CN110451866B - 一种可泵送韧性混凝土及其在桥面连续板结构中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可泵送韧性混凝土及其在桥面连续板结构中的应用，属于无机非金属技术领域，本发明为一种可泵送韧性混凝土，按照重量份计包括以下组分：水泥40.2‑57.6份、陶瓷粉末4.0‑5.8份、无机纳米材料0.6‑1.2份、复合纤维12.3‑20.5份、减水剂0.5‑0.9份、无机盐0.4‑0.6份、硅灰2.6‑3.4份、粉煤灰13.4‑28.8份、石子56.0‑72.5份、中砂70.0‑87.0份。本发明混凝土的韧性高，在浇筑施工的时候流动性好，抗温变能力强，能够承受因桥梁温度应力、车辆水平制动荷载、桥梁弯曲变形等因素引起的弯曲、拉伸、扭转变形，长期使用不会出现坏损。

Description

一种可泵送韧性混凝土及其在桥面连续板结构中的应用

技术领域

本发明属于无机非金属技术领域，具体涉及一种可泵送韧性混凝土及其在桥面连续板结构中的应用。

背景技术

目前在城市快速市政道路高架桥建设中，一般采用简支梁形式。搁置在同一桥墩盖梁上的相邻简支梁之间留有一定间隙，以确保不同跨相邻简支梁之间不会传递弯矩。而桥面铺装层在桥梁间隙处是连续的，需要有一种桥面连续结构来支撑桥梁间隙处的铺装层荷载及行车荷载，并且简支梁之间的桥面连续结构在服役过程中必须能够承受由于荷载和温差而产生的大变形。目前简支梁之间的桥面连续结构通常有三种方式：伸缩缝装置、延性桥面填充材料、桥面连续板。伸缩缝装置(比如公开CN1570281、CN1696406)一般为梳型钢结构装置，可以承受顺桥向的大变形，但是不能承受桥面的扭转变形，而且施工复杂；延性桥面填充材料(公开号CN101418126)一般为沥青材料或橡胶混凝土，施工方便且可以承受各种形式的大变形，但是因为它是有机材料，易老化耐久性差；桥面连续板(公开号CN103510465)为混凝土结构，与桥面板一体浇筑施工，通过配置钢筋、型钢和钢纤维以控制裂缝开展，但是由于混凝土自身是准脆性材料，在疲劳荷载作用下裂缝还是会发展累积，影响桥面连续板的服役寿命。现有技术中也有使用混凝土浇筑施工形成桥面连续板，在施工的时候将混凝土浇筑于两相邻的简支梁的上部，但是混凝土在使用的过程中往往存在诸多问题：混凝土的韧性低，无法经受太大振幅的震动，尤其是在桥面上不同重量的车辆不断碾压时会出现断裂，长久使用会在路面上出现裂纹，需要频繁的维修，浪费人力财力；另外混凝土的流动性差，在施工的过程中带来诸多不便，在浇筑的时候也容易存在填充部密实的现象，降低桥面连续板结构的强度；抗冻性差，混凝土在较低温度时会存在冻胀的现象，经风吹雨淋，长久使用容易出现裂纹。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种可泵送韧性混凝土及其在桥面连续板结构中的应用，混凝土的韧性高，在浇筑施工的时候流动性好，抗温变能力强，能够承受因桥梁温度应力、车辆水平制动荷载、桥梁弯曲变形等因素引起的弯曲、拉伸、扭转变形，长期使用不会出现坏损。

一种可泵送韧性混凝土，按照重量份计包括以下组分：水泥 40.2-57.6份、陶瓷粉末4.0-5.8份、无机纳米材料0.6-1.2份、复合纤维12.3-20.5份、减水剂 0.5-0.9份、无机盐0.4-0.6份、硅灰2.6-3.4份、粉煤灰13.4-28.8份、石子56.0-72.5份、中砂70.0-87.0份。

