CN104591634B - 微膨胀纤维增韧混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于钢‑混组合梁桥面板湿接缝的微膨胀纤维增韧混凝土及其制备方法，涉及微膨胀纤维增韧混凝土制备领域。本发明微膨胀纤维增韧混凝土包括胶凝材料(水泥、粉煤灰、矿渣粉、膨胀剂)、集料、增韧材料、仿钢纤维、减水剂和水；所述的微膨胀纤维增韧混凝土的28d抗压强度≥69.0MPa、28d抗折强度≥7.0MPa、28d劈裂抗拉强度≥5.0MPa、28d弹性模量≥36.0GPa、抗裂等级达到L‑Ⅳ级、28d弯曲韧性指数I20≥8、56d氯离子扩散系数＜4.0×10‑12m2/s、21d收缩率＜200×10‑6。本发明能够有效防止混凝土收缩龟裂，使钢筋混凝土更加致密；本发明的微膨胀纤维增韧混凝土不仅强度较高、收缩率较低，而且弯曲韧性和耐久性较好，成本较低，便于广泛使用。
Description
技术领域
本发明涉及湿接缝的微膨胀纤维增韧混凝土制备领域，具体涉及一种用于钢-混组合梁桥面板湿接缝的微膨胀纤维增韧混凝土及其制备方法。
背景技术
现代桥梁建设中，钢-混组合梁的建筑高度小，跨越能力大，通航性好；与一般桥梁相比，钢-混组合梁在适用范围、工程施工、管理维护及使用寿命方面均具有较大优势。
钢-混组合梁的使用环境可以分为一般自然环境和海洋环境，与一般自然环境相比，处于海洋环境下的钢-混组合梁不仅要受到交通荷载的反复作用，还要受到潮汐、台风、温差变动、干湿循环、盐雾侵蚀等作用，钢-混组合梁的工作环境异常恶劣。钢-混组合梁桥面板湿接缝及剪力钉槽的混凝土是将桥面板与桥面板、桥面板与钢主梁组合在一起受力的关键材料。一般施工时预制桥面板需要存放6个月以上，以减少组合时桥面板的收缩徐变影响；后浇湿接缝和剪力钉槽混凝土与预制桥面板混凝土在新旧界面结合匹配性、收缩徐变、热胀性等方面差异较大，进而导致包括处于负弯矩区的湿接缝混凝土工作环境更加严酷，对湿接缝混凝土抗收缩、抗裂性能及整体结构耐久性的要求更高。
目前，海洋环境湿接缝混凝土一般采用海工耐久性混凝土，海工耐久性混凝土配制时，主要掺加矿物掺合料和高效减水剂，以提高混凝土的密实性，进而提高抗氯离子渗透能力。但是，工程实践证明，掺加矿物掺合料会增大混凝土的自身收缩，容易产生裂缝，进而降低混凝土结构耐久性；与此同时，在混凝土中掺加钢纤维、聚合物纤维和增韧材料等虽然能够提高混凝土韧性和疲劳性能，但是混凝土收缩率相对较大。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于钢-混组合梁桥面板湿接缝的微膨胀纤维增韧混凝土及其制备方法。本发明能够有效防止混凝土收缩龟裂，使钢筋混凝土更加致密；本发明的微膨胀纤维增韧混凝土不仅强度较高、收缩率较低，而且弯曲韧性和耐久性较好，成本较低，便于广泛使用。
为达到以上目的，本发明提供的微膨胀纤维增韧混凝土，按质量份计，包括463～531份胶凝材料、1738～1806份集料、0.80～1.50份仿钢纤维、2.08～2.92份增韧材料、4.17～5.84份减水剂和140～148份水；所述463～531份胶凝材料包括278～319份水泥、65～74份粉煤灰、83～96份矿渣粉和37～42份膨胀剂；
所述微膨胀纤维增韧混凝土的28d抗压强度≥69.0MPa、28d抗折强度≥7.0MPa、28d劈裂抗拉强度≥5.0MPa、28d弹性模量≥36.0GPa、抗裂等级达到L-Ⅳ级、28d弯曲韧性指数I20≥8、56d氯离子扩散系数＜4.0×10-12m2/s、21d收缩率＜200×10-6。
在上述技术方案的基础上，所述微膨胀纤维增韧混凝土，按质量份计，具体包括495份胶凝材料、1774份集料、1.20份仿钢纤维、2.48份增韧材料、4.95份减水剂和146份水；所述495份胶凝材料中包括297份水泥、69份粉煤灰、89份矿渣粉和40份膨胀剂。
在上述技术方案的基础上，所述胶凝材料中水泥、粉煤灰、矿渣粉和膨胀剂的质量比为：0.60：0.14：0.18：0.08。
在上述技术方案的基础上，所述胶凝材料中的水泥采用52.5级硅酸盐水泥，粉煤灰采用Ⅰ级粉煤灰，矿渣粉采用S95级矿渣粉，膨胀剂采用在空气中21d限制膨胀率≥-0.010％的膨胀剂。
