CN105036638A

CN105036638A - 复合材料防护板及制备方法

Info

Publication number: CN105036638A
Application number: CN201510357470.8A
Authority: CN
Inventors: 吴香国; 邱金凯
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2035-06-25
Also published as: CN105036638B

Abstract

本发明提供的是一种复合材料防护板及制备方法。包括截面形状与被防护体的截面形状相吻合的防护板单元，其特征是：所述防护板单元由复合材料制成一体，所述复合材料每立方米由水泥750-800kg、硅灰150-250kg、石英粉200-250kg、石英砂800-900kg、钢纤维50-100kg、减水剂20-30kg、水150-250kg、消泡剂3.5-4kg和膨胀剂3.5-4kg制成。本发明主要用于解决既有桥梁钢筋混凝土防撞墙、钢制护栏钢筋混凝土基座的耐久性修复、抗清冰雪铲运作用等问题，实现既有钢筋混凝土防撞构件的防撞等级及其长期服役性能保护。本发明的方法将传统的一次加水改为两次加水，实现了在较低水灰比条件下的较高流动度，采用标准流动度实验方法测定扩展度结果不低于18毫米。

Description

复合材料防护板及制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种对既有桥梁钢筋混凝土防撞墙、护栏基座修复的专用防护板及其安装方法，本发明也涉及该修复防护板专用材料的制备方法。

背景技术

根据《公路交通安全设施设计规范》(JTGD81)和《城市桥梁设计规范》(CJJ-2011)的规定，公路桥梁和城市桥梁两侧应设置防撞护栏，钢筋混凝土防撞墙是防撞护栏的主要应用形式之一。近年来，钢筋混凝土防撞墙已经成为公路桥梁和城市桥梁防护栏的主要应用形式。

钢筋混凝土防撞墙不仅要满足设计防撞等级，还要满足外观美观性要求。然而，目前我国城市桥梁和公路桥梁的钢筋混凝土防撞墙绝大部分采用清水混凝土结构。由于耐久性设计不足，导致钢筋混凝土防撞墙性能劣化，在清冰雪作业作用下，导致防撞墙劣化表层脱落严重。在我国北方地区，冬季雨雪天气较多，为了保证公路的畅通，往往在高速公路上撒布一定量的除冰盐，且目前采用较多的仍然是氯化钠和氯化钙除冰盐来除冰融雪，即使采用腐蚀程度相对较轻的有机或无机“环保型除冰盐”，其对混凝土也具有一定的破坏作用。除冰盐主要对钢筋混凝土带来两方面的不利影响，分别是混凝土剥蚀和钢筋锈蚀。据调查，防撞墙、钢制护栏钢筋混凝土基座等是最容易受到盐冻侵蚀的桥梁构件之一。钢筋混凝土防撞墙、护栏基座保护层脱落、钢筋锈蚀，不仅导致其防撞等级降低，也直接影响桥梁的美观性，同时钢筋的长期锈蚀对桥面板的服役性能带来不利影响。

在既有桥梁钢筋混凝土防撞墙、护栏基座等构件的修复方面，人们采用了相关修复加固措施，比如现场凿毛、剔除表层，涂抹高耐久性材料实现保护层还原加固。但是，在经历若干盐冻循环后，加固面层与基层间界面粘结性能退化，界面粘结性能丧失导致加固修复失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高桥梁、道路的钢筋混凝土防撞墙，钢制护栏的钢筋混凝土基座等被防护体耐久性的复合材料防护板。本发明的目的还在于提供一种复合材料防护板的制备方法。

本发明的复合材料防护板包括截面形状与被防护体的截面形状相吻合的防护板单元，所述防护板单元由复合材料制成一体，每立方米所述复合材料由水泥750-800kg、硅灰150-250kg、石英粉200-250kg、石英砂800-900kg、钢纤维50-100kg、减水剂20-30kg、水150-250kg、消泡剂3.5-4kg和膨胀剂3.5-4kg制成。

本发明的复合材料防护板还可以包括：

1所述的防护板单元是钢筋混凝土防撞墙防护板单元，包括第一竖直段板(1)、第一斜坡板(2)、第二斜坡板(3)和水平段板(4)，水平段板(4)的一边与第二斜坡板(3)的上边连接，第二斜坡板(3)的下边与第一斜坡板(2)的上边连接，第一斜坡板(2)的下边连接第一竖直段板(1)的上边。

