CN110344323A - 一种超早强高性能湿接缝结构及施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种超早强高性能湿接缝结构及其施工工艺，具体指一种对既有桥梁结构高效化、高性能化的拼宽改造的结构形式及施工方法，包括对新老桥界面进行凿毛分成老混凝土桥面板和新混凝土桥面板，老混凝土桥面板与新混凝土桥面板之间通过植筋和预埋U型植筋连接，在预埋U型植筋上还设置数根纵向钢筋，老混凝土桥面板的界面与新混凝土桥面板的界面均匀涂刷微膨胀自愈合专用界面剂，湿接缝浇筑材料为超早强高性能湿接缝混凝土。本发明植筋与预埋U型植筋组成双层钢筋，能够有效传递弯矩，提高与混凝土整体性，有效缓解接缝内钢筋疲劳，超早强高性能湿接缝混凝土主要成分是硅酸盐水泥基材料，即使在低温条件下，无需特殊养护条件24h内开放交通。
Description
技术领域
本发明涉及超早强高性能湿接缝结构及施工工艺，具体说是一种高性能桥面板湿接缝结构及施工工艺。
背景技术
由于我国桥梁大规模建设年代较早，设计标准及建造质量等问题，现有交通容量无法满足与日俱增的通行需求，因此，桥梁拼接与拓宽正在成为基础设施建设的发展趋势，在进行桥梁加固、拓宽过程中，如何缩短交通中断期是必须考虑的问题，与此同时，现有湿接缝连接构造在传力上存在一定不足，无法有效地阻止裂缝的产生和扩展，容易出现沿浇筑方向裂纹，增大渗水风险，严重削弱结构整体耐久性。综上所述，有效缩短交通中断时间，并充分保证后期湿接缝结构整体耐久性，是交管部门以及高速公路发展进程中必须面临的一个重大课题。
现有桥梁接缝预埋钢筋通常为直筋，不利于湿接缝内钢筋与混凝土整体性，且容易引起钢筋疲劳问题，同时由于传统湿接缝混凝土与既有桥梁存在龄期差，且中断交通时间长，必须进行高速封闭。加之长期疲劳荷载作用下，湿接缝与既有桥面往往存在分离开裂趋势。而以往桥梁拼接方案和设计考虑因素较为单一，因此经常出现不利病害，如接缝钢筋疲劳失效，接缝处界面剥离，路面出现纵向通缝，引起渗水，甚至破坏等一系列拼接质量问题。专利（201810876868.6）公开了一种分块式桥面板湿接缝连接形式，该湿接缝连接结构在预制桥面板上预留台阶形湿接缝，受力有效改善，但，湿接缝浇筑的超高韧性ECC养护时间长，缺乏粗集料的限制，收缩徐变较大，极易引起接缝界面的分离。同时，ECC模量仅为普通混凝土2/3，在重车轮迹带上容易出现过大的变形，引起行车不平顺。专利（201710684631.8）公开了一种采用UHPC材料进行桥梁桥面系快速连接结构。该结构。该结构采用的UHPC具有强度高、疲劳性能好等优势。但，弹性模量相对于两侧混凝土高出30-40%，两者刚度差极易在不均匀沉降或行车作用下产生应力集中，引起并加剧平直的抗剪钢筋疲劳破坏，同时养护时间和条件相对较高。现有桥梁湿接缝结构难以满足高耐久、低交通中断期施工工艺需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种超早强高性能湿接缝结构及其施工工艺。通过系统性设计优化方式，改善植筋及预埋钢筋在疲劳荷载下与混凝土粘结性能，缓解应力集中，并克服了传统施工及浇筑材料收缩与沉降引起的界面分离问题，提高界面粘结性能与整体性为既有桥梁的快速、高效拼宽提供一种可靠的湿接缝结构。