在上述技术方案的基础上，所述仿钢纤维采用100％聚丙烯加工成型的波形纤维，其直径为0.8～1.2mm，长度为30±2mm，抗拉强度≥500MPa。
在上述技术方案的基础上，所述增韧材料采用有机聚合物水分散微纳米材料，其关键结构为双键封端的聚氨基甲酸酯结构，增韧材料的28d断裂能耗比＞160％。
在上述技术方案的基础上，所述减水剂采用聚羧酸系高性能减水剂，其减水率≥25％。
在上述技术方案的基础上，所述集料按质量份计，包括1份粗集料和0.64份细集料。
在上述技术方案的基础上，所述粗集料采用粒径为5～20mm连续级配碎石，所述细集料采用细度模数为2.6～3.0的天然河砂。
本发明提供的用于上述微膨胀纤维增韧混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：将胶凝材料和集料加入搅拌机，均匀搅拌30s，转到步骤S2；
S2：向搅拌机中撒入仿钢纤维，将胶凝材料、集料和仿钢纤维共同搅拌30s，转到步骤S3；
S3：将减水剂与水融合形成混合液；依次将混合液和液态增韧材料加入搅拌机，将胶凝材料、集料、仿钢纤维、混合液和增韧材料共同搅拌3min，得到坍落度为180～220mm的混凝土拌和物。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明制备混凝土时掺加了仿钢纤维、增韧材料和混凝土膨胀剂。仿钢纤维和增韧材料提高了混凝土的抗弯拉强度、抗裂性和韧性；混凝土加入膨胀剂后会生成大量膨胀性结晶水化物，进而产生压应力挤压水泥水化物钙矾石等形成膨胀力，不仅能够抵消混凝土干缩时产生的拉应力，而且能够补偿水泥混凝土凝结硬化产生的收缩，有效防止混凝土收缩龟裂。
(2)本发明的混凝土的膨胀剂在钢筋混凝土中会产生微膨胀力，进而引起钢筋受拉，钢筋受拉的反力使混凝土受到压缩应力，在钢筋中建立0.2～0.7MPa的自应力，发挥了和预应力法同样的机械张拉钢筋的效果，使钢筋混凝土更加致密。
(3)本发明的微膨胀纤维增韧混凝土的28d抗压强度≥69.0MPa、28d抗折强度≥7.0MPa、28d劈裂抗拉强度≥5.0MPa、28d弹性模量≥36.0GPa、抗裂等级达到L-Ⅳ级、28d弯曲韧性指数I20≥8、56d氯离子扩散系数＜4.0×10-12m2/s、21d收缩率＜200×10-6；微膨胀纤维增韧混凝土不仅强度较高、收缩率较低，而且弯曲韧性和耐久性较好，成本较低。
(4)与现有技术中在混凝土中增加钢纤维、聚合物纤维用量或添加减缩增韧剂相比，本发明在仿钢纤维、增韧材料用量适当的基础上掺加膨胀剂，其成本更低，便于广泛使用。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例中的用于钢-混组合梁桥面板湿接缝的微膨胀纤维增韧混凝土，按质量份计，包括463～531份胶凝材料、1738～1806份集料、0.80～1.50份仿钢纤维、2.08～2.92份增韧材料、4.17～5.84份减水剂和140～148份水。463～531份胶凝材料包括278～319份水泥、65～74份粉煤灰、83～96份矿渣粉和37～42份膨胀剂。
本实施例中的微膨胀纤维增韧混凝土的28d(天)抗压强度≥69.0MPa、28d抗折强度≥7.0MPa、28d劈裂抗拉强度≥5.0MPa、28d弹性模量≥36.0GPa、抗裂等级达到L-Ⅳ级、28d弯曲韧性指数I20≥8、56d氯离子扩散系数＜4.0×10-12m2/s、21d收缩率＜200×10-6。
本实施例中用于钢-混组合梁桥面板湿接缝的微膨胀纤维增韧混凝土，按质量份计，具体包括495份胶凝材料、1774份集料、1.20份仿钢纤维、2.48份增韧材料、4.95份减水剂和146份水。495份胶凝材料中包括297份水泥、69份粉煤灰、89份矿渣粉和40份膨胀剂。
本实施例的胶凝材料中水泥、粉煤灰、矿渣粉和膨胀剂的质量比为：0.60：0.14：0.18：0.08；水泥采用52.5级的硅酸盐水泥，粉煤灰采用Ⅰ级粉煤灰，矿渣粉采用S95级矿渣粉，膨胀剂采用空气中21d限制膨胀率≥-0.010％的膨胀剂。
本实施例中的集料按质量份计，包括1份粗集料和0.64份细集料；粗集料采用粒径为5～20mm连续级配碎石，细集料采用细度模数为2.6～3.0的天然河砂。
本实施例中的仿钢纤维采用100％聚丙烯加工成型的波形纤维，其直径为0.8～1.2mm，长度为30±2mm，抗拉强度≥500MPa。