2、所述钢筋混凝土防撞墙防护板单元还包括第二竖直段板(7)，第二竖直段板(7)与水平段板(4)的另一边垂直连接。

3、水平段板(4)的一端或两端相对于第二斜坡板(3)有一收缩段构成预留凹槽(5)。

4、第一斜坡板(2)的厚度自上而下逐渐变厚，顶部的厚度为底部厚度的1/2。也可以是均匀厚度设计，即自上而下厚度一致。

5、第二斜坡板(3)上有预留紧固螺栓孔(6)，预留紧固螺栓孔(6)至少有3个呈对称轴为竖轴的等腰三角形布置。

6、所述的防护板单元是钢制护栏钢筋混凝土基座防护板单元，包括依次连接竖板(12)、斜板(13)和横板(14)。

7、横板(14)上设置螺栓孔(15)；横板(14)的长度小于竖板(12)和斜板(13)的长度形成凹槽(16)。

本发明的复合材料防护板的制备方法为：

(1)将水泥、硅灰、石英粉、石英砂、膨胀剂及消泡剂按比例混合后，以20-50转/分钟搅拌5-12分钟；

(2)加入20-40％的水和20-40％的减水剂，以40-60转/分钟搅拌3-5分钟；

(3)加入剩余的水和减水剂，以50-90转/分钟搅拌3-5分钟；

(4)加入钢纤维，以20-40转/分钟搅拌3-7分钟得到复合材料；

(5)所述复合材料浇注后，带模在20±2℃温度下加湿养护20-24小时；

(6)拆模后在90±2℃温度、湿度90％条件下蒸汽养护48小时；

(7)自然冷却至室温；

每立方米的复合材料的原料构成为水泥750-800kg、硅灰150-250kg、石英粉200-250kg、石英砂800-900kg、钢纤维50-100kg、减水剂20-30kg、水150-250kg、消泡剂3.5-4kg和膨胀剂3.5-4kg。

所述水泥为425号硅酸盐水泥；所述硅灰的二氧化硅含量在90％以上；所述石英砂为二氧化硅含量90％以上，粒径规格0.5-1.0mm或者0.6-1.2mm，莫氏硬度不低于6，密度2.5-3.0g/cm³；所述石英粉的二氧化硅含量在90％以上，细度模数不低于400目，莫氏硬度不低于6，密度2.5-2.8g/cm³；所述钢纤维为抗拉强度不低于600兆帕的短细钢纤维，纤维长度不低于13毫米、直径不大于0.5毫米；所述减水剂为含固量不低于30％的聚羧酸系高效减水剂。

本发明主要用于解决既有桥梁、道路钢筋混凝土防撞墙，钢制护栏钢筋混凝土基座的耐久性修复问题，实现既有钢筋混凝土防撞构件的防撞等级及其长期服役性能保护。

本发明采用预制拼装方案，现场不存在支模拆模工序，实现了既有桥梁防撞墙现场快速修复方案，特别适合于交通量较大的城市立交桥钢筋混凝土防撞墙和钢结构防护板的钢筋混凝土基座快速修复。本发明的主要结构特征是防护板的底部直段板1采用加厚专用复合材料，设计厚度不低于20毫米，保证其具有较高的抗盐冻、抗冲击能力。按照国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T50082-2009)和行业标准《混凝土耐久性检验评定标准》(JGJ/T193-2009)对其抗盐冻性能对采用本发明后的普通混凝土叠合件进行耐久性检验，采用单边盐冻试验，其耐久性指数DF不低于90。其余段板可以采用连续逐步过渡至超薄厚度的设计方案，但设计厚度不得低于15毫米，该设计方案一方面实现了防护板的轻质设计目标，同时充分利用了纤维增强复合材料的尺寸相关性，实现了较高的抗拉抗裂能力，设计抗拉强度不低于6-8兆帕。实际工程中，根据方便制备和施工要求，也可以采用等厚度设计。本发明的顶部采用平直段4和第二直段板7设计，平直段4可以起到固定支撑作用，第二直段板7起到挡雨作用，以避免大量现场勾缝工作量，这样整个防护板单元仅有预留凹槽5处存在勾缝处理。本发明的顶部可以直接采用窄条搭接段4设计。本发明顶部预留凹槽5是为了钢结构扶手或灯饰等器件预留缺口，避免了在防撞墙修复过程中对既有器件的拆卸、再安装。

