CN102173685A - 一种适用于快速张拉的现浇梁混凝土组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于快速张拉的现浇梁混凝土组合物，混凝土组合物由水泥、碳酸盐掺和料、矿物掺和料、粗骨料、细骨料、外加剂、水混合配制而成，混凝土组合物中水泥的用量为250kg/m3-430kg/m3，碳酸盐掺和料的用量为50kg/m3-200kg/m3，矿物掺合料的用量为0kg/m3-180kg/m3。本发明通过掺入碳酸盐掺和料，利用碳酸盐掺和料混凝土高早强、高弹模、后期强度持续稳定增长以及低收缩徐变的特性，在不提高混凝土设计强度等级的前提下，可制备出3天可以实施张拉的混凝土，且不增加混凝土的徐变。将该混凝土应用于现浇梁的施工，可有效解决传统现浇梁混凝土预施应力龄期长的问题，从而大幅度缩短现浇梁施工工期。

Description

一种适用于快速张拉的现浇梁混凝土组合物
技术领域：本发明涉及一种高性能建筑材料，具体涉及一种桥梁现浇混凝土。
背景技术
由于桥梁节省土地资源、质量容易控制等突出特点，以桥代路的设计理念已经被广泛应用于高速铁路与客运专线的设计中。高架、长桥、大跨度桥梁多，桥梁比例大是我国高速铁路的典型特征之一。以京沪高速铁路为例，全线正线长度1318公里，正线桥梁247座，延长1059.351公里，占线路全长的80.4％，其中箱梁31034孔，各种特殊结构397座。京沪沿线约96％的简支箱梁采用梁场预制、架桥机架设的施工方法，另有397处特殊桥梁和1000余孔梁采用桥位灌筑的施工方法。
梁厂预制、架桥机架设的施工方法便于快速施工和简支箱梁质量保证；而对于现浇梁，尤其是采用悬臂浇筑法施工的预应力混凝土连续梁(拱)，受各悬臂阶段施工周期限制等因素的影响，往往成为工程建设中的控制节点。目前，我国客专建设中对于控制工期的现浇梁工点常采用变更施工方法的方式予以解决，即由悬臂浇筑法改为满堂支架法等。相比较而言，满堂支架法一方面增设大临设施，桥梁建设成本也随之增加；另一方面该方面在在跨越河流等条件下也难以实现。
对传统桥梁用混凝土预施应力较早时，会由于混凝土早期弹性模量偏低，导致结构预应力徐变损失偏大。对于预应力混凝土结构，混凝土预施应力龄期主要影响混凝土徐变变形以及预应力损失，受荷龄期越早，混凝土徐变变形和预应力损失越大。为了实现现浇梁快速施工，急需开发一种具有高早期、高弹模和低收缩徐变的混凝土材料，满足提前张拉的要求。
发明内容
基于工程建设中存在的实际问题，本发明提出了一种适用于快速张拉的现浇梁混凝土及其制备技术，创造性的将碳酸盐掺合料引入现浇梁混凝土中，利用碳酸盐掺合料混凝土高早强、高弹模、后期强度持续稳定增长以及低收缩徐变的特性，在不提高混凝土设计强度等级的前提下，制备出满足3天张拉要求的混凝土。将该混凝土应用于现浇梁的施工，可有效解决传统现浇梁混凝土预施应力龄期长、建设工期长的问题。
本发明的技术方案：一种适用于快速张拉的现浇梁混凝土组合物，其特征在于：混凝土组合物由水泥、碳酸盐掺和料、矿物掺和料、粗骨料、细骨料、外加剂、水混合配制而成，其各组分的用量如下：
水泥：250kg/m3-430kg/m3
碳酸盐掺和料：50kg/m3-200kg/m3
矿物掺合料：0kg/m3-180kg/m3
粗骨料：950kg/m3-1150kg/m3
细骨料：650kg/m3-850kg/m3
外加剂：2kg/m3-10kg/m3
水：120kg/m3-160kg/m3
上述适用于快速张拉的现浇梁混凝土组合物，其特征在于：上述碳酸盐掺和料为以碳酸钙为主要组分，经破碎、粉磨而成，能够改善混凝土性能的超细粉体材料。
上述适用于快速张拉的现浇梁混凝土组合物，其特征在于：上述碳酸盐掺和料具备特定的细度，粒度分布特征参数D50≤8μm、D90≤20μm。
上述适用于快速张拉的现浇梁混凝土组合物，其特征在于：上述矿物掺和料是粉煤灰、磨细矿渣、硅灰、偏高岭土、石英粉(硅微粉)、钢渣粉、磷渣粉、锂渣粉、膨胀剂之中的一种或二种以上的混合物。
上述适用于快速张拉的现浇梁混凝土组合物，其特征在于：上述外加剂是聚羧酸系高效减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐高效减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂之中的一种或两种以上的复配产物。
