CN104891889A - 一种装配式预应力空心桥面板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种装配式预应力空心桥面板及其制备方法，采用超高性能粉末混凝土浇筑，通过添加适当的硅粉和纳米级碳酸钙粉提高其抗冲击性能，通过添加适当的PVA纤维和玄武岩纤维提高其耐磨性能。
Description
技术领域
本发明涉及空心桥面板，尤其涉及一种装配式预应力空心桥面板及其制备方法。
背景技术
桥梁表面的预制桥面板通常采用普通混凝土预制或现场浇筑桥面板进行施工，一般采用钢筋预应力后张法施工连接，桥面板设计厚度一般为200~300毫米。该传统工艺主要是后张法控制应力经常造成板面开裂，应力控制不稳定且原有张拉空位需要注浆处理，板面需要较厚，否则张拉易出现弯曲开裂变形等，由于桥面板厚度加厚增加了桥面自重，因此在设计上需要增加桥墩的基础及桥墩直径等等，通车后由于混凝土的本身脆性较强，受到车辆重载冲击后，容易产生开裂，开裂后表面很快剥落，表面破坏。而预应力混凝土空心板是桥梁的承重结构，是保证结构安全耐用的前提和基础。故提高预应力混凝土空心板的性能是至关重要的。
现有的技术多从空心板的结构上进行改进，如申请号为201310086662.0专利名称为《一种正交异性钢板-复合材料空心板组合桥面结构》，而很少在空心板的原料配方上进行研究。申请号为201410582207.4名称为《一种高性能混凝土》的中国专利公开了一种高性能混凝土，其原料按重量份包括以下组分：水泥100-140份、碎石500-700份、河砂100-180份、粉煤灰30-60份、矿渣20-50份、硅灰50-90份、石灰石粉10-30份、玄武岩纤维20-50份、秸秆粉30-80份、减水剂2-6份、纳米二氧化硅20-80份、纳米碳酸钙5-15份、多壁碳纳米管5-30份、十二烷基硫酸钠1-3份、硬脂酸锌3-6份、硼酸2-5份、柠檬酸钠3-7份、水80-100份。该发明的粉煤灰、矿渣、纳米碳酸钙和纳米二氧化硅可以与水泥水化产物反应生成凝胶，填充在混凝土的空隙中，提高了混凝土结构的密实性，但该专利碎石和河砂占主要成分，不适于生产要求自重小、脆性弱等要求的空心桥面板。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抗冲击、抗碳化、耐磨的装配式预应力空心桥面板及其制备方法。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：
一种装配式预应力空心桥面板，采用超高性能粉末混凝土浇筑，所述超高性能粉末混凝土包括如下各重量份组分：
平均粒径30~60μm的42.5等级普通硅酸盐水泥800~1000份；
平均粒径5~20μm,SiO2含量≥85%的微硅粉150~200份；
平均粒径平均粒径10~30μm的石灰石粉150~200份；
纳米级碳酸钙粉30~50份；
粒径为1.63mm以下的河砂850~1000份；
减水率大于30%的高效减水剂18~25份；
自养护剂4~6份；
水175~230份；
平均直径0.20mm,长度12~15毫米镀铜纤维120份；
平均直径0.28mm,长度14~18毫米钢纤维60份；
平均直径0.12mm,长度6~10毫米镀铜纤维60份；
长度6~12mm的PVA纤维2~4份；
长度9~12mm的玄武岩纤维25~40份。
优选地，所述超高性能粉末混凝土包括如下各重量份组分：
平均粒径30~60μm的42.5等级普通硅酸盐水泥850~950份；
平均粒径5~20μm,SiO2含量≥85%的微硅粉170~180份；
平均粒径平均粒径10~30μm的石灰石粉170~180份；
纳米级碳酸钙粉35~45份；
粒径为1.63mm以下的河砂900~950份；
减水率大于30%的高效减水剂20~23份；
自养护剂4~6份；
水195~210份；