本发明的材料制备方法特征在于将传统的一次加水改为两次加水，实现了在较低水灰比条件下的较高流动度，采用标准流动度实验方法测定扩展度结果不低于18厘米。

本发明的防护板是采用专用高耐久复合材料预制成型的，在现场安装在桥梁基于钢筋混凝土防撞构件上，可以采用膨胀螺栓紧固，也可以采用界面涂刷粘结剂粘贴固定。各组成部分的线形按照桥梁防撞墙和钢制护栏基座的实际形状和防撞等级确定，防撞等级依据《公路交通安全设施设计规范》(JTGD81)和《城市桥梁设计规范》(CJJ-2011)的规定选取。

本发明的防护板的基体材料的性能指标要求为：抗压强度不低于100兆帕、标准件抗折强度不低于18兆帕、弹性模量不低于40GPa、氯离子渗透量不大于40库伦、抗冻性不低于F500。

附图说明

图1(a)是本发明的钢筋混凝土防撞墙防护板单元的第一种实施方式的立体示意图。

图1(b)是本发明的钢筋混凝土防撞墙防护板单元的第二种实施方式的立体示意图。

图1(c)是本发明的钢筋混凝土防撞墙防护板单元的第三种实施方式的立体示意图。

图1(d)是本发明的钢筋混凝土防撞墙防护板单元的第四种实施方式的立体示意图。

图2(a)-图2(d)分别是图1(a)-图1(d)的俯视图。

图3(a)-图3(d)分别是图1(a)-图1(d)的左视图。

图4(a)是本发明的钢制护栏钢筋混凝土基座防护板单元第一种实施方式的立体示意图。

图4(b)是本发明的钢制护栏钢筋混凝土基座防护板单元第二种实施方式的立体示意图。

图4(c)是本发明的钢制护栏钢筋混凝土基座防护板单元第三种实施方式的立体示意图。

图4(d)是本发明的钢制护栏钢筋混凝土基座防护板单元第四种实施方式的立体示意图。

图5(a)-图5(d)分别是图4(a)-图4(d)的俯视图。

图6(a)-图6(d)分别是图4(a)-图4(d)的左视图。

图7是本发明的钢筋混凝土防撞构件高耐久防护板专用材料的制备及安装工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。

结合在图1(a)-图1(d)、图2(a)-图2(d)和图3(a)-图3(d)，本发明的桥梁钢筋混凝土防撞墙防护板单元的实施方式，共包括四种方案，各方案均包括第一竖直段板1、第一斜坡板2、第二斜坡板3、水平段板4，其第一竖直段板1的上端与第一斜坡板2下端相接，第一斜坡板2上端与第二斜坡板3下端相接，第二斜坡板3上端与水平段板4的一端相接。

第一方案和第二方案还包括第二竖直段板7，其水平段板4的另一端与第二竖直段板7的上端相接。水平段板4与第二斜坡板3和第二竖直段板7构成预留凹槽5，其第二斜坡板3上有预留螺栓孔6。第一方案如图1(a)、图2(a)和图3(a)所示，第二方案如图1(b)、2(b)和3(b)所示。第一方案仅有左侧预留凹槽5，该形式防护板左侧断面对应为扶手支撑件或其它灯饰等支撑件轴线位置，对应的右侧断面布置于扶手相邻支撑件或其它灯饰等相邻支撑件的中间对称轴线位置，即相邻支撑件间左右对称布置2块防护板。第二方案的防护板左右两端均设置凹槽5，该形式防护板在相邻支撑件间布置1块，左右断面分别对应相邻支撑件轴线位置。第一方案和第二方案的第一竖直段板1可以埋入到道路、桥梁面层内11，也可以直接支承在道路、桥梁面层上。

第三方案和第四方案不包括第二竖直段板7，其水平段板4为第二斜坡板3在顶部的窄条搭接段。第三方案如图1(c)、图2(c)和图3(c)所示，第四方案如图1(d)、图2(d)和图3(d)所示。第三方案的第一竖直段板1采用埋入面层方案，而第四方案的第一竖直段板1采用直接支承在面层上的设计方案。

结合图3(a)和图3(c)，本发明的桥梁钢筋混凝土防撞墙防护板的第一种安装方式是：竖直段板1的下边有一段嵌固端11，竖直段板1采用嵌固沥青或混凝土路面的方案，这就需要现场路面锯沟，嵌固端11须坐浆嵌入沟槽；结合图3(b)和图3(d)，本发明的桥梁钢筋混凝土防撞墙防护板的第二种安装方式是：具体实施时根据工程要求，不采用路面嵌固方案，即采用竖直段板1直接支承在路面。应用中具体采用哪种方案由工程设计决定。

该防护板是采用超高性能水泥基复合材料预制成型的，在现场安装在桥梁基于钢筋混凝土防撞墙上，并采用膨胀螺栓固定。超高性能水泥基复合材料每立方米由水泥750-800kg、硅灰150-250kg、石英粉200-250kg、石英砂800-900kg、钢纤维50-100kg、减水剂20-30kg、水150-250kg、消泡剂3.5-4kg和膨胀剂3.5-4kg制成。

该防护板的截面尺寸为：第一竖直段板1厚度不低于25mm，建议厚度30mm；第一斜坡板2采用变截面设计，从顶部15mm连续均匀变至底部30mm；第二斜坡板3、水平段板4、第二竖直段板7厚度为15mm。预留螺栓孔6的个数不少于3个，间距不小于200mm，孔径不小于10mm。预留螺栓孔6至少有3个呈对称轴为竖轴的等腰三角形布置。

结合图5，本发明的桥梁钢筋混凝土防撞墙防护板的制备方法为：

(1)将水泥、硅灰、石英砂、膨胀剂及消泡剂按比例混合后，以30-50转/分钟搅拌8-12分钟；

(2)加入20-40％的水和20-40％的减水剂，以40-50转/分钟搅拌3-5分钟；

(3)加入剩余量的水和减水剂，以50-90转/分钟搅拌3-5分钟；

(4)加入钢纤维，以30-50转/分钟搅拌3-7分钟；

(5)浇注后带模在20±2℃温度下加湿养护20-24小时；

(6)拆模后在90±2℃温度、湿度90％条件下蒸汽养护48小时；

(7)自然冷却至室温。

每立方米的原料构成为水泥750-800kg、硅灰150-250kg、石英粉200-250kg、石英砂800-900kg、钢纤维50-100kg、减水剂20-30kg、水150-250kg、消泡剂3.5-4kg和膨胀剂3.5-4kg。

该防护板的基体材料为超高性能水泥基复合材料，材料的性能指标要求为：抗压强度不低于120兆帕、抗折强度不低于18兆帕、弹性模量不低于45GPa、氯离子渗透量不大于40Coul、抗冻性不低于F500。为了达到该性能指标，其配合比设计范围如表1所示。原材料性能要求如下：

水泥，425号硅酸盐水泥；硅灰：二氧化硅含量90％以上；石英粉：二氧化硅含量90％以上，细度模数不低于800目；钢纤维采用抗拉强度不低于400兆帕的短细钢纤维，纤维长度不低于13mm、直径不大于0.5毫米；减水剂：含固量不低于30％的聚羧酸系减水剂；水为自来水。

表1防护板用超高性能水泥基复合材料配合比设计(kg/m³)

为了达到该防护板设计性能，材料采用的特殊搅拌养护工艺、现场准备和防护板现场安装工序如图7所示。当安装采用螺栓紧固时，膨胀螺栓的尺寸应与预留孔6内径匹配，且膨胀螺栓型号不低于Φ6。

结合图4(a)-图4(d)、图5(a)-图5(d)和图6(a)-图6(d)，本发明的钢制护栏钢筋混凝土基座防护板有四种方案，均包括依次连接竖板12、斜板13和横板14。第一方案和第二方案的横板14上设置螺栓孔15，如图4(a)-图4(b)、图5(a)-图5(b)和图6(a)-图6(b)所示，其横板14的长度小于竖板12和斜板13的长度，钢制护栏钢筋混凝土基座防护板单元顶部的两端形成凹槽16。第一方案的连接竖板12为埋入桥梁、道路面层，而第二方案的连接竖板12为支撑与桥梁、道路面层上。第三方案和第四方案顶部为窄条搭接段17，不存在横板14，不存在螺栓孔15设计，如图4(c)-图4(d)、图5(c)-图5(d)和图6(c)-图6(d)所示。第三方案的连接竖板12为埋入桥梁、道路面层，而第四方案的连接竖板12为支撑与桥梁、道路面层上。钢制护栏钢筋混凝土基座防护板的制备和安装方法与桥梁钢筋混凝土防撞墙防护板相同或相近似。横板14也可以设计成较窄的板17。

Claims

1.一种复合材料防护板，包括截面形状与被防护体的截面形状相吻合的防护板单元，其特征是：所述防护板单元由复合材料制成一体，每立方米所述复合材料由水泥750-800kg、硅灰150-250kg、石英粉200-250kg、石英砂800-900kg、钢纤维50-100kg、减水剂20-30kg、水150-250kg、消泡剂3.5-4kg和膨胀剂3.5-4kg制成。

2.根据权利要求1所述的复合材料防护板，其特征是：所述的防护板单元是钢筋混凝土防撞墙防护板单元，包括第一竖直段板(1)、第一斜坡板(2)、第二斜坡板(3)和水平段板(4)，水平段板(4)的一边与第二斜坡板(3)的上边连接，第二斜坡板(3)的下边与第一斜坡板(2)的上边连接，第一斜坡板(2)的下边连接第一竖直段板(1)的上边。

3.根据权利要求2所述的复合材料防护板，其特征是：所述钢筋混凝土防撞墙防护板单元还包括第二竖直段板(7)，第二竖直段板(7)与水平段板(4)的另一边垂直连接。

4.根据权利要求3所述的复合材料防护板，其特征是：水平段板(4)的一端或两端相对于第二斜坡板(3)有一收缩段构成预留凹槽(5)。

5.根据权利要求1至4任何一项所述的复合材料防护板，其特征是：第一斜坡板(2)的厚度自上而下逐渐变厚，顶部的厚度为底部厚度的1/2。

6.根据权利要求5所述的复合材料防护板，其特征是：第二斜坡板(3)上有预留紧固螺栓孔(6)。

7.根据权利要求1所述的复合材料防护板，其特征是：所述的防护板单元是钢制护栏钢筋混凝土基座防护板单元，包括依次连接竖板(12)、斜板(13)和横板(14)。

8.根据权利要求7所述的复合材料防护板，其特征是：横板(14)上设置螺栓孔(15)；横板(14)的长度小于竖板(12)和斜板(13)的长度形成凹槽(16)。

9.一种复合材料防护板的制备方法，其特征是：

(3)加入剩余的水和减水剂，以50-90转/分钟搅拌3-5分钟；

(4)加入钢纤维，以20-40转/分钟搅拌3-7分钟得到复合材料；

(5)所述复合材料浇注后，带模在20±2℃温度下覆膜保湿养护6-18小时；

(6)拆模后在90±2℃温度、湿度90％±2％条件下蒸汽养护24-48小时；

(7)自然冷却至室温；

10.根据权利要求9所述的复合材料防护板的制备方法，其特征是：所述水泥为425号硅酸盐水泥；所述硅灰的二氧化硅含量在90％以上；所述石英砂为二氧化硅含量90％以上，粒径规格0.5-1.0mm或者0.6-1.2mm，莫氏硬度不低于6，密度2.5-3.0g/cm³；所述石英粉的二氧化硅含量在90％以上，细度模数不低于400目，莫氏硬度不低于6，密度2.5-2.8g/cm³；所述钢纤维为抗拉强度不低于600兆帕的短细钢纤维，纤维长度不低于13毫米、直径不大于0.5毫米；所述减水剂为含固量不低于30％的聚羧酸系高效减水剂。