本发明的工作机理：碳酸盐掺合料兼有惰性掺合料(如石英粉)与活性掺合料(如硅灰、矿渣等)的双重特性，宏观性能表现为早期力学性能增高与后期收缩徐变性能降低。与活性掺合料相比，其早期强度增强，后期强度增长缓慢；同水胶比情况下，碳酸盐掺合料混凝土收缩和徐变值较小。碳酸盐掺合料对混凝土性能的改善机理表现为早期加速、中期胶凝与后期惰性填充作用。碳酸盐掺和料对水泥早期加速作用，主要体现在对C3S水化的影响上，随着CaCO3掺入，C3S水化放热速率明显增加，第一放热峰升高，第二峰出现时间提前，水化诱导期则缩短。其原因是碳酸钙颗粒对C3S水化所释放出Ca2+的吸附，这种吸附导致C3S颗粒周围的Ca2+浓度降低，加速C3S的水化。中期胶凝作用是否发挥主要取决于碳酸盐—水泥体系中硫酸盐是否剩余，如果硫酸盐消耗完毕，则碳酸盐能够起到中期胶凝作用，其原因是碳酸盐与水泥中的铝酸盐发生反应形成具有一定胶凝能力的碳铝酸盐。如果硫酸盐剩余，则碳酸盐只能起到微集料的填充作用。在后期，碳酸盐仅起到密实填充作用。由于碳酸盐掺合料的填充作用，与活性掺合料相比，混凝土徐变值增加。在碳酸盐—水泥体系中，多余的碳酸盐将在体系中起到微集料作用。
本发明的优点在于：混凝土桥梁预施应力时混凝土弹性模量偏低、导致预应力徐变损失偏大是导致其病害产生的主要原因之一。本发明通过采用碳酸盐掺和料的技术途径，制备出早期强度和弹性模量高、后期强度与弹性模量与等强度等级传统掺合料混凝土相近的混凝土材料。利用碳酸盐掺合料混凝土高早强、高弹模与后期强度持续稳定增长的特性，在不提高混凝土设计强度等级的前提下，制备出满足早期张拉要求的混凝土材料。3d加荷本发明碳酸盐掺合料混凝土徐变值和徐变度与5d加荷传统混凝土徐变值和徐变度相当，即与传统用混凝土相比，加荷龄期对本发明碳酸盐掺合料混凝土徐变值影响较小。故本发明碳酸盐掺合料混凝土用于现浇梁中可以减小由早期张拉混凝土徐变增大而引起的预应力损失。从而提高桥梁结构的耐久性。
附图说明
图1是本发明一实施例与传统混凝土相比相同龄期加荷徐变显著降低的试验曲线图。
图2是本发明另一实施例与传统混凝土的强度发展试验曲线图。
具体实施方式
本发明是一种适用于快速张拉的现浇梁混凝土组合物，其特征在于：混凝土组合物由水泥、碳酸盐掺和料、矿物掺和料、粗骨料、细骨料、外加剂、水混合配制而成，其中水泥用量为250kg/m3-430kg/m3，碳酸盐掺和料用量为50kg/m3-200kg/m3，矿物掺合料用量为0kg/m3-180kg/m3，粗骨料用量为950kg/m3-1150kg/m3，细骨料用量为650kg/m3-850kg/m3，外加剂用量为2kg/m3-10kg/m3，水用量为120kg/m3-160kg/m3。
上述的碳酸盐掺和料是以碳酸钙为主要组分，经破碎、粉磨而成，能够改善混凝土性能的超细粉体材料。上述碳酸盐掺和料具备特定的细度，比表面积大于350m2/kg，粒度分布特征参数D50≤8μm、D90≤20μm。
本发明所用的水泥可为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥等各种水泥，为了更好的发挥碳酸盐掺和料的作用，最好使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
本发明所用的细骨料可以是河砂、山砂或人工砂。粗骨料可以是碎石或碎卵石。
本发明所用的矿物掺和料可以是粉煤灰、磨细矿渣、硅灰、偏高岭土、石英粉(硅微粉)、钢渣粉、磷渣粉、锂渣粉、膨胀剂之中的一种或二种以上的混合物。本发明中最好使用粉煤灰或磨细矿渣，当本发明用于浇筑合拢部分混凝土时，最好掺入膨胀剂。
本发明所用的外加剂可以是聚羧酸系高效减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐高效减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂之中的一种或两种以上的复配产物。
以下为本发明实施例。实施例并不限定发明的范围。
实施例1：
(1)原材料
水泥：榴园普通硅酸盐水泥P.O 42.5；
碳酸盐掺和料：比表面积518m2/kg，粒度分布参数D50 7.58μm，D90 18.46μm；
矿物掺和料：徐州华润电厂I级粉煤灰；
细骨料：河砂，细度模数2.8；
粗骨料：5-20mm碎石；
外加剂：山西黄腾聚羧酸减水剂；
水：地下水。
(2)配合比
以上述原材料和表1所示混凝土配合比配制混凝土，测定抗压强度。表1中配合比1到配合比5为本发明实施例配合比，配合比6和配合比7为比较例混凝土配合比。
表1混凝土配合比(kg/m3)
Figure BSA00000433861600041
(3)试验方法
混凝土坍落度控制160±20mm，含气量控制2-3％，强制式搅拌机搅拌180s，养护温度20℃，养护湿度95％以上。测试其各龄期的抗压强度。
(4)试验结果