本实施例中的增韧材料采用有机聚合物水分散微纳米材料，其关键结构为双键封端的聚氨基甲酸酯结构，增韧材料的28d断裂能耗比＞160％。
本实施例中的减水剂采用聚羧酸系高性能减水剂，其减水率≥25％。
本发明实施例中的用于上述微膨胀纤维增韧混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：将胶凝材料和集料加入搅拌机，均匀搅拌30s，转到步骤S2；
S2：向搅拌机中撒入仿钢纤维，将胶凝材料、集料和仿钢纤维共同搅拌30s，转到步骤S3；
S3：将减水剂与水融合形成混合液；依次将混合液和液态增韧材料加入搅拌机，将胶凝材料、集料、仿钢纤维、混合液和增韧材料共同搅拌3min，得到坍落度为180～220mm的混凝土拌和物。
下面通过8个实施例，具体说明本发明的用于钢-混组合梁桥面板湿接缝的微膨胀纤维增韧混凝土及其制备方法。
实施例1～8中各组分的质量配比如表1所示，其中实施例1为不掺加仿钢纤维、增韧材料、膨胀剂的对比例；实施例2为不掺加膨胀剂的对比例，实施例3～8为本发明中用于钢-混组合梁桥面板湿接缝的微膨胀纤维增韧混凝土。在实施例3～8中，实施例5为应用于跨海桥梁工程实体钢-混组合梁桥面板湿接缝及剪力钉槽的微膨胀纤维增韧混凝土理论配合比，预测可满足120年设计使用寿命，实施例1～4、6～8为进行研究的试验示例。
表1 实施例1～8的组分质量配比表
实施例3～8中的胶凝材料中水泥、粉煤灰、矿渣粉和膨胀剂的质量比为：0.60：0.14：0.18：0.08，水泥为华润水泥(平南)有限公司的P·Ⅱ52.5硅酸盐水泥，粉煤灰为镇江华源集团新型材料分公司的F类Ⅰ级粉煤灰，矿渣粉为唐山曹妃甸盾石新型建材有限公司的S95级矿渣粉，膨胀剂为江西萍乡市联友建材有限公司的UEA型混凝土膨胀剂，混凝土膨胀剂在空气中21d的限制膨胀率为-0.008％。
实施例3～8中的集料按质量份计，包括1份粗集料和0.64份细集料。粗集料采用江门新会白水带石场粒径为5～20mm连续级配碎石；细集料采用西江的天然河砂，细度模数为2.9。
实施例3～8中的仿钢纤维采用泰安同伴纤维有限公司的TB-30有机合成波形纤维，其比重为0.91g/cm3，直径为0.81mm，长度为30mm，抗拉强度为503MPa，断裂伸长率为15.2％；增韧材料采用江苏苏博特新材料股份有限公司的液态-ITM混凝土原位增韧材料，增韧材料28d断裂能耗比为179％。减水剂采用山东华伟银凯建材科技股份有限公司NOF-AS聚羧酸系高性能减水剂，减水剂的减水率29％，水采用自来水。
实施例1～2中所用材料与实施例3～8中材料相同。
下面对实施例1～8中的混凝土按照以下试验方法标准进行性能测试。
(1)抗压强度：根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002检测混凝土抗压强度，试件尺寸为150mm×150mm×150mm的立方体。
(2)抗折强度：根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002检测混凝土抗折强度，试件尺寸为150mm×150mm×550mm的小梁试件。
(3)劈裂抗拉强度：根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002检测混凝土劈裂抗拉强度，试件尺寸为150mm×150mm×150mm的立方体。
(4)弹性模量：根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002检测混凝土弹性模量，试件尺寸为150mm×150mm×300mm的棱柱体。
(5)氯离子扩散系数：根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009检测混凝土氯离子扩散系数，试件尺寸为Φ100×50mm的圆柱体。
(6)抗裂等级：根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009及《混凝土耐久性检验评定标准》JGJ/T193-2009评价抗裂等级，试件尺寸为800mm×600mm×100mm的平面薄板型试件。
(7)弯曲韧性指数：根据《纤维混凝土试验方法标准》CECS13：2009检测混凝土的弯曲韧性指数，试件尺寸为150mm×150mm×550mm的小梁试件。
