对比G-2和G-9可知，机制砂和河砂复合对于混凝土抗氯离子渗透性能影响不大。
表8机制砂C60泵送混凝土RCM氯离子扩散系数
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2.2.2 收缩性能
机制砂C60泵送混凝土收缩性能见图3。由图3试验结果可知，水泥用量较大使得混凝土收缩较大，混凝土收缩开裂风险大，因此应该合理控制混凝土水泥用量；另外，机制砂中石粉含量较高使得混凝土收缩较大，机制砂石粉含量不宜过大。机制砂和河砂复合能够略微降低混凝土收缩，但是影响较小。四组混凝土收缩均较小，60d龄期时，四组混凝土收缩率最大的为G-8，收缩率为310.0×10-6，收缩率最小的为G-9，收缩率为285.1×10-6。
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图3机制砂C60泵送混凝土收缩性能
3 结论
针对刚果布布拉柴维尔河斜拉桥主塔混凝土泵送要求，采用当地机制砂配制了C60泵送混凝土，通过研究得到如下结论：
（1）随着水泥用量的提高，混凝土工作性能变好，强度增大；混凝土坍落度随着砂率的增大呈现先增加后降低的趋势，砂率影响混凝土强度，砂率不宜过大。
（2）机制砂C60泵送混凝土的坍落度随着石粉含量的增加而提高，石粉含量对混凝土抗压强度影响不大；机制砂和河砂复合能够改善混凝土工作性能，混凝土抗压强度满足要求。
（3）水泥用量提高和石粉含量增加均能改善混凝土抗氯离子渗透性能，机制砂和河砂复合对混凝土抗氯离子渗透性能影响不大；但是水泥用量提高和石粉含量增加均增加了混凝土收缩，机制砂和河砂复合略微降低混凝土收缩。
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