表2为表1配合比混凝土的抗压强度实验结果，由表2可知，与比较例混凝土相比，实施例混凝土早期强度较高，后期强度与比较例混凝土相当。这表明本发明提出的混凝土能够促进早期强度的发展，但并不影响其长期力学性能。基于早期张拉的混凝土设计不是基于提高混凝土的强度等级来实现。
表2实施例抗压强度实验结果
Figure BSA00000433861600051
实施例2：
(1)原材料
水泥：冀东普通硅酸盐水泥P.O 42.5；
碳酸盐掺和料：比表面积683m2/kg，粒度分布参数D50 4.82μm，D90 12.50μm；
矿物掺和料：首钢嘉华矿渣粉；
细骨料：河砂，细度模数2.6；
粗骨料：5-10mm、5-20mm二级配碎石；
外加剂：天津雍阳聚羧酸减水剂；
水：自来水。
(2)配合比
以上述原材料和表3所示混凝土配合比配制混凝土，测定弹性模量。表3中配合比8到配合比12为本发明实施例配合比，配合比13和配合比14为比较例混凝土配合比。
表3混凝土配合比
Figure BSA00000433861600061
(3)试验方法
混凝土坍落度控制200±20mm，强制式搅拌机搅拌210s，养护温度20℃，养护湿度95％以上。测试其各龄期的弹性模量。
(4)试验结果
表4为表3配合比混凝土的弹性模量实验结果，由表4可知，与比较例混凝土相比，实施例混凝土早期弹性模量较高，本发明提出的混凝土能够实现高的早期弹模，从而实现现浇梁的早龄期快速张拉。
表4弹性模量实验结果
Figure BSA00000433861600062
实施例3：
(1)原材料
水泥：北京琉璃河P.O42.5水泥；
碳酸盐掺和料：比表面积518m2/kg，粒度分布参数D50 7.58μm，D90 18.46μm；
矿物掺和料：石景山热电厂I级粉煤灰；
细骨料：河砂，细度模数2.8；
粗骨料：5-16mm碎石；
外加剂：江苏博特聚羧酸减水剂；
水：地下水。
(2)配合比
以上述原材料和表5所示混凝土配合比配制混凝土，测定抗压强度。表1中配合比15和配合比16为本发明实施例配合比，配合比17和配合比18为比较例混凝土配合比。
表5混凝土配合比(kg/m3)
Figure BSA00000433861600071
(3)试验方法
混凝土坍落度控制180±20mm，含气量控制3-4％，强制式搅拌机搅拌180s，养护温度20℃，养护湿度95％以上。测试其各龄期的抗压强度，在3d和5d龄期时，对混凝土加荷，测试其徐变性能。
(4)试验结果
图1为实施例配合比15的混凝土和比较例配合比17的混凝土在3d和5d加荷的徐变值随龄期的变化曲线，由图可知，采用本发明专利实施例的配合比后，相同龄期张拉混凝土的徐变值显著降低，从而能够满足提前张拉龄期，实现现浇梁的快速张拉。图2为实施例配合比16混凝土和比较例配合比18混凝土的强度曲线，由图可知，本发明专利实施例配合比的混凝土的早期强度明显高于比较例混凝土的早期强度，而两个配合比混凝土56天强度基本相当，表明本发明不是以提高混凝土强度等级来实现现浇梁混凝土的快速张拉，而是通过掺入碳酸盐掺和料，实现混凝土的高早强，从而达到快速张拉的目的。

Claims (5)

1.一种适用于快速张拉的现浇梁混凝土组合物，其特征在于：混凝土组合物由水泥、碳酸盐掺和料、矿物掺和料、粗骨料、细骨料、外加剂、水混合配制而成，其各组分的用量如下：
水泥：250kg/m3-430kg/m3
碳酸盐掺和料：50kg/m3-200kg/m3
矿物掺合料：0kg/m3-180kg/m3
粗骨料：950kg/m3-1150kg/m3
细骨料：650kg/m3-850kg/m3
外加剂：2kg/m3-10kg/m3
水：120kg/m3-160kg/m3
2.按权利要求1所述的适用于快速张拉的现浇梁混凝土组合物，其特征在于：上述碳酸盐掺和料为以碳酸钙为主要组分，经破碎、粉磨而成，能够改善混凝土性能的超细粉体材料。
3.按权利要求1所述的适用于快速张拉的现浇梁混凝土组合物，其特征在于：上述碳酸盐掺和料具备特定的细度，粒度分布特征参数D50≤8μm、D90≤20μm。
4.按权利要求1所述的适用于快速张拉的现浇梁混凝土组合物，其特征在于：上述矿物掺和料是粉煤灰、磨细矿渣、硅灰、偏高岭土、石英粉(硅微粉)、钢渣粉、磷渣粉、锂渣粉、膨胀剂之中的一种或二种以上的混合物。
5.按权利要求1所述的适用于快速张拉的现浇梁混凝土组合物，其特征在于：上述外加剂是聚羧酸系高效减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐高效减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂之中的一种或两种以上的复配产物。
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