CN111549655A - 超高性能桥墩加固修复的复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高性能桥墩加固修复的复合材料及其制备方法，属于桥梁工程及其工程加固修复技术领域。本发明桥墩加固修复材料具有高强度、高韧性、高耐久性、低收缩、高流动性与旧混凝土粘结力强等性能，提高了桥墩的支撑强度和抗冲击强度，保证桥梁本体的稳定支撑，提高桥梁的使用寿命，降低了后续维护成本。在桥梁加固领域具有广阔的应用前景。

Description

超高性能桥墩加固修复的复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种桥梁结构加固修复材料及其制备方法，特别是涉及一种桥墩加固修复材料及其制备方法，应用于桥梁工程及其工程加固修复技术领域。
背景技术
桥墩是桥梁结构中主要的组成部位。在桥梁的受力体系中，桥墩作为桥梁的主体结构及主要支撑物，不仅承受桥跨结构传来的全部荷载，而且还直接承受压力、水流冲击力、船舶撞击力等多种荷载。在荷载及外界环境的作用下，桥墩很容易出现各种病害，如桥墩混凝土表面脱离、蜂窝、裂缝、露筋等等。这些病害的存在极大降低了桥墩的耐久性和稳定性，严重的还会造成桥梁的倒塌，增加经济成本的支出，影响人们正常的交通出行，存在较大的安全隐患。桥墩破坏将导致桥梁“生命线”的中断，对经济和人员伤亡所造成的损失将不可估量，无论对于旧危桥的承载力加固，还是已经损坏的桥墩的加固修复，钢筋混凝土的桥墩加固与修复技术都具有重要的实用价值和经济意义。
现有技术中对混凝土桥墩的加固一般采用增大截面法，即通过在桥墩的周围浇筑混凝土来增大桥墩的截面，从而提高其承载力。但是通过浇筑混凝土来增大截面并不能很好地避免裂缝和破损的再次发生。这是因为，经此处理的结构外表面仍然是混凝土结构，其还可能再次开裂和破损，采用此方法的缺点是：新旧混凝土的结合差、修补层易剥落、抗拉强度小、易开裂，修复及养护工期长等。另外，传统的桥墩加固方法所需要的机械设备容易受到桥墩周围场地、地质、交通等条件的限制，不便施工。因此，现有技术中需要一种效果更好的混凝土桥墩的加固材料和方法，这成为亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种超高性能桥墩加固修复的复合材料及其制备方法，构建高强度、高耐久性、抗裂性能好、施工方便、性价比好及工期短的桥墩加固修复系统。
为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：
一种超高性能桥墩加固修复的复合材料，在桥墩的外层的原有混凝土层依次形成结合面和超高性能混凝土修复层，形成具有复合层结构的桥墩加固修复系统。
作为本发明优选的技术方案，所述超高性能混凝土修复层采用胶凝材料、骨料、掺合料和外加剂作为配料制成，所述胶凝材料由水泥、矿粉、矿粉、微硅粉组成，所述骨料采用石英砂，所述掺合料采用钢纤维，或者采用钢纤维和高强纤维组成；所述外加剂采用聚羧酸减水剂和消泡剂组成，或者采用聚羧酸减水剂、消泡剂和改性剂组成；所述超高性能混凝土修复层的材料组成及重量百分比如下：
水泥为30-60％，矿粉为5-20％，粉煤灰为5-20％，微硅粉为5-20％；
石英砂为15-50％；
钢纤维为5-15％，高强纤维为0-15％；
聚羧酸减水剂为0.01-0.5％，消泡剂为0.001-0.06％，改性剂为0-0.05％。
优选水泥为强度等级为52.5或以上的普通硅酸盐水泥；
优选矿粉为S95级矿粉或S105级矿粉中的任意一种或两种的混合材料；
优选粉煤灰为粒径不大于5μm的粉煤灰超细微粉；
优选微硅粉的平均粒径为0.1-0.3μm，火山灰活性指数不低于116％，为提高混凝土强度和耐久性、减少泌水、提高抗渗性，微硅粉的比表面积为20000～28000㎡/kg。