按照重量份计所述复合纤维中塑钢纤维11.7-19.5份。

水泥遇水搅拌成浆体，起初具有流动性和可塑性。随着水化反应的不断进行，浆体逐渐失去流动性，转变为具有一定强度的固体，混凝土就是利用了水泥的这一水化特性，将骨料、增韧物质、添加剂等于水泥混合，在使用的时候直接加水搅拌成具有一定流动性的浆料。

钢纤维为塑钢纤维，作为一种表面粗糙的单丝粗纤维、它既能改善细合成纤维（如聚丙烯纤维、玻璃纤维）对硬化混凝土韧性提高有限的不足，又能克服钢纤维易锈蚀、密度大、成本高的弱点，用于増韧的纤维使用塑钢纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维能够提高増韧的效果，聚丙烯纤维可以包括长度为11-22mm且直径为0.035-0.045mm，聚丙烯纤维包含两种长度不同或相差甚远的纤维，所述聚丙烯纤维由长度为20mm、11mm的纤维混合而成。在混凝土固化以后承受压力时会随着压力的逐渐上升，当超过承载力时内部的纤维发生断裂，使用不同长度的纤维能够保证在某个长度较大的纤维有发生断裂的趋势时及时补强，提高混凝土固化以后的韧性、保持较好的完整性。

塑钢纤维在混凝土中呈现不规则的状态，同时塑钢纤维之间、塑钢纤维与聚丙烯纤维、玻璃纤维相互搭接，在整个混凝土空间结构中形成复杂的网状结构，这可以抑制混凝土的早期开裂额，内部微裂纹的扩展。塑钢的掺入是混凝土的含气量增加，增加了混凝土中有有利孔数量，延缓毛细孔渗透压力和水结冰时的冻胀压力，混凝土表现为具有良好的抗冻性。添加无机纳米材料，利用无机纳米材料的尺寸效应和较高的表面能有利于塑钢在增加含气量时增加有利孔形成的几率。

玻璃纤维具有防火、防裂的功能，在火烧时玻璃纤维融化，形成空隙，防止混凝土在高温燃烧时发生爆裂。

所述无机盐为硝酸钙、硫酸钠、硝酸钠、氯化钠、氯化钙中的一种或多种。

所述无机纳米材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅中的一种或两种。

所述陶瓷粉末的粒径为0.2-0.4微米。

所述减水剂为三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物、萘磺酸盐甲醛缩合物中的一种或多种。

减水剂能有效改善纤维与混凝土基体结合界面层原本疏松的结构与性状，提高纤维与砂浆之间的粘结，提高韧性。在不改变各种原材料配比的情况下，添加混凝土高效减水剂，不会改变混凝土强度，同时可以大幅度提高混凝土的流变性及可塑性，使得混凝土施工可以采用自流、泵送、无需振动等方式进行施工，提高施工速度、降低施工能耗。在不改变各种原材料配比（除水）及混凝土的坍落度的情况下，减少水的用量，可以大大提高混凝土的强度，早强和后期强度分别比不加减水剂的混凝土提高60%及20%以上，通过减水，可以实现浇筑C100标号的高强混凝土。在不改变各种原材料配比（除水泥）及混凝土强度的情况下，可以减少水泥的用量，掺加水泥质量0.2%~0.5%的混凝土减水剂，可以节省水泥量的15~30%以上。掺加混凝土高效减水剂，可以提高混凝土的寿命一倍以上，即使建筑物的正常使用寿命延长一倍以上。

硅灰的添加量越多会降低混凝土浆料的流动性，所以尽量降低硅灰的添加量同事控制减水剂的用量，减水剂的作用机理：高效减水剂是高分子表面活性剂，并且有强的固-液界面活性作用，在水泥分散体系中，它们能吸附在水泥粒子表面上，并形成带负电的强电场，使水泥凝胶体产生分散，因此使水泥浆体的流动性大大提高。相反，它们气-液表面活性小，几乎不降低水的表面张力，因此起泡作用很小，对混凝土无引气作用。在与基准混凝土保持相同坍落度时，掺高效减水剂可大幅度减少混凝土的用水量，并且减水率随着掺量的增加而提高。混凝土强度越高，使用不同的高效减水剂对最终强度的影响就越大，降低了混凝土浆料中颗粒吸附的水量，提高浆料的流动性，本发明中使用的减水剂为三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物、萘磺酸盐甲醛缩合物中的一种或多种。

混凝土受冻时表层孔隙中的水首先结冰，体积发生膨胀，并将表面孔隙堵塞，隔断外界与混凝土内部孔隙的联系。在渗透压的作用下，混凝土内部孔隙中的未冻结水向表层已结冰的孔隙内迁移，造成表层大孔隙的饱水程度提高。掺盐水泥石中孔径细化，小孔数量增多，使得混凝土受冻时孔隙中溶液的冰点降低，同时掺盐混凝土孔隙中溶液浓度增大也有利于溶液冰点的降低，起到抗冻的作用。

陶瓷粉末是陶瓷厂加工瓷器时抛光的废料，主要成分是二氧化硅、三氧化铝、氧化铁等，陶瓷颗粒主要是用来提高混凝土的耐磨性和抗腐蚀能力。

一种基于前文所述的一种可泵送韧性混凝土在桥面连续板结构中的应用，其特征在于，所述的混凝土浇筑于相邻简支梁之间的间隙，养护20-26天。

本发明混凝土的韧性高，在浇筑施工的时候流动性好，施工时可以泵送的方式输送，抗温变能力强，能够承受因桥梁温度应力、车辆水平制动荷载、桥梁弯曲变形等因素引起的弯曲、拉伸、扭转变形，长期使用不会出现坏损。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。

实施例1

本发明为一种可泵送韧性混凝土，按照重量份计包括以下组分：水泥 40.2份、陶瓷粉末4.0份、纳米碳酸钙0.6份、塑钢纤维11.7份、聚丙烯纤维0.3份、玻璃纤维0.3kg、减水剂三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物0.5份、硝酸钙0.4份、硅灰2.6份、粉煤灰13.4份、石子56.0份、中砂70份、水22.6份。

所述聚丙烯纤维包括长度为11mm且直径为0.035mm。

一种基于前文所述的一种可泵送韧性混凝土在桥面连续板结构中的应用，所述的混凝土浇筑于相邻简支梁之间的间隙，养护20天。

实施例2

本发明为一种可泵送韧性混凝土，按照重量份计包括以下组分：水泥57.6kg、陶瓷粉末5.8份、纳米二氧化硅1.2份、塑钢纤维19.5份、聚丙烯纤维0.5份、玻璃纤维0.5份、减水剂萘磺酸盐甲醛缩合物0.9份、硫酸钠0.6份、硅灰3.4份、粉煤灰28.8份、石子72.5kg、中砂87.0kg、水23.6份。

所述聚丙烯纤维包括长度为22mm且直径为0.045mm。

一种基于前文所述的一种可泵送韧性混凝土在桥面连续板结构中的应用，所述的混凝土浇筑于相邻简支梁之间的间隙，养护26天。

实施例3

本发明为一种可泵送韧性混凝土，按照重量份计包括以下组分：水泥 50份、陶瓷粉末5.5份、纳米碳酸钙0.8份、塑钢纤维15份、聚丙烯纤维2.5kg、玻璃纤维2.5份、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物0.6份、硝酸钠0.5份、硅灰3.0份、粉煤灰20.0份、石子60.0份、中砂75.0份、水26.8份。

