CN110423073A - 一种超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料及制备方法，每立方超早强收缩补偿湿接缝混凝土包括混合胶凝材料400‑650kg/m3、优化级配集料1500‑2100kg/m3、活性掺合料40‑80 kg/m3、膨胀剂30‑70 kg/m3、混杂纤维增强相20‑160 kg/m3、复合外加剂占胶凝材料的0.8%~3.0%、抗裂增韧剂为胶凝材料质量0.0%‑0.5%。制备方法如下：将复合外加剂均匀搅拌，加入膨胀剂后混合；将优化集料中的粗集料及混杂纤维在混料机中预先拌，在搅拌过程中加入外加材料，均匀搅拌后装袋备用。本发明可完全补偿混凝土的收缩变形，具有抗压、抗弯强度高、疲劳性能好等优良的综合力学性能。

Description

一种超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料及制备方法

技术领域

本发明涉及超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料及制备方法，具体说是一种以硅酸盐水泥为主要胶凝材料的高性能早强混凝土材料及制备方法。

背景技术

目前，我国高速公路里程已突破13万公里。但是，伴随着交通量不断地增加、现有高速公路运输能力已逐渐满足不了交通运输需求，在基础设施发展较早区域，已逐步开始大规模高速公路养护、维修及桥梁拼宽。现有桥梁拼宽主要方式是在老桥一侧设置新桥，然后新老桥湿接缝内浇筑水泥基材料，将两者进行整体连接。

目前，我国对于桥梁拼宽、加固常用水泥基材料主要有四类：1）采用硅酸盐水泥和骨料配置的传统混凝土材料，其优点是成本低，施工方便，后期强度稳定增长，但此该方法后期养护时间久，中断交通时间无法接受，并且粘结性差，新老混凝土存在收缩徐变差异，易在新老桥面形成薄弱部位，影响耐久性；2）专利文献（201210150392.0）公开了一种以硫铝酸盐水泥为主要胶凝材料混凝土，优点是凝结快，低温适应能力强，早期强度高，抗冻融和侵蚀能力较强，但，纯钙矾石骨架会出现晶体相变，高温下存在后期强度倒缩现象，且初凝时间过短，一般用于紧急抢修工程，不利于大规模施工；3）专利文献（201710007782.5）公开了一种超高性能混凝土及其干混料，超高性能混凝土（UHPC），也称为活性粉末混凝土（RPC），该材料能满足高强度、高抗裂和高耐久要求，但因成型工艺复杂、养护条件较高，造价高昂，现场养护中断交通时间过长，同时由于缺乏粗骨料骨架作用，徐变收缩相对较大；4）聚合物类混凝土，此类修补材料必须合理控制添加量，才能开发出优质实用的浇筑材料，材料配置难度大，同时脆性较大，无法满足长期疲劳冲击荷载下耐久性。桥梁拼宽及加固材料往往体量相对较小，大规模预拌成本较高，而现场配置计量精度难以保证。因此，需要一种能保证方便计量、施工难度低，力学性能可靠稳定的材料，实现缩短，甚至不中断交通中断的目标，从而产生良好的社会效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅酸盐基的早强混凝土干混料及其制备方法，通过改进混掺工艺，提高干混料分布均匀性；通过配合比设计优化，实现混凝土在低温、恶劣环境下可靠的性能发展，同时解决现场配料繁琐，计量不精确等问题，保证现场和大型搅拌站搅拌准确计量及施工，为土建交通领域工程结构提供一种现场施工方便，初凝时间正常，初凝-终凝扰动期短，早期强度高，疲劳寿命高，同时后期强度稳定增长的硅酸盐基超早强高性能干混材料。

本发明针对上述现有技术中早强水泥基加固材料施工不方便，中断交通时间长，耐久性差等问题，提供一种以硅酸盐水泥为主要胶凝材料的超早强高性能混凝土。通过逐步递进混掺方法，保证在低掺量下复合早强剂等外加剂能在干混料中均匀分布，实现优异的现场施工性能及可靠的早期性能；利用活性掺合料的火山灰反应及填充效应，促进水化硅酸钙凝胶稳定增长，得到良好的后期强度及耐久性。利用纤维混杂效应在基体中的均匀分布发挥可靠抗裂、阻裂效应。从而得到高弹模、高抗渗性、高韧性及高耐久性的超早强高性能混凝土干混料。

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混凝土干混料，所述超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料包括混合胶凝材料、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，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40 kg/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0-10kg/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。

本发明的关键技术在于以下三个方面：

1）混掺均匀性的实现，由于复合早强剂、减水剂等高性能外加剂对于现代高性能混凝土是不可或缺的重要外加剂，但这些外加剂掺量往往较低，仅为胶凝材料掺量0.02%~3%。在干混料混合过程中，一次性外加剂加入难以保证悬浮体系充分混合，且若出现外加剂分散不均匀将引起浇筑混凝土出现严重的施工及力学性能离散性，因此，通过逐步递进混掺方法，将低掺量复合早强剂、减水剂、消泡剂等复合外加剂预先均匀混合，逐步加入抗裂增韧剂搅拌，得到混合均匀的半成品。再与适量膨胀剂进行进一步混掺，得到功能性外加剂，最后将胶凝材料、粗细集料、混杂纤维充分搅拌，通过这种搅拌方法能有效改进低掺量外加剂混合均匀性，降低混合体系离散性。

2）可靠早期强度实现；纯硅酸盐水泥体系在低温条件下，由于水化反应速度很慢。当掺入合适比例的硫铝水泥和复合早强剂：早强剂能极大促进硫铝水泥和硅酸盐水泥快速溶解，硅酸盐水化析出氢氧化钙与硫铝水泥主要产物硫铝酸钙生成钙矾石与C-S-H凝胶的复合晶体体系，氢氧化钙和硫铝酸钙的的消耗又能进一步促进两者析出，同时，硫铝酸盐水泥高反应速率与高水化热能保证内部水化所需环境温度，在上述因素相互促进用下复合胶凝材料水化速率得到大大提高，从而实现低温条件下超早强混凝土。

3）稳定高性能的实现：纯硫铝酸盐体系其微观结构容易破坏，长期强度出现倒缩，耐久性相对较差，在硅酸盐体系中掺入适当比例活性掺合料，充分发挥其火山灰反应与填充效应，微观孔隙结构更致密。同时，混杂纤维阻裂与抗裂性能，改变了裂纹扩展路径，极大提高了基体强度及耗能能力，混合膨胀剂能有效补偿水泥水化产生塑性收缩、干缩应变，从而避免出现施工过程和服役阶段温度作用，水化作用引起开裂问题。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，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。

本发明的以硅酸盐为主要胶凝材料的超早强收缩补偿混凝土干混料加水拌合后和易性好、初凝时间长以及初凝与终凝时间间隔短，施工性能优异，现场施工操作流程简便；强度上升快，在5℃低温环境下的20小时抗压强度可达30MPa以上，可满足高速公路通车要求；，可完全补偿混凝土的收缩变形，具有抗压、抗弯强度高、疲劳性能好等优良的综合力学性能。此外，基于本发明超早强补偿收缩干混料的混凝土变形能力及适应性强，服役寿命长，综合性能大大优于普通混凝土。本发明适用于各种各类湿接缝、伸缩缝、桥面板及腹板的浇筑、修复与加固。

附图说明

图1 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2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3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4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。

参见附图1，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2-3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4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。

本发明的混凝土干混料的初凝、终凝时间以及流动性满足现场施工的要求，可设计性强，施工方便，各实施例均能在8℃环境中24小时抗压强度达到30MPa以上，满足放行强度需求。

本发明的混凝土干混料主要胶凝材料为硅酸盐水泥及活性掺合料，高强度、高弹模、高延性及抗裂性能，且后期强度不倒缩，可操作时长可达4h，且凝结时间可调，早期强度上升快，温度8℃以上，浇筑后24h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)

1.一种超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料，其特征在于：所述超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料包括混合胶凝材料、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，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40 kg/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%。

2.根据权利要求1所述一种超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料，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。

3.根据权利要求1所述一种超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料，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/m³-800 kg/m³，粗集料为900kg/m³-1300 kg/m³。

4.根据权利要求3所述一种超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料，其特征在于：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%。

5.根据权利要求1所述一种超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料，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30%以上。

6.根据权利要求1所述一种超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料，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。

7.根据权利要求1所述一种超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料，其特征在于：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。

8.根据权利要求7所述一种超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料，其特征在于：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。

9.根据权利要求1所述一种超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料，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.权利要求1所述的一种超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料的制备方法，其特征在于：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。