平均直径0.20mm,长度12~15毫米镀铜纤维120份；
平均直径0.28mm,长度14~18毫米钢纤维60份；
平均直径0.12mm,长度6~10毫米镀铜纤维60份；
长度6~12mm的PVA纤维2~4份；
长度9~12mm的玄武岩纤维30~35份。
更优选地，所述超高性能粉末混凝土包括如下各重量份组分：
平均粒径30~60μm的42.5等级普通硅酸盐水泥900份；
平均粒径5~20μm,SiO2含量≥85%的微硅粉175份；
平均粒径平均粒径10~30μm的石灰石粉175份；
纳米级碳酸钙粉40份；
粒径为1.63mm以下的河砂925份；
减水率大于30%的高效减水剂21份；
自养护剂5份；
水200份；
平均直径0.20mm,长度12~15毫米镀铜纤维120份；
平均直径0.28mm,长度14~18毫米钢纤维60份；
平均直径0.12mm,长度6~10毫米镀铜纤维60份；
长度6~12mm的PVA纤维3份；
长度9~12mm的玄武岩纤维30份。
本发明中的硅粉及纳米碳酸钙主要是增加耐磨性能及提高致密度，同时，玄武岩纤维及PVA对耐磨性能大幅度提高，组合钢纤维对于桥面抗冲击性能大幅度提高。石灰石粉是作用主要是增加工艺浇筑流态作用，同时填充内部空隙；自养护剂主要为后续强度发展提供水分，本身结构致密度高，很难有水进入，自养护剂可以二次释放水出来。 进一步地，所述装配式预应力空心桥面板由多块桥面板连接组成，所述桥面板的两端设有凹部，所述凹部与相邻桥面板的凹部装配形成的空隙插有钢筋并用砂浆密封。
所述桥面板设有空心结构，所述空心结构为多个间距相同圆形通孔或异形通孔。所述桥面板的空心结构率为30~45%。
更进一步地，所述桥面板内设有多条并排的预应力钢筋。所述桥面板的厚度为100~150毫米。
一种装配式预应力空心桥面板的制备方法， 包括如下步骤：
S1.将配方限定的镀铜钢纤维、钢纤维、PVA纤维、玄武岩纤维和河砂加入搅拌机搅拌2~3分钟进行分散均匀；
S2.再向搅拌机中加入配方限定的水泥、微硅粉、石灰石粉及纳米碳酸钙粉继续搅拌5~6分钟至均匀；
S3.向上述搅拌备用材料中依次加入减水剂、自养护剂和水继续搅拌2~3分钟至分散均匀，得到超高性能粉末混凝土；
S4.将备用超高性能粉末混凝土通过布料装置均匀布浇筑在穿有空心管整体模盒中，在布料前先将已经铺设好的预应力钢筋进行张拉，张拉预应力不应小于钢筋强度的60%，后再进行浇筑布料，表面压光后进入，自然养护6~8小时，再进入中频加热喷湿窑养护，温度为90~100℃，湿度为90%以上，恒温12小时，养护后抗压强度不小于130兆帕，抗折强度不小于25兆帕，弹性模量不小于45GPa。养护后产品脱模后转移堆场自然养护3天后可出货。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1） 本发明采用超高性能粉末混凝土进行制作桥面板，材料性能其强度时普通混凝土的4~5倍，抗弯曲是普通混凝土的4~10倍，抗冲击性能是普通混凝土的50~100倍，表面耐磨性能是普通混凝土的3~5倍，材料具有高抗渗、抗碳化等特点，克服了普通混凝土的脆性结构和抗冲击性能差的现象，提高了桥面的耐磨性能，减小了桥面的厚度，增加了桥面抗裂性能，提高了桥面全寿命使用周期；
（2） 装配式桥面空心板采用先张法预应力工艺，在工厂预先张拉好设计值，解决后期张拉抗裂问题；
（3） 桥面结构厚度100~150毫米，内部采用空心结构设计，空心结构率30~45%，大幅度降低桥面板的重量，是原有普通混凝土桥面板重量三分之一到四分之一，降低了桥墩基础承载力要求，减小了桥墩设计直径，提高了运输、施工、安装等施工的便捷性，造价更低廉。
附图说明
图1为本发明的结构正视图；
图2为本发明的结构俯视图；
图3为本发明的剖面图；