(8)收缩率：根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009检测混凝土收缩率，试件尺寸为100mm×100mm×515mm的小梁试件。
实施例1～8根据以上试验方法得出的各项性能数据如表2所示。
表2 实施例1～8的性能测试数据表
可以看出，实施例1与实施例2～8相比，28d抗压强度、28d弹性模量和56d氯离子扩散系数的测试数据接近，但28d抗折强度、28d劈裂抗拉强度、抗裂等级、28d弯曲韧性指数和21d收缩率远不及实施例2～8。
实施例2与实施例3～8相比，28d抗压强度、28d抗折强度、28d劈裂抗拉强度、28d弹性模量、56d氯离子扩散系数测试数据几乎一致，但抗裂等级、28d弯曲韧性指数和21d收缩率不及实施例3～8，且实施例2的21d收缩率不满足桥梁工程实体桥面板湿接缝混凝土21d收缩率＜200×10-6要求。因此，实施例3～8微膨胀纤维增韧混凝土的抗疲劳性好，抗弯拉强度高，抗裂性及弯曲韧性好，收缩率非常小。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (8)
1.一种微膨胀纤维增韧混凝土，其特征在于：按质量份计，包括463～531份胶凝材料、1738～1806份集料、0.80～1.50份仿钢纤维、2.08～2.92份增韧材料、4.17～5.84份减水剂和140～148份水；所述463～531份胶凝材料包括278～319份水泥、65～74份粉煤灰、83～96份矿渣粉和37～42份膨胀剂，所述仿钢纤维采用100％聚丙烯加工成型的波形纤维，其直径为0.8～1.2mm，长度为30±2mm，抗拉强度≥500MPa，所述增韧材料采用有机聚合物水分散微纳米材料，其关键结构为双键封端的聚氨基甲酸酯结构，增韧材料的28d断裂能耗比＞160％；
所述微膨胀纤维增韧混凝土的28d抗压强度≥69.0MPa、28d抗折强度≥7.0MPa、28d劈裂抗拉强度≥5.0MPa、28d弹性模量≥36.0GPa、抗裂等级达到L-Ⅳ级、28d弯曲韧性指数I20≥8、56d氯离子扩散系数＜4.0×10-12m2/s、21d收缩率＜200×10-6。
2.如权利要求1所述的微膨胀纤维增韧混凝土，其特征在于：所述微膨胀纤维增韧混凝土，按质量份计，具体包括495份胶凝材料、1774份集料、1.20份仿钢纤维、2.48份增韧材料、4.95份减水剂和146份水；所述495份胶凝材料中包括297份水泥、69份粉煤灰、89份矿渣粉和40份膨胀剂。
3.如权利要求1所述的微膨胀纤维增韧混凝土，其特征在于：所述胶凝材料中水泥、粉煤灰、矿渣粉和膨胀剂的质量比为：0.60：0.14：0.18：0.08。
4.如权利要求1至3任一项所述的微膨胀纤维增韧混凝土，其特征在于：所述胶凝材料中的水泥采用52.5级硅酸盐水泥，粉煤灰采用Ⅰ级粉煤灰，矿渣粉采用S95级矿渣粉，膨胀剂采用在空气中21d限制膨胀率≥-0.010％的膨胀剂。
5.如权利要求1至3任一项所述的微膨胀纤维增韧混凝土，其特征在于：所述减水剂采用聚羧酸系高性能减水剂，其减水率≥25％。
6.如权利要求1至3任一项所述的微膨胀纤维增韧混凝土，其特征在于：所述集料按质量份计，包括1份粗集料和0.64份细集料。
7.如权利要求6所述的微膨胀纤维增韧混凝土，其特征在于：所述粗集料采用粒径为5～20mm连续级配碎石，所述细集料采用细度模数为2.6～3.0的天然河砂。
8.一种用于权利要求1至7任一项所述微膨胀纤维增韧混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将胶凝材料和集料加入搅拌机，均匀搅拌30s，转到步骤S2；
S2：向搅拌机中撒入仿钢纤维，将胶凝材料、集料和仿钢纤维共同搅拌30s，转到步骤S3；
S3：将减水剂与水融合形成混合液；依次将混合液和液态增韧材料加入搅拌机，将胶凝材料、集料、仿钢纤维、混合液和增韧材料共同搅拌3min，得到坍落度为180～220mm的混凝土拌和物。
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| C06 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant |