CN109437739A - 一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料及其制备方法，该常温养护型钢桥面混凝土铺装材料主要成分如下：平均粒径0～4.75mm的细骨料600～900份，强度不低于42.5MPa的水泥200～320份，平均粒径5～30μm的掺合料150～280份，高性能外加剂8～15份，水胶比0.15～0.25，长径比50～100的钢纤维70～120份，膨胀剂20～50份。本发明技术方案制备的常温养护型钢桥面混凝土铺装材料具有大流态、低收缩、高应变、高耐久性能及可常温养护等特点，显著提高钢桥面混凝土铺装材料的工作性能、力学性能和耐久性能。

Description

一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料及其制备方法

发明领域

本发明涉及一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料及其制备方法，属于刚性铺装用混凝土材料技术领域。

背景技术

随着经济的高速发展，人们出行对道路的便捷性、安全性、舒适性的要求也越来越高，其中桥梁是高速公路、市政交通网中的瓶颈节点，它在整个交通路网中起着举足轻重的作用。高速公路在跨越峡谷、海湾、大江、大河等不易修筑桥墩的地方、市政道路在跨越建筑物或者铁路线时往往需要架设大跨径的桥梁。国内外的工程实践表明，大跨径桥梁最有效的结构形式之一是加筋的钢箱梁桥。钢梁的主要优点是跨越能力大、施工速度快、强度高、自重轻、耐震、便于工业化制造和标准化施工以及结构性能优良等，国内外已建或在建的大跨径桥梁大都采用了钢箱梁正交异性面板形式。目前，我国大跨径桥梁建设方兴未艾，尤其在沿江沿海等经济较发达地区有更多的大跨径钢桥正在建设或筹建。

桥面铺装是桥梁行车系的重要组成部分，铺装层的使用性能直接影响到行车的安全性、舒适性、桥梁耐久性及投资效益和社会效益。作为大跨径钢桥的关键技术之一，钢桥面铺装的重要性日渐突出。

对于钢桥面铺装所用的混凝土的检测指标，除了常规的力学性能(如抗拉强度、抗压强度等)以外，坍落度(或扩展度)、收缩率是桥面铺装材料非常重要的指标，扩展度反应了混凝土的流动性，收缩率反映了铺装材料早期开裂的防护能力。上述性能的指标，是判断混凝土施工能否正常进行以及反应安全性能的关键因素。

目前关于钢桥面铺装材料的专利技术比较多。例如，申请号为 201710499047.0、发明名称为钢桥面刚性铺装用高强韧性混凝土材料及其制备方法的中国专利公开了一种钢桥面刚性铺装层高强韧性混凝土的制备方法，采用水泥、硅灰、玄武岩细石、钢纤维、减水剂、粘度改性剂和水制备出坍落度 100～120mm、抗压强度>120Mpa、抗折>25Mpa、收缩率<250u，该技术方案实现了低收缩、高强韧性混凝土，但是坍落度小，施工性能不好，难以实现钢桥面刚性铺装层材料的高致密性，从而影响钢桥面刚性铺装层材料的力学性能和耐久性性能。申请号为201611108277.1的发明，公开了一种高韧性桥面铺装纤维混凝土及其制备方法，采用水泥、砂、粗石、细石、仿钢纤维、减水剂和水制备出抗压强度达到C50、抗折强度达到6.7Mpa的纤维混凝土，该技术方案通过简单的材料解决了施工性问题，但是混凝土强度较低、应变能力不高。上述两个发明专利均不能完全满足钢桥面刚性铺装用混凝土的需求。

针对以上现状，可以开发一种可以解决传统施工性能不好、收缩大、力学性能差及综合造价高等问题的常温养护型钢桥面混凝土铺装材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料及其制备方法，其不仅流动性好、施工性能好、收缩低、高应变，还可以常温养护，大幅度降低混凝土铺装材料养护成本，适用于大规模推广应用。

本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料：

平均粒径0～4.75mm的细骨料600～900份；

强度不低于42.5MPa的水泥200～320份；

平均粒径5～30μm的掺合料150～280份；

高性能外加剂8～15份；

水胶比0.15～0.25；

长径比50～100的钢纤维70～120份；

膨胀剂20～50份。

优选的一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料：

平均粒径0～4.75mm的细骨料675～825份；

强度不低于42.5MPa的水泥230～290份；

平均粒径5～30μm的掺合料185～245份；

高性能外加剂9.5～13.5份；

水胶比0.18～0.22；

长径比50～100的钢纤维85～105份；

膨胀剂30～40份。

更优选的一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料：

平均粒径0～4.75mm的细骨料750份；

强度不低于42.5MPa的水泥260份；

平均粒径5～30μm的掺合料215份；

高性能外加剂11.5份；

水胶比0.2；

长径比50～100的钢纤维95份；

膨胀剂35份。

更优选的，所述的细骨料为石英砂、河砂、机制砂的一种或多种组合，在本发明中一方面起骨架支撑作用，另一方面优化颗粒级配。

更优选的，所述的掺合料为硅灰、矿粉、粉煤灰、陶瓷抛光粉、钢渣粉中的一种或多种组成，其中硅灰20～100％、矿粉0～80％、粉煤灰0～60％、陶瓷抛光粉0～60％、钢渣粉0～50％。

更优选的，所述的高性能外加剂为减水率大于30％的缓凝型高性能减水剂，在本发明中使胶凝材料颗粒分散均匀，改善和易性，增大流动性，减少用水量，从而提高常温养护型钢桥面混凝土铺装材料的力学性能和耐久性能。

更优选的，所述钢纤维为抗拉强度大于1000MPa、直径0.1～0.25mm、长度 10～20mm、长径比50～100的钢纤维。

更优选的，所述膨胀剂为硫铝酸钙类混凝土膨胀剂、硫铝酸钙-氧化钙类混凝土膨胀剂、氧化钙/氧化镁类混凝土膨胀剂一种或多种组成。

本发明还提供一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料的制备方法，按照以下步骤制得：

S1按照常温养护型钢桥面混凝土铺装材料的配合比计算各原材料用量，将全部细骨料与钢纤维先预混2～4分钟；

S2按照常温养护型钢桥面混凝土铺装材料的配合比计算各原材料用量，将全部水泥、掺合料投入S1得到的混合物中搅拌1～2分钟；

S3将全部外加剂和60％重量的水溶液投入S2得到的预混干混料中搅拌1～2 分钟；

S4将剩余的40％水溶液加入到S3步骤所得预湿的混合料中，充分搅拌2～4 分钟，得到扩展度大于500mm的常温养护型钢桥面混凝土铺装材料；

S5将S4制得的常温养护型钢桥面混凝土铺装材料浇筑到钢桥面上，并用振动棒或振动器振动20～60秒至表面无气泡冒出，抹平表面并采用覆保水养护膜常温保湿养护14天。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：

(1)本发明技术方案涉及的一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料的扩展度大于500mm，表示出了较好的流动性，降低钢桥面混凝土铺装材料施工难度。

(2)本发明技术方案涉及的一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料，28天收缩率小于300ppm，大幅度降低钢桥面混凝土铺装材料的自收缩，降低钢桥面混凝土铺装材料的早期开裂风险。

(3)本发明技术方案涉及的一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料，可采用常温养护方式，降低钢桥面混凝土铺装材料60％以上的养护成本。

具体实施方式

以下，对本发明的技术方案及优点做出更加详细的解释和说明。应当理解的是，说明书、具体实施方式所呈现的内容，仅仅为了更加清楚地说明本发明的技术方案及其优点，并不对本发明的保护范围构成限制。本领域技术人员能够在说明书公开内容的基础上，针对各种合理的变换得到变化后的技术方案，只要不脱离本发明的精神，各种变化后的技术方案均包括在本发明的保护范围之内。

以下通过具体的实施例和对比例，对本发明的技术方案具体地做出阐述，以突出本发明的优异。

实施例1

一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料：

平均粒径0～4.75mm的细骨料600份；

强度不低于42.5MPa的水泥200份；

平均粒径5～30μm的掺合料150份；

高性能外加剂8份；

水胶比0.15；

长径比50～100的钢纤维70份；

膨胀剂20份。

所述的一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料的制备方法按照以下步骤制得：

S1按照常温养护型钢桥面混凝土铺装材料的配合比计算各原材料用量，将全部细骨料与钢纤维先预混2～4分钟；

S2按照常温养护型钢桥面混凝土铺装材料的配合比计算各原材料用量，将全部水泥、掺合料投入S1得到的混合物中搅拌1～2分钟；

S3将全部外加剂和60％重量的水溶液投入S2得到的预混干混料中搅拌1～2 分钟；

S4将剩余的40％水溶液加入到S3步骤所得预湿的混合料中，充分搅拌2～4 分钟，得到扩展度大于500mm的常温养护型钢桥面混凝土铺装材料；

S5将S4制得的常温养护型钢桥面混凝土铺装材料浇筑到钢桥面上，并用振动棒或振动器振动20～60秒至表面无气泡冒出，抹平表面并采用覆保水养护膜常温保湿养护14天。

实施例2

除常温养护型钢桥面混凝土铺装材料的配方不同外，其他条件同实施例1.

一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料：

平均粒径0～4.75mm的细骨料900份；

强度不低于42.5MPa的水泥320份；

平均粒径5～30μm的掺合料280份；

高性能外加剂15份；

水胶比0.25；

长径比50～100的钢纤维120份；

膨胀剂50份。

实施例3

除常温养护型钢桥面混凝土铺装材料的配方不同外，其他条件同实施例1.

一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料：

平均粒径0～4.75mm的细骨料675份；

强度不低于42.5MPa的水泥230份；

平均粒径5～30μm的掺合料185份；

高性能外加剂9.5份；

水胶比0.18；

长径比50～100的钢纤维85份；

膨胀剂30份。

实施例4

除常温养护型钢桥面混凝土铺装材料的配方不同外，其他条件同实施例1.

一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料：

平均粒径0～4.75mm的细骨料825份；

强度不低于42.5MPa的水泥290份；

平均粒径5～30μm的掺合料245份；

高性能外加剂13.5份；

水胶比0.22；

长径比50～100的钢纤维105份；

膨胀剂40份。

实施例5

除常温养护型钢桥面混凝土铺装材料的配方不同外，其他条件同实施例1.

一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料：

平均粒径0～4.75mm的细骨料750份；

强度不低于42.5MPa的水泥260份；

平均粒径5～30μm的掺合料215份；

高性能外加剂11.5份；

水胶比0.2；

长径比50～100的钢纤维95份；

膨胀剂35份。

对比例1

除了细骨料500份外，其他条件同实施例1。

对比例2

除了水泥400份外，其他条件同实施例1。

对比例3

除了掺合料300份外，其他条件同实施例1。

对比例4

除了水胶比0.3外，其他条件同实施例1。

对比例5

除了钢纤维150份外，其他条件同实施例1。

对实施案例1～5、对比案例1～5所述的常温养护型钢桥面混凝土铺装材料进行扩展度测试，并制备标准试件标准养护28天后进行耐抗压强度、抗折强度、电通量及收缩性能测试，实验数据见表1：

表1常温养护型钢桥面混凝土铺装材料检测数据

从表1来看，本发明所有实施例的扩展度都大于500mm，说明混凝土流动性良好、施工性能好；28天收缩率小于300ppm，表明其收缩小、早期开裂风险小；电通量都小于100C，表明其耐久性好；抗压强度大于110MPa、抗折强度大于25MPa，表示其力学性能好。

从对比来看，对比例1细骨料500份，与实施例1对比，扩展度增大较少，抗压强度和抗折强度均下降较多，电通量和收缩率均增大较多；对比例2水泥 400份，与实施例1对比，扩展度、抗压强度和抗折强度均下降较多，电通量和收缩率均增大较多；对比例3掺合料300份，与实施例1对比，扩展度降低较少，抗压强度和抗折强度均下降较多，电通量和收缩率均增大较多；对比例4水胶比 0.3，与实施例1对比，扩展度增大较少，抗压强度和抗折强度下降较多，电通量和收缩率均增大较多；；对比例5钢纤维150份，与实施例1对比，扩展度和抗压强度均降低较多，抗折强度降低较少，电通量和收缩率均增大较多。通过大量试验，在本发明所选取的细骨料、水泥、掺合料、水胶比、钢纤维为最优；本发明的常温养护型钢桥面混凝土铺装材料能显著提高桥面铺装材料的养护成本，降低收缩和提高耐久性能，进而降低综合造价。

虽然本发明内容包括具体的实施例，但是对本领域的技术人员明显的是在不偏离本权利要求和其等同技术方案的发明要点和范围的情况下，可以对这些实施例做出各种形式上和细节上的替换或变动。本文中描述的实施例应被认为只在说明意义上，并非为了限制的目的。在每一个实施例中的特征和方面的描述被认为适用于其他实施例中的相似特征和方面。因此，本发明的范围不应受到具体的描述的限定，而是受权利要求技术方案的限定，并且在本权利要求和其等同物的范围内的所有变化被解释为包含在本发明的技术方案之内。

在此，需要说明的是，上述技术方案的描述是示例性的，本说明书可以以不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的技术方案。相反，提供这些说明将使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本说明书所公开的范围。此外，本发明的技术方案仅由权利要求的范围限定。

用于描述本说明书和权利要求的各方面公开的形状、尺寸、比率、角度和数字仅仅是示例，因此，本说明书和权利要求的不限于所示出的细节。在以下描述中，当相关的已知功能或配置的详细描述被确定为不必要地模糊本说明书和权利要求的重点时，将省略详细描述。

在使用本说明书中描述的“包括”、“具有”和“包含”的情况下，除非使用“仅”，否则还可以具有另一部分或其他部分，所用的术语通常可以是单数但也可以表示复数形式。

应该指出，尽管在本说明书可能出现并使用术语“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”等来描述各种不同的组件，但是这些成分和部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个成分和部分和另一个成分和部分。例如，在不脱离本说明书的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件，并且类似地，第二部件可以被称为第一部件，顶部和底部的部件在一定情况下，也可以彼此对调或转换；一端和另一端的部件可以彼此性能相同或者不同。

此外，在构成部件时，尽管没有其明确的描述，但可以理解必然包括一定的误差区域。

在描述位置关系时，例如，当位置顺序被描述为“在...上”、“在...上方”、“在...下方”和“下一个”时，除非使用“恰好”或“直接”这样的词汇或术语，此外则可以包括它们之间不接触或者接触的情形。如果提到第一元件位于第二元件“上”，则并不意味着第一元件必须位于第二元件的上方。所述部件的上部和下部会根据观察的角度和定向的改变而改变。因此，在实际构造中，如果涉及了第一元件位于第二元件“上”的情况可以包括第一元件位于第二元件“下方”的情况以及第一元件位于第二元件“上方”的情况。在描述时间关系时，除非使用“恰好”或“直接”，否则在描述“之后”、“后续”、“随后”和“之前”时，可以包括步骤之间并不连续的情况。

本发明的各种实施方案的特征可以部分地或全部地彼此组合或者拼接，并且可以如本领域技术人员可以充分理解的以各种不同地构造来执行。本发明的实施方案可以彼此独立地执行，或者可以以相互依赖的关系一起执行。

Claims (10)

1.一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料及其制备方法，其特征在于，所述的常温养护型钢桥面混凝土铺装材料包括以下重量份数的原料：

平均粒径0～4.75mm的细骨料600～900份；

强度不低于42.5MPa的水泥200～320份；

平均粒径5～30μm的掺合料150～280份；

高性能外加剂8～15份；

水胶比0.15～0.25；

长径比50～100的钢纤维70～120份；

膨胀剂20～50份。

2.根据权利要求1所述的一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料及其制备方法，其特征在于，所述的常温养护型钢桥面混凝土铺装材料包括以下重量份数的原料：

平均粒径0～4.75mm的细骨料675～825份；

强度不低于42.5MPa的水泥230～290份；

平均粒径5～30μm的掺合料185～245份；

高性能外加剂9.5～13.5份；

水胶比0.18～0.22；

长径比50～100的钢纤维85～105份；

膨胀剂30～40份。

3.根据权利要求1所述的一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料及其制备方法，其特征在于，所述的常温养护型钢桥面混凝土铺装材料包括以下重量份数的原料：

平均粒径0～4.75mm的细骨料750份；

强度不低于42.5MPa的水泥260份；

平均粒径5～30μm的掺合料215份；

高性能外加剂11.5份；

水胶比0.2；

长径比50～100的钢纤维95份；

膨胀剂35份。

4.根据权利要求1-3所述的一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料，其特征在于，该常温养护型钢桥面混凝土铺装材料，抗压强度大于100MPa、抗折强度大于25MPa、28天收缩率小于300ppm、扩展度大于500mm、电通量小于100C。

5.根据权利要求4所述的一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料，其特征在于所述的细骨料为石英砂、河砂、机制砂的一种或多种组合。

6.根据权利要求4所述的一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料，其特征在于所述的掺合料为硅灰、矿粉、粉煤灰、陶瓷抛光粉、钢渣粉中的一种或多种组成，其中硅灰20～100％、矿粉0～80％、粉煤灰0～60％、陶瓷抛光粉0～60％、钢渣粉0～50％。

7.根据权利要求4所述的一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料，其特征在于所述的高性能外加剂为减水率大于30％的缓凝型高性能减水剂。

8.根据权利要求4所述的一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料，其特征在于所述钢纤维为抗拉强度大于1000MPa、直径0.1～0.25mm、长度10～20mm、长径比50～100的钢纤维。

9.根据权利要求4所述的一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料，其特征在于所述膨胀剂为硫铝酸钙类混凝土膨胀剂、硫铝酸钙-氧化钙类混凝土膨胀剂、氧化钙/氧化镁类混凝土膨胀剂一种或多种组成。

10.根据权利要求1～9之一所述的一种常温养护型钢桥面混凝土铺装材料的制备方法，其特征在于，按照以下步骤制得：

S1按照常温养护型钢桥面混凝土铺装材料的配合比计算各原材料用量，将全部细骨料与钢纤维先预混2～4分钟；

S2按照常温养护型钢桥面混凝土铺装材料的配合比计算各原材料用量，将全部水泥、掺合料投入S1得到的混合物中搅拌1～2分钟；

S3将全部外加剂和60％重量的水溶液投入S2得到的预混干混料中搅拌1～2分钟；

S4将剩余的40％水溶液加入到S3步骤所得预湿的混合料中，充分搅拌2～4分钟，得到扩展度大于500mm的常温养护型钢桥面混凝土铺装材料；

S5将S4制得的常温养护型钢桥面混凝土铺装材料浇筑到钢桥面上，并用振动棒或振动器振动20～60秒至表面无气泡冒出，抹平表面并采用覆保水养护膜常温保湿养护14天。