本发明的超早强高性能湿接缝结构及施工工艺能系统性改善湿接缝整体性及耐久性。其中，在新桥及老桥待拼宽部位分别预埋和植入U型钢筋，进行绑扎或焊接，U型钢筋不但作为箍筋承受剪力，同时有效改善增强钢筋在行车荷载下与混凝土连接性能，降低钢筋应力集中，提高钢筋与混凝土抗疲劳特性。新老混凝土边缘凿出的齿状凿毛，并均匀涂刷专用水泥基微膨胀自愈合专用界面剂，在不增加湿接缝宽度基础上，有效提高湿接缝与新老混凝土整体性能。浇筑的超早强补偿收缩HPC弹性模量与两侧新老混凝土接近，有效避免拼接体系刚度差引起应力集中，且材料具有高强，高韧性，补偿收缩等特性，降低了由于龄期差引起收缩开裂风险。同时，在低温下也能快速早强，极大缩短了交通中短期。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明是一种超早强高性能湿接缝结构，对新老桥界面进行凿毛分成老混凝土桥面板和新混凝土桥面板，老混凝土桥面板与新混凝土桥面板之间通过植筋和预埋U型植筋连接，在预埋U型植筋上还设置数根纵向钢筋，老混凝土桥面板的界面与新混凝土桥面板的界面均匀涂刷微膨胀自愈合专用界面剂，湿接缝浇筑材料为超早强高性能湿接缝混凝土。
本发明的进一步改进在于：老混凝土桥面板与新混凝土桥面板凿毛形状为齿状凹槽，厚度为桥面板总厚度1/5-1/4。
本发明是一种超早强高性能湿接缝结构的施工工艺，该施工工艺包括如下步骤：
步骤1，对新老桥界面进行齿形凿毛形成老混凝土桥面板和新混凝土桥面板，增大界面粗糙程度；
步骤2，植筋和预埋U型植筋；
步骤3，底部支模，植筋与U型植筋绑扎或焊接；
步骤4：老混凝土桥面板和新混凝土桥面板的界面均匀涂刷水泥基微膨胀自愈合专用界面剂；
步骤5：老混凝土桥面板和新混凝土桥面板湿接缝处浇筑超早强高性能湿接缝混凝土；
步骤6：混凝土终凝后，湿养护24h即可开放交通。
本发明的进一步改进在于：所述超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料由混合胶凝材料、优化级配集料、活性掺合料、混杂纤维增强相、复合外加剂、抗裂增韧剂和膨胀剂以及水混合搅拌而成，每立方超早强补偿收缩湿接缝混凝土包括混合胶凝材料400kg/m3-650kg/m3、优化级配集料1500kg/m3-2100kg/m3、活性掺合料40kg/m3-80kg/m3、膨胀剂30kg/m3-70kg/m3、混杂纤维增强相20kg/m3-160kg/m3,复合外加剂占混合胶凝材料质量的0.8%~3.0%、抗裂增韧剂为混合胶凝材料质量的0.0%-0.5%。
本发明的进一步改进在于：混合胶凝材料为硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的混合物，硅酸盐水泥用量为400kg/m3-550kg/m3，硫铝酸盐水泥用量为0kg/m3-100kg/m3。
本发明的进一步改进在于：所述硅酸盐水泥为PO普通硅酸盐或PII硅酸盐水泥，强度等级为42.5级、42.5R、 52.5级或52.5R。
本发明的进一步改进在于：所述硅酸盐水泥为快硬硫铝酸盐水泥，强度等级为42.5级。
本发明的进一步改进在于：所述优化级配集料为优化设计的细集料和粗集料的混合物，细集料用量为600kg/m3-800kg/m3，粗集料为900kg/m3-1300kg/m3。
本发明的进一步改进在于：所述细集料为连续级配河砂、石英砂，其中粒径20-40目占70%-90%、60-120目占10%-30%，优化级配细度模数为2.4-3.0，所述河沙为中粗砂，所述粗集料洗净烘干的粒径范围5mm-16mm连续级配花岗岩碎石、玄武岩碎石、石灰岩碎石，压碎指标低于10%，其中， 5mm-10mm粗集料占70%-80%、10mm-16mm粗集料占20%-30%。
本发明的进一步改进在于：所述活性掺合料为硅灰、粉煤灰或细化矿渣一种或者几种混合物，其中硅灰在活性掺合料中的重量比例超过30%。
本发明的进一步改进在于：所述混杂纤维增强相为钢纤维及合成有机纤维，20kg/m3-160kg/m3。
本发明的进一步改进在于：钢纤维优先选用高强高韧性镀铜钢纤维，端钩钢纤维，波浪形钢纤维中一种或几种，掺量为20kg/m3-150kg/m3，纤维长度为10mm-30mm，长径比为30-60，单纤维抗拉强度大于600MPa。
本发明的进一步改进在于：合成有机纤维长度为PVA纤维，PP纤维，PE纤维一种或几种，掺量为0kg/m3-10kg/m3。PVA纤维长度12mm~15mm，抗拉强度大于1200MPa；PP纤维长度3-15mm，长径比大于40，抗拉强度大于500MPa；PE纤维长度9mm~15mm，抗拉强度大于1200MPa。
本发明的进一步改进在于：所述复合外加剂由80%-90%高效聚羧酸减水剂，0%-20%复合早强剂及10%-20%消泡剂组成。
本发明的进一步改进在于：减水剂优选高性能聚羧酸减水剂，减水率大于30%。
本发明的进一步改进在于：所述复合早强剂为碳酸盐、硫酸盐、甲酸盐类早强剂一种或几种。
本发明的进一步改进在于：所述抗裂增韧剂为甲基纤维素，可再分散胶粉中一种，所述膨胀剂为氧化钙类，硫铝酸盐类，氧化镁类或氧化钙-硫铝酸钙盐类。
本发明是一种超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤:
步骤1，将适当比例的复合外加剂与抗裂增韧剂进行均匀搅拌；
步骤2，将步骤1混合外加剂加入膨胀剂后进一步混合，制备成功能性外加材料；
步骤3：将干燥状态粗骨料及混杂纤维预先搅拌预先拌和防止结团；
步骤4：搅拌的过程中加入胶凝材料、活性掺合料、石英砂和功能性外加材料半成品，进行均匀搅拌后装袋备用。
本发明的进一步改进在于，具体配比可根据现场使用环境及需求进行预先试验，各掺料比例具有良好的可设计性及优化能力。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提出的超早强高性能湿接缝结构及施工工艺具有以下优点：
（1）植筋与预埋U钢筋组成上下双层钢筋，能够有效传递弯矩和剪力，从而提高与混凝土整体性，有效缓解接缝内钢筋疲劳；
（2）界面齿形凿毛增大了湿接缝混凝土接触面，提高了界面粘结力；
（3）界面涂刷水泥基微膨胀自愈合界面剂，能提高界面粘结能力，有效愈合界面细微裂缝；
（4）采用的超早强高性能湿接缝混凝土主要成分是硅酸盐水泥基材料，兼顾早期强度同时后期强度稳定正常，即使在低温条件下，无需特殊养护条件24h内开放交通。
本发明所使用的超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料具有以下优点：
（1）均匀分布性：由于逐步递进混掺方法，外加剂能逐步按比例放大混入材料体系，有效改善了各类材料在混合过程中的离散性问题；
（2）良好施工性：通过提前将胶凝材料、膨胀剂、功能型外加剂、粗细集料、活性掺合料、混杂纤维均匀搅拌装袋后，现场施工仅需要加入合适比例水即可施工，能有效提高现场材料计量精度和施工速度，保证施工质量控制；
（3）性能可设计性：材料配比设计优化，干混料施工及力学性能可根据使用环境及使用需求进行针对性调整，具有良好可设计性；
（4）可靠的早期性能：调整胶凝材料、复合早强剂组成及比例，可满足不同温度条件下早期强度及刚度增长，有效降低了施工引起交通中短期；
（5）稳定的长期性能：通过活性掺合料的优化及混合纤维效应，及复合膨胀剂的补偿混凝土作用，能实现后期强度的稳定增长，从而实现高强度、高韧性、高耐久性的性能要求。
附图说明
图1是本发明湿接缝结构的主视图。
图2是本发明湿接缝结构的俯视图。
图3是本发明湿接缝结构的立体图。
图4是本发明湿接缝施工工艺流程图。
图5 是本发明实施例中超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料浇筑的步骤流程。
图6是实施例3中超早强补偿收缩湿接缝混凝土各养护温度下早龄期抗压强度。
图7是实施例3中超早强补偿收缩湿接缝混凝土各养护温度下早龄期抗折强度。
图8是实施例3中超早强补偿收缩湿接缝混凝土限制膨胀率示意图。
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1-4所示，本发明是一种超早强高性能湿接缝结构，对新老桥界面进行凿毛分成老混凝土桥面板1和新混凝土桥面板2，所述老混凝土桥面板1与所述新混凝土桥面板2凿毛形状为齿状凹槽，厚度为桥面板总厚度1/5-1/4，所述老混凝土桥面板1与所述新混凝土桥面板2之间通过植筋和预埋U型植筋3连接，能有效提高与混凝土整体性，能有效提高与混凝土整体性改善疲劳特性；在所述预埋U型植筋3上还设置数根纵向钢筋4，所述老混凝土桥面板1的界面与所述新混凝土桥面板2的界面均匀涂刷微膨胀自愈合专用界面剂，能有效补偿新老混凝土收缩差，在出现微细裂隙后能自动愈合；湿接缝浇筑材料为超早强高性能湿接缝混凝土。该超早强高性能湿接缝结构的施工工艺包括如下步骤：
步骤1：切除既有桥梁边梁；
步骤2：对新老桥界面进行齿形凿毛形成老混凝土桥面板1和新混凝土桥面板2，增大界面粗糙程度；
步骤3，植入植筋和预埋U型植筋3；
步骤4，底部支模，植筋与预埋U型植筋3绑扎或焊接；
步骤5：老混凝土桥面板1和新混凝土桥面板2的界面均匀涂刷水泥基微膨胀自愈合专用界面剂；
步骤6：老混凝土桥面板1和新混凝土桥面板2湿接缝处浇筑超早强高性能湿接缝混凝土；
步骤7：混凝土终凝后，湿养护24h即可开放交通，也就是在5℃环境以上24h开放交通。
参见附图4，具体实施时，进行干混料制备时包括以下步骤：
步骤1，将适当比例的复合外加剂与抗裂增韧剂进行均匀搅拌；
步骤2，将步骤1混合外加剂加入膨胀剂后进一步混合，制备成功能性外加材料；
步骤3：将干燥状态粗骨料及混杂纤维预先搅拌预先拌和防止结团；
步骤4：搅拌的过程中加入胶凝材料、活性掺合料、石英砂和功能性外加材料半成品，进行均匀搅拌后装袋备用，
优选实施例中所采用的混凝土修复材料组份质量配比为如表1所示：
表1混凝土干混料组份配比kg/m3
| 水 | 复合胶凝材料 | 膨胀剂 | 细集料 | 粗集料 | 活性掺合料 | 复合外加剂 | 钢纤维 | 有机纤维 | 抗裂增韧剂 | |
| 实施例1 | 169 | 480/30<sup>*</sup> | 70 | 650 | 1000 | 42.5 | 7.4 | 80 | 1.3<sup>a</sup> | 2.5 |
| 实施例2 | 169 | 470/30 | 40 | 500 | 1000 | 49 | 8.7 | 93.3 | 3.6<sup>b</sup> | 2 |
| 实施例3 | 189 | 460/40 | 50 | 680 | 975 | 50 | 8.6 | 80 | 1.3<sup>a</sup> | 1.37 |
| 实施例4 | 173 | 500/0 | 70 | 800 | 1300 | 80 | 8.4 | 150 | 2<sup>c</sup> | 1.16 |
| 实施例5 | 173 | 500/65 | 30 | 650 | 1000 | 70 | 10.1 | 80 | 1.95<sup>b</sup> | 1.9 |
| 实施例6 | 190 | 550/0 | 30 | 650 | 975 | 40 | 14.4 | 90 | 1.3<sup>a</sup> | 2 |
| 实施例7 | 180 | 530/90 | 60 | 750 | 1100 | 45 | 9.5 | 120 | 1.3<sup>a</sup> | 0 |
*480/30表示硅酸盐水泥480kg/m3，快硬水泥30kg/m3，下同；
a表示掺入PVA纤维；b表示掺入PP纤维，c表示掺入PE纤维；
按照实施例1-7中的组份配合比，以及本发明的制作方法制备混凝土，并振捣密实，制作标准试块，测试不同养护温度下初凝、终凝时间、1天、3天的抗压及抗折强度，限制膨胀率结果如表2、表3所示：
表2 混凝土材料凝结时间及流动性
| 环境温度 | 初凝时间 | 终凝时间 | 坍落度 | |
| 实施例1 | 8℃ | 79 | 134 | 160 |
| 实施例2 | 12℃ | 59 | 106 | 170 |
| 实施例3 | 8℃ | 69 | 107 | 210 |
| 实施例4 | 12℃ | 72 | 128 | 130 |
| 实施例5 | 8℃ | 88 | 134 | 180 |
| 实施例6 | 12℃ | 68 | 141 | 155 |
| 实施例7 | 8℃ | 91 | 131 | 180 |
表3 混凝土材料力学性能
图6-7是实施例3在不同养护温度下，养护龄期为1d和3d时试件抗压与抗折强度。
图8是实施例3混凝土在0-56d限制膨胀率变化图，超早强补偿收缩湿接缝混凝土表现出良好膨胀性能，从而有效补偿混凝土收缩。
本发明的植筋与预埋U型植筋组成双层钢筋，能够有效传递弯矩，提高与混凝土整体性，有效缓解接缝内钢筋疲劳，采用的超早强高性能湿接缝混凝土主要成分是硅酸盐水泥基材料，兼顾早期强度同时后期强度稳定正常，即使在低温条件下，无需特殊养护条件24h内开放交通。
以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种超早强高性能湿接缝结构及施工工艺，其特征在于：对新老桥界面进行凿毛分成老混凝土桥面板（1）和新混凝土桥面板（2），所述老混凝土桥面板（1）与所述新混凝土桥面板（2）之间通过植筋和预埋U型植筋（3）连接，在所述预埋U型植筋（3）上还设置数根纵向钢筋（4），所述老混凝土桥面板（1）的界面与所述新混凝土桥面板（2）的界面均匀涂刷微膨胀自愈合专用界面剂，湿接缝浇筑材料为超早强高性能湿接缝混凝土。
2.根据权利要求1所述一种超早强高性能湿接缝结构，其特征在于：所述老混凝土桥面板（1）与所述新混凝土桥面板（2）凿毛形状为齿状凹槽，厚度为桥面板总厚度1/5-1/4。
3.根据权利要求1所述一种超早强高性能湿接缝结构的施工工艺，其特征在于：所述施工工艺包括如下步骤：
步骤1：对新老桥界面进行齿形凿毛形成老混凝土桥面板（1）和新混凝土桥面板（2），增大界面粗糙程度；
步骤2：植入植筋和预埋U型植筋（3）；
步骤3：底部支模，植筋与U型植筋（3）绑扎或焊接；
步骤4：老混凝土桥面板（1）和新混凝土桥面板（2）的界面均匀涂刷水泥基微膨胀自愈合专用界面剂；
步骤5：老混凝土桥面板（1）和新混凝土桥面板（2）湿接缝处浇筑超早强高性能湿接缝混凝土；
步骤6：混凝土终凝后，湿养护24h即可开放交通。
4.根据权利要求1或3所述一种超早强高性能湿接缝结构及施工工艺，其特征在于：所述超早强高性能湿接缝混凝土由混合胶凝材料、优化级配集料、活性掺合料、混杂纤维增强相、复合外加剂、抗裂增韧剂和膨胀剂以及水混合搅拌而成，每立方超早强补偿收缩湿接缝混凝土包括混合胶凝材料400kg/m3-650kg/m3、优化级配集料1500kg/m3-2100kg/m3、活性掺合料40kg/m3-80 kg/m3、膨胀剂30kg/m3-70 kg/m3、混杂纤维增强相20kg/m3-160kg/m3,复合外加剂占混合胶凝材料质量的0.8%~3.0%、抗裂增韧剂为混合胶凝材料质量的0.0%-0.5%。