图4为本发明的立体示意图，其中1、预应力钢筋；2、圆形通孔；3、凹部。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。
实施例1
一种装配式预应力空心桥面板，采用超高性能粉末混凝土浇筑，所述超高性能粉末混凝土包括如下各重量份组分：
平均粒径30~60μm的42.5等级普通硅酸盐水泥800份；
平均粒径5~20μm,SiO2含量≥85%的微硅粉150份；
平均粒径平均粒径10~30μm的石灰石粉150份；
纳米级碳酸钙粉30份；
粒径为1.63mm以下的河砂850份；
减水率大于30%的高效减水剂18份；
自养护剂4份；
水175份；
平均直径0.20mm,长度12~15毫米镀铜纤维120份；
平均直径0.28mm,长度14~18毫米钢纤维60份；
平均直径0.12mm,长度6~10毫米镀铜纤维60份；
长度6~12mm的PVA纤维2份；
长度9~12mm的玄武岩纤维25份。
如图1~4，所述装配式预应力空心桥面板由多块桥面板连接组成，所述桥面板的两端设有凹部3，所述凹部3与相邻桥面板的凹部3装配形成的空隙插有钢筋并用砂浆密封。
所述桥面板设有空心结构，所述空心结构为多个间距相同圆形通孔2。所述桥面板的空心结构率为45%。
更进一步地，所述桥面板内设有多条并排的预应力钢筋1。所述桥面板的厚度为130毫米。
一种装配式预应力空心桥面板的制备方法，包括如下步骤：
S1.将配方限定的镀铜钢纤维、钢纤维、PVA纤维、玄武岩纤维和河砂加入搅拌机搅拌2~3分钟进行分散均匀；
S2.再向搅拌机中加入配方限定的水泥、微硅粉、石灰石粉及纳米碳酸钙粉继续搅拌5~6分钟至均匀；
S3.向上述搅拌备用材料中依次加入减水剂、自养护剂和水继续搅拌2~3分钟至分散均匀，得到超高性能粉末混凝土；
S4.将备用超高性能粉末混凝土通过布料装置均匀布浇筑在穿有空心管整体模盒中，在布料前先将已经铺设好的预应力钢筋进行张拉，张拉预应力不应小于钢筋强度的60%，后再进行浇筑布料，表面压光后进入，自然养护6~8小时，再进入中频加热喷湿窑养护，温度为90~100℃，湿度为90%以上，恒温12小时，养护后抗压强度不小于130兆帕，抗折强度不小于25兆帕，弹性模量不小于45GPa。养护后产品脱模后转移堆场自然养护3天后可出货。
实施例2
除了所述超高性能粉末混凝土各组分重量份不同外，其他同实施例1；
一种装配式预应力空心桥面板，采用超高性能粉末混凝土浇筑，所述超高性能粉末混凝土包括如下各重量份组分：
平均粒径30~60μm的42.5等级普通硅酸盐水泥1000份；
平均粒径5~20μm,SiO2含量≥85%的微硅粉200份；
平均粒径平均粒径10~30μm的石灰石粉200份；
纳米级碳酸钙粉50份；
粒径为1.63mm以下的河砂1000份；
减水率大于30%的高效减水剂25份；
自养护剂6份；
水230份；
平均直径0.20mm,长度12~15毫米镀铜纤维120份；
平均直径0.28mm,长度14~18毫米钢纤维60份；
平均直径0.12mm,长度6~10毫米镀铜纤维60份；
长度6~12mm的PVA纤维4份；
长度9~12mm的玄武岩纤维40份。
实施例3
除了所述超高性能粉末混凝土各组分重量份不同外，其他同实施例1；
所述超高性能粉末混凝土包括如下各重量份组分：
平均粒径30~60μm的42.5等级普通硅酸盐水泥850份；
平均粒径5~20μm,SiO2含量≥85%的微硅粉170份；
平均粒径平均粒径10~30μm的石灰石粉170份；
纳米级碳酸钙粉35份；
粒径为1.63mm以下的河砂900份；
减水率大于30%的高效减水剂20份；
自养护剂4份；
水195份；
平均直径0.20mm,长度12~15毫米镀铜纤维120份；
平均直径0.28mm,长度14~18毫米钢纤维60份；
平均直径0.12mm,长度6~10毫米镀铜纤维60份；
长度6~12mm的PVA纤维2份；
长度9~12mm的玄武岩纤维30份。