所述聚丙烯纤维由长度为20mm、11mm的纤维混合而成且直径为0.04mm。所述陶瓷粉末的粒径为0.3微米。

一种基于前文所述的一种可泵送韧性混凝土在桥面连续板结构中的应用，所述的混凝土浇筑于相邻简支梁之间的间隙，养护25天。

实施例4

本发明为一种可泵送韧性混凝土，按照重量份计包括以下组分：水泥 45.0份、陶瓷粉末5.0份、纳米碳酸钙0.88份、塑钢纤维15.0份、聚丙烯纤维0.2kg、玻璃纤维0.3份、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物0.6份、氯化钠0.4份、硅灰3.0份、粉煤灰20.0份、石子60.0份、中砂75.0份、水21.6份。

所述聚丙烯纤维由长度为25mm、11mm的纤维混合而成且直径为0.04mm。所述陶瓷粉末的粒径为0.3微米。

一种基于前文所述的一种可泵送韧性混凝土在桥面连续板结构中的应用，所述的混凝土浇筑于相邻简支梁之间的间隙，养护28天。

实施例5至实施例22中陶瓷粉末、无机纳米材料、聚丙烯纤维、玻璃纤维、减水剂、无机盐、硅灰的种类和含量和实施例4中相同，按重量份计其余组分的含量如下；

对实施例1至实施例22的混凝土浆料的流动性进行测试，混凝土流动性用坍落度测定，即：将拌合物按规定的方法装入塌落度筒内，并均匀插捣，装满刮平后，将塌落度筒垂直提起，移到混凝土拌合物一侧，拌合物在自重作用下向下塌落，量出桶的高度与混凝土试体最高点之间的高度差（mm），即为塌落度值，塌落度值越大表示流动性越大。对照组为市售的混凝土，测试结果如下：

对实施例1至实施例22的混凝土浆料施工时的流动性较好。

取实施例对实施例1至实施例22的混凝土制备浆料，然后浇筑成测试块，试样块的尺寸100*100*400mm，每组5个试样块，使用抗弯强度测试仪进行抗弯强度测试，然后取平均值，固化以后测试测试块的抗弯强度，测试的数据结果如下：

取实施例对实施例1至实施例22的混凝土制备浆料，然后浇筑成测试块，试样块的尺寸100*100*100mm，每组5个试样块，使用抗压强度测试仪进行抗压强度测试，然后取平均值，固化以后测试测试块的抗压强度，测试结果如下：

从样品的抗弯强度、抗压强度的实验数据中可以看出本发明的混凝土具有很高的强度，良好的韧性。

本发明混凝土的韧性高，在浇筑施工的时候流动性好，抗温变能力强，能够承受因桥梁温度应力、车辆水平制动荷载、桥梁弯曲变形等因素引起的弯曲、拉伸、扭转变形，长期使用不会出现坏损。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种可泵送韧性混凝土，其特征在于，按照重量份计包括以下组分：

水泥 40.2-57.6份

陶瓷粉末4.0-5.8份

无机纳米材料0.6-1.2份

复合纤维20.5份

减水剂 0.5-0.9份

无机盐 0.4-0.6份

硅灰2.6-3.4份、粉煤灰13.4-28.8份、石子56.0-72.5份、中砂70.0-87.0份，

所述复合纤维包括塑钢纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维，按重量份记所述塑钢纤维为19.5份、聚丙烯纤维0.5份、玻璃纤维0.5份，所述聚丙烯纤维包括长度为22mm且直径为0.045mm，

所述减水剂为三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物、萘磺酸盐甲醛缩合物中的一种或多种，所述无机盐为硝酸钙、硫酸钠、硝酸钠、氯化钠、氯化钙中的一种或多种，

所述无机纳米材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅中的一种或两种。

2.根据权利要求1所述的一种可泵送韧性混凝土，其特征在于，所述陶瓷粉末的粒径为0.2-0.4微米。

3.一种基于前文权利要求1至2中任意一项所述的一种可泵送韧性混凝土在桥面连续板结构中的应用，其特征在于，所述的混凝土浇筑于相邻简支梁之间的间隙，养护20-28天。