5.根据权利要求4所述一种超早强高性能湿接缝结构及施工工艺，其特征在于：混合胶凝材料为硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的混合物，硅酸盐水泥用量为400kg/m3-550kg/m3，硫铝酸盐水泥用量为0kg/m3-100kg/m3，所述硅酸盐水泥为PO普通硅酸盐或PII硅酸盐水泥，强度等级为42.5级、42.5R、 52.5级或52.5R。
6.根据权利要求4所述一种超早强高性能湿接缝结构及施工工艺，其特征在于：所述优化级配集料为优化设计的细集料和粗集料的混合物，细集料用量为600kg/m3-800kg/m3，粗集料为900kg/m3-1300kg/m3，所述细集料为河砂、石英砂一种或者两种混合物，其中粒径20-40目占70%-90%、60-120目占10%-30%，优化级配细度模数为2.4-3，所述粗集料为粒径范围4.75mm-16mm连续的花岗岩、玄武岩、石灰岩的一种或几种混合物，4.75mm-10mm粗集料占65%-85%、10mm-16mm粗集料占15%-35%。
7.根据权利要求4所述一种超早强高性能湿接缝结构及施工工艺，其特征在于：所述活性掺合料为硅灰、粉煤灰或细化矿渣一种或者几种混合物，其中硅灰在活性掺合料中的重量比例超过30%。
8.根据权利要求4所述一种超早强高性能湿接缝结构及施工工艺，其特征在于：所述混杂纤维增强相为钢纤维及合成有机纤维，所述复合外加剂由80%-90%高效聚羧酸减水剂，0%-20%复合早强剂及10%-20%消泡剂组成，其中，所述复合早强剂为碳酸盐、硫酸盐、甲酸盐类早强剂一种或几种。
9.根据权利要求4所述一种超早强高性能湿接缝结构及施工工艺，其特征在于：所述抗裂增韧剂为甲基纤维素，可再分散胶粉中一种，所述膨胀剂为氧化钙类，硫铝酸钙，氧化镁类或氧化钙-硫铝酸钙类。
10.根据权利要求4所述一种超早强高性能湿接缝结构及施工工艺，其特征在于：该超早强高性能混凝土干混料的制备方法，包括如下步骤:
步骤1，将适当比例的复合外加剂与抗裂增韧剂进行均匀搅拌；
步骤2，将步骤1混合外加剂加入膨胀剂后进一步混合，制备成功能性外加材料；
步骤3：将干燥状态粗骨料及混杂纤维预先搅拌预先拌和防止结团；
步骤4：搅拌的过程中加入胶凝材料、活性掺合料、石英砂和功能性外加材料半成品，进行均匀搅拌后装袋备用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 210000 room 1003, building 5, No.18, Jiangdong Street, Jialing, Jianye District, Nanjing City, Jiangsu Province Applicant after: Jiangsu menglianqiao Technology Co.,Ltd. Address before: 210019 room 808, building 04, No.18, Jiangdong Street, Jialing, Jianye District, Nanjing City, Jiangsu Province Applicant before: NANJING MENGLIANQIAO SENSING TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191018 |