实施例4
除了所述超高性能粉末混凝土各组分重量份不同外，其他同实施例1；
所述超高性能粉末混凝土包括如下各重量份组分：
平均粒径30~60μm的42.5等级普通硅酸盐水泥950份；
平均粒径5~20μm,SiO2含量≥85%的微硅粉180份；
平均粒径平均粒径10~30μm的石灰石粉180份；
纳米级碳酸钙粉45份；
粒径为1.63mm以下的河砂950份；
减水率大于30%的高效减水剂23份；
自养护剂6份；
水210份；
平均直径0.20mm,长度12~15毫米镀铜纤维120份；
平均直径0.28mm,长度14~18毫米钢纤维60份；
平均直径0.12mm,长度6~10毫米镀铜纤维60份；
长度6~12mm的PVA纤维4份；
长度9~12mm的玄武岩纤维35份。
实施例5
除了所述超高性能粉末混凝土各组分重量份不同外，其他同实施例1；
所述超高性能粉末混凝土包括如下各重量份组分：
平均粒径30~60μm的42.5等级普通硅酸盐水泥900份；
平均粒径5~20μm,SiO2含量≥85%的微硅粉175份；
平均粒径平均粒径10~30μm的石灰石粉175份；
纳米级碳酸钙粉40份；
粒径为1.63mm以下的河砂925份；
减水率大于30%的高效减水剂21份；
自养护剂5份；
水200份；
平均直径0.20mm,长度12~15毫米镀铜纤维120份；
平均直径0.28mm,长度14~18毫米钢纤维60份；
平均直径0.12mm,长度6~10毫米镀铜纤维60份；
长度6~12mm的PVA纤维3份；
长度9~12mm的玄武岩纤维30份。
对比例1
除了不添加微硅粉和纳米级碳酸钙粉外，其他同实施例1；
对比例2
除了微硅粉和纳米级碳酸钙粉的重量份分别为140和20份外，其他同实施例1；
对比例3
除了微硅粉和纳米级碳酸钙粉的重量份分别为210和60份外，其他同实施例2；
对比例4
除了PVA纤维和玄武岩纤维的重量份分别为1和20外，其他同实施例1；
对比例5
除了PVA纤维和玄武岩纤维的重量份分别为10和50外，其他同实施例2；
对比例6
普通混凝土桥面板C50等级，厚度250毫米
尺寸规格为3.5米*2米 桥面板，对实施例1~4和对比例1~5制备所得的装配式预应力空心桥面板，其各自性能如下表所示：
| 项目 | 自重（吨） | 耐磨损耗体积性能(mm2) | 抗冲击性能(次) |
| 实施例1 | 1.71 | 126 | 160 |
| 实施例2 | 1.73 | 109 | 145 |
| 实施例3 | 1.71 | 114 | 169 |
| 实施例4 | 1.73 | 109 | 156 |
| 实施例5 | 1.71 | 112 | 150 |
| 对比例1 | 1.76 | 189 | 98 |
| 对比例2 | 1.74 | 139 | 117 |
| 对比例3 | 1.74 | 130 | 131 |
| 对比例4 | 1.78 | 165 | 140 |
| 对比例5 | 1.67 | 153 | 126 |
| 对比例6 | 5.04 | 237 | 75 |
对比例1的抗冲击性能明显比实施例1差，可见，微硅粉和纳米级碳酸钙粉可以增加预应力空心桥面板的抗冲击性能；由实施例1,2与对比例2,3可得，微硅粉和纳米级碳酸钙粉的重量份在150~200和30~50为最优，即抗冲击性能达到较高，其自重又相对小；由实施例1,2与对比例4,5可得，PVA纤维和玄武岩纤维的重量份分别在2~4和25~40份为最优，即耐磨性能达到较高，其自重又相对小。
Claims (9)
1.一种装配式预应力空心桥面板，其特征在于，采用超高性能粉末混凝土浇筑，所述超高性能粉末混凝土包括如下各重量份组分：
平均粒径30~60μm的42.5等级普通硅酸盐水泥800~1000份；
平均粒径5~20μm,SiO2含量≥85%的微硅粉150~200份；
平均粒径10~30μm的石灰石粉150~200份；