优选石英砂粒径为0.075-4.75mm，颗粒级配为4.75mm，累计筛余范围10-0％；颗粒级配600μm，累计筛余范围70-41％；
优选钢纤维为不锈钢纤维、镀铜钢纤维、镀锌钢纤维的一种或多种，直径为0.05-0.2mm，长度8-20mm。
优选高强纤维为碳纤维、玻纤维、玄武岩纤维中的任意一种或任意多种；
优选聚羧酸减水剂减水率达到28-35％；
优选消泡剂为粉体消泡剂；
优选改性剂为稠度和粘度的调节剂中的任意一种或任意多种。
优选超高性能混凝土修复层的厚度为80～150mm。
进一步优选超高性能混凝土修复层的厚度为100～140mm。
一种本发明超高性能桥墩加固修复的复合材料的制备方法，按所述超高性能混凝土的粉料配方，分别称量配料，将水泥、硅灰、矿渣微粉、粉煤灰、减水剂、消泡剂和改性剂等依次放入混合机中，搅拌至少8分钟；搅匀后，然后加入钢纤维，再搅拌至少10分钟，经充分混合均匀后，即得到超高性能混凝土粉料；在施工现场配制超高性能混凝土浆料：将超高性能混凝土粉料放入立轴行星式搅拌机，加水进行搅拌，控制水灰比为0.1～0.2，搅拌5～10分钟，得到超高性能混凝土浆料，采用超高性能混凝土浆料进行现场浇筑，在桥墩的外层的原有混凝土层依次形成结合面和超高性能混凝土修复层，形成具有复合层结构的桥墩加固修复系统。
作为本发明优选的技术方案，制备桥墩加固修复系统时，对所述桥墩的外层的原有混凝土层用自来水进行清洗、修补，并进行打毛处理，形成处理结合面，然后在处理结合面上植筋，布置钢筋网，支完模板后灌入超高性能混凝土浆料，固结后，形成超高性能混凝土修复层；完成超高性能混凝土修复层、结合面和原有混凝土层的一体化结合的超高性能桥墩加固修复系统。
本发明超高性能加固材料中，以水泥、矿粉、矿渣微粉、石英砂、金属纤维、硅灰、碳纤维、复合聚羧酸减水剂、水等物料为主要组分，通过各组分之间的协同作用，提高混凝土的组分均匀性、流动性、力学等性能、实现超高强度和自密实效果。普通混凝土通常韧性差，易开裂，通过添加金属纤维可显著提高混凝土的力学性能、提高韧性、降低开裂可能性。混凝土中分散的金属纤维互相交叉，并与混凝土中的其他成分胶粘，因此可以大大降低混凝土的脆性，减缓材料内部微裂缝的扩展，提高材料的强度、韧性、延性和耐久性。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明利用超高性能混凝土修复层覆盖在处理结合面和原有普通混凝土破损层之上，有效地提高了桥墩的承载能力和抗侵蚀老化能力，显著提高了桥墩的耐久性、抗压强度和新旧混凝土的结合力；
2.本发明超高性能混凝土修复层相比普通混凝土耐久性能好，可降低以后维修成本，延长使用寿命；
3.本超高性能桥墩加固修复材料及其方法，施工工艺简单，常规养护免蒸养，具备很好的应用前景，成本低，适合推广使用。
附图说明
图1为实施例一和实施例二超高性能桥墩加固修复系统的横截断面图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1，一种超高性能桥墩加固修复的复合材料，在桥墩的外层的原有混凝土层3依次形成结合面2和超高性能混凝土修复层1，形成具有复合层结构的桥墩加固修复系统。
在本实施例中，参见图1，所述超高性能混凝土修复层1采用胶凝材料、骨料、掺合料和外加剂作为配料制成，本实施例超高性能桥墩加固修复的复合材料的制备方法，按所述超高性能混凝土的粉料配方，分别称取水泥40kg、硅灰6kg、矿渣粉10kg、粉煤灰5.5kg、石英砂30kg、减水剂0.4kg、消泡剂0.06kg、改性剂0.05kg；然后将水泥、硅灰、矿渣微粉减水剂、消泡剂和改性剂依次放入混合机中，搅拌10分钟，搅匀后，然后加入钢纤维8kg，再搅拌10分钟，经充分混合均匀后，即得到超高性能混凝土粉料。
在施工现场配制超高性能混凝土浆料：把超高性能混凝土粉料放入立轴行星式搅拌机，加水进行搅拌，控制水灰比为0.15，搅拌8分钟，得到超高性能混凝土浆料，即采用超高性能混凝土浆料进行现场浇筑，在桥墩的外层的原有混凝土层3依次形成结合面2和超高性能混凝土修复层1，形成具有复合层结构的桥墩加固修复系统。
桥墩加固修复系统包括超高性能混凝土修复层1、结合面2和原有混凝土层3，本实施例制备桥墩加固修复系统时，对所述桥墩的外层的原有混凝土层3用自来水进行清洗、修补，并进行打毛处理，形成处理结合面2，然后在处理结合面2上植筋，布置钢筋网，支完模板后灌入超高性能混凝土浆料，固结后，形成超高性能混凝土修复层1；完成超高性能混凝土修复层1、结合面2和原有混凝土层3的一体化结合的超高性能桥墩加固修复系统。本实施例制备的超高性能混凝土修复层的厚度为100mm。
实验测试分析：
对本实施例制备的超高性能桥墩修复系统进行力学测试，超高性能桥墩修复系统的3d抗压强度达到100MPa，28d抗压强度达到142MPa，抗折强度达到28MPa，极限抗拉强度达到11MPa，极限拉伸应变达到0.4％。本实施例超高性能桥墩加固修复材料及其制备方法，应用于于桥梁工程及其工程加固修复技术领域。本发明桥墩加固修复材料具有高强度、高韧性、高耐久性、低收缩、高流动性与旧混凝土粘结力强等性能，提高了桥墩的支撑强度和抗冲击强度，保证桥梁本体的稳定支撑，提高桥梁的使用寿命，降低了后续维护成本。在桥梁加固领域具有广阔的应用前景。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图1，一种超高性能桥墩加固修复的复合材料，在桥墩的外层的原有混凝土层3依次形成结合面2和超高性能混凝土修复层1，形成具有复合层结构的桥墩加固修复系统。
在本实施例中，参见图1，所述超高性能混凝土修复层1采用胶凝材料、骨料、掺合料和外加剂作为配料制成，本实施例超高性能桥墩加固修复的复合材料的制备方法，按所述超高性能混凝土的粉料配方，分别称取水泥35kg、硅灰5kg、矿渣粉9kg、粉煤灰6kg、石英砂38kg、减水剂0.4kg、消泡剂0.06kg、改性剂0.05kg；然后将水泥、硅灰、矿渣微粉减水剂、消泡剂和改性剂依次放入混合机中，搅拌10分钟，搅匀后，然后加入钢纤维6.5kg，再搅拌10分钟，经充分混合均匀后，即得到超高性能混凝土粉料。
在施工现场配制超高性能混凝土浆料：把超高性能混凝土粉料放入立轴行星式搅拌机，加水进行搅拌，控制水灰比为0.17，搅拌8分钟，得到超高性能混凝土浆料，即采用超高性能混凝土浆料进行现场浇筑，在桥墩的外层的原有混凝土层3依次形成结合面2和超高性能混凝土修复层1，形成具有复合层结构的桥墩加固修复系统。
桥墩加固修复系统包括超高性能混凝土修复层1、结合面2和原有混凝土层3，本实施例制备桥墩加固修复系统时，对所述桥墩的外层的原有混凝土层3用自来水进行清洗、修补，并进行打毛处理，形成处理结合面2，然后在处理结合面2上植筋，布置钢筋网，支完模板后灌入超高性能混凝土浆料，固结后，形成超高性能混凝土修复层1；完成超高性能混凝土修复层1、结合面2和原有混凝土层3的一体化结合的超高性能桥墩加固修复系统。本实施例制备的超高性能混凝土修复层的厚度为140mm。
实验测试分析：
对本实施例制备的超高性能桥墩修复系统进行力学测试，超高性能桥墩修复系统的3d抗压强度达到85MPa，28d抗压强度达到134MPa，抗折强度达到23MPa，极限抗拉强度达到10MPa，极限拉伸应变达到0.25％。本实施例超高性能桥墩加固修复材料及其制备方法，应用于于桥梁工程及其工程加固修复技术领域。本发明桥墩加固修复材料具有高强度、高韧性、高耐久性、低收缩、高流动性与旧混凝土粘结力强等性能，提高了桥墩的支撑强度和抗冲击强度，保证桥梁本体的稳定支撑，提高桥梁的使用寿命，降低了后续维护成本。在桥梁加固领域具有广阔的应用前景。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明超高性能桥墩加固修复的复合材料及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种超高性能桥墩加固修复的复合材料，其特征在于，在桥墩的外层的原有混凝土层(3)依次形成结合面(2)和超高性能混凝土修复层(1)，形成具有复合层结构的桥墩加固修复系统。
2.根据权利要求1所述超高性能桥墩加固修复的复合材料，其特征在于：所述超高性能混凝土修复层采用胶凝材料、骨料、掺合料和外加剂作为配料制成，所述胶凝材料由水泥、矿粉、矿粉、微硅粉组成，所述骨料采用石英砂，所述掺合料采用钢纤维，或者采用钢纤维和高强纤维组成；所述外加剂采用聚羧酸减水剂和消泡剂组成，或者采用聚羧酸减水剂、消泡剂和改性剂组成；所述超高性能混凝土修复层的材料组成及重量百分比如下：
水泥为30-60％，矿粉为5-20％，粉煤灰为5-20％，微硅粉为5-20％；
石英砂为15-50％；
钢纤维为5-15％，高强纤维为0-15％；
聚羧酸减水剂为0.01-0.5％，消泡剂为0.001-0.06％，改性剂为0-0.05％；
所述水泥为强度等级为52.5或以上的普通硅酸盐水泥；
所述矿粉为S95级矿粉或S105级矿粉中的任意一种或两种的混合材料；
所述粉煤灰为粒径不大于5μm的粉煤灰超细微粉；
所述微硅粉的平均粒径为0.1-0.3μm，火山灰活性指数不低于116％，微硅粉的比表面积为20000～28000㎡/kg。
所述石英砂粒径为0.075-4.75mm，颗粒级配为4.75mm，累计筛余范围10-0％；颗粒级配600μm，累计筛余范围70-41％；
所述钢纤维为不锈钢纤维、镀铜钢纤维、镀锌钢纤维的一种或多种，直径为0.05-0.2mm，长度8-20mm。
所述高强纤维为碳纤维、玻纤维、玄武岩纤维中的任意一种或任意多种；
所述聚羧酸减水剂减水率达到28-35％；
所述消泡剂为粉体消泡剂；
所述改性剂为稠度和粘度的调节剂中的任意一种或任意多种。
3.根据权利要求1所述超高性能桥墩加固修复的复合材料的制备方法，其特征在于：所述超高性能混凝土修复层(1)的厚度为80～150mm。
4.根据权利要求3所述超高性能桥墩加固修复的复合材料的制备方法，其特征在于：所述超高性能混凝土修复层(1)的厚度为100～140mm。
5.一种权利要求1所述超高性能桥墩加固修复的复合材料的制备方法，其特征在于：按所述超高性能混凝土的粉料配方，分别称量配料，将水泥、硅灰、矿渣微粉、粉煤灰、减水剂、消泡剂和改性剂等依次放入混合机中，搅拌至少8分钟；搅匀后，然后加入钢纤维，再搅拌至少10分钟，经充分混合均匀后，即得到超高性能混凝土粉料；
在施工现场配制超高性能混凝土浆料：将超高性能混凝土粉料放入立轴行星式搅拌机，加水进行搅拌，控制水灰比为0.1～0.2，搅拌5～10分钟，得到超高性能混凝土浆料，采用超高性能混凝土浆料进行现场浇筑，在桥墩的外层的原有混凝土层(3)依次形成结合面(2)和超高性能混凝土修复层(1)，形成具有复合层结构的桥墩加固修复系统。
6.根据权利要求5所述超高性能桥墩加固修复的复合材料的制备方法，其特征在于：制备桥墩加固修复系统时，对所述桥墩的外层的原有混凝土层(3)用自来水进行清洗、修补，并进行打毛处理，形成处理结合面(2)，然后在处理结合面(2)上植筋，布置钢筋网，支完模板后灌入超高性能混凝土浆料，固结后，形成超高性能混凝土修复层(1)；完成超高性能混凝土修复层(1)、结合面(2)和原有混凝土层(3)的一体化结合的超高性能桥墩加固修复系统。
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