纳米级碳酸钙粉30~50份；
粒径为1.63mm以下的河砂850~1000份；
减水率大于30%的高效减水剂18~25份；
自养护剂4~6份；
水175~230份；
平均直径0.20mm,长度12~15毫米镀铜纤维120份；
平均直径0.28mm,长度14~18毫米钢纤维60份；
平均直径0.12mm,长度6~10毫米镀铜纤维60份；
长度6~12mm的PVA纤维2~4份；
长度9~12mm的玄武岩纤维25~40份。
2.根据权利要求1所述装配式预应力空心桥面板，其特征在于，所述超高性能粉末混凝土包括如下各重量份组分：
平均粒径30~60μm的42.5等级普通硅酸盐水泥850~950份；
平均粒径5~20μm,SiO2含量≥85%的微硅粉170~180份；
平均粒径10~30μm的石灰石粉170~180份；
纳米级碳酸钙粉35~45份；
粒径为1.63mm以下的河砂900~950份；
减水率大于30%的高效减水剂20~23份；
自养护剂4~6份；
水195~210份；
平均直径0.20mm,长度12~15毫米镀铜纤维120份；
平均直径0.28mm,长度14~18毫米钢纤维60份；
平均直径0.12mm,长度6~10毫米镀铜纤维60份；
长度6~12mm的PVA纤维2~4份；
长度9~12mm的玄武岩纤维30~35份。
3.根据权利要求1所述装配式预应力空心桥面板，其特征在于，所述超高性能粉末混凝土包括如下各重量份组分：
平均粒径30~60μm的42.5等级普通硅酸盐水泥900份；
平均粒径5~20μm,SiO2含量≥85%的微硅粉175份；
平均粒径10~30μm的石灰石粉175份；
纳米级碳酸钙粉40份；
粒径为1.63mm以下的河砂925份；
减水率大于30%的高效减水剂21份；
自养护剂5份；
水200份；
平均直径0.20mm,长度12~15毫米镀铜纤维120份；
平均直径0.28mm,长度14~18毫米钢纤维60份；
平均直径0.12mm,长度6~10毫米镀铜纤维60份；
长度6~12mm的PVA纤维3份；
长度9~12mm的玄武岩纤维30份。
4.根据权利要求1~3任意一项所述装配式预应力空心桥面板，其特征在于，由多块桥面板连接组成，所述桥面板的两端设有凹部，所述凹部与相邻桥面板的凹部装配形成的空隙插有钢筋并用砂浆密封。
5.根据权利要求4所述装配式预应力空心桥面板，其特征在于，所述桥面板设有空心结构，所述空心结构为多个间距相同圆形通孔或异形通孔。
6.根据权利要求5所述装配式预应力空心桥面板，其特征在于，所述桥面板内设有多条并排的预应力钢筋。
7.根据权利要求5所述装配式预应力空心桥面板，其特征在于，所述桥面板的空心结构率为30~45%。
8.根据权利要求5所述装配式预应力空心桥面板，其特征在于，所述桥面板的厚度为100~150毫米。
9.一种装配式预应力空心桥面板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将配方限定的镀铜钢纤维、钢纤维、PVA纤维、玄武岩纤维和河砂加入搅拌机搅拌2~3分钟进行分散均匀；
S2.再向搅拌机中加入配方限定的水泥、微硅粉、石灰石粉及纳米碳酸钙粉继续搅拌5~6分钟至均匀；
S3.向上述搅拌备用材料中依次加入减水剂、自养护剂和水继续搅拌2~3分钟至分散均匀，得到超高性能粉末混凝土；
S4.将备用超高性能粉末混凝土通过布料装置均匀布浇筑在穿有空心管整体模盒中，在布料前先将已经铺设好的预应力钢筋进行张拉，张拉预应力不应小于钢筋强度的60%，后再进行浇筑布料，表面压光后进入，自然养护6~8小时，再进入中频加热喷湿窑养护，温度为90~100℃，湿度为90%以上，恒温12小时，养护后产品脱模后转移堆场自然养护3天。
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