CN112010605A - 一种桥梁用预应力混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桥梁用预应力混凝土及其制备方法，混凝土由包含以下重量份的原料制成：水泥400‑500份；粗骨料1000‑1100份；细骨料700‑800份；早强剂3‑7份；减水剂5‑10份；膨胀剂15‑20份；水200‑220份；纤维添加物5‑10份；所述纤维添加物包括钢纤维和聚乙烯醇纤维，所述钢纤维与聚乙烯醇的质量比为1：(0.3‑0.5)，其具有较好的抗裂性能；本申请还提供了一种制备方法，使用此种制备方法制备的混凝土具有较好的抗裂性能。
Description
技术领域
本发明涉及制备混凝土的技术领域，更具体地说，它涉及一种桥梁用预应力混凝土及其制备方法。
背景技术
预应力混凝土是为了弥补混凝土过早出现裂缝的现象，在构件使用(加载)以前，预先给混凝土一个预压力，即在混凝土的受拉区内，用人工加力的方法，将钢筋进行张拉，利用钢筋的回缩力，使混凝土受拉区预先受压力。这种储存下来的预加压力，当构件承受由外荷载产生拉力时，首先抵消受拉区混凝土中的预压力，然后随荷载增加，才使混凝土受拉，这就限制了混凝土的伸长，延缓或不使裂缝出现，这就叫做预应力混凝土。
预应力混凝土对材料的要求较高，首先需要混凝土的强度要高，要与高强度的钢筋相适应，保证预应力钢筋充分发挥作用，并能有效地减小构件截面尺寸和减轻自重。混凝土强度高会导致脆性大，抗拉强度低、抗冲击韧性抗弯不好。而抗拉强度低的话会导致混凝土抗裂性能不好。但是预应力混凝土还要保持有较好的抗裂性能，会在制备混凝土的过程中加入少量的钢纤维，钢纤维加入到混凝土中对试件的劈裂抗拉强度的有着较大的提升，在一定范围内钢纤维的加入量较大时起到的抗裂效果越好，但是钢纤维加入量过大，搅拌起来会比较困难，钢纤维容易暴露在外面，影响混凝土的质量。如果施工不当，钢纤维容易发生团结裸露在桥梁路面的表面，钢纤维发生化学腐蚀，影响预应力混凝土的综合性能。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种桥梁用预应力混凝土，其具有较好的抗裂性能的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种桥梁用预应力混凝土的制备方法，利用本制备方法制备的混凝土具有较好的抗裂性能。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种桥梁用预应力混凝土，由包含以下重量份的原料制成：
水泥400-500份；
粗骨料1000-1100份；
细骨料700-800份；
早强剂3-7份；
减水剂5-10份；
膨胀剂15-20份；
水200-220份；
纤维添加物5-10份；
所述纤维添加物包括钢纤维和聚乙烯醇纤维，所述钢纤维与聚乙烯醇的质量比为1∶(0.3-0.5)。
通过采用上述技术方案，将聚乙烯醇纤维代替部分钢纤维加入到混凝土中，在混凝土受力的同时，钢纤维和聚乙烯醇纤维都在不同层次控制裂缝的发展，较大幅度的提高了混凝土的强度，当构件内出现裂缝时，开裂的混凝土失去承载能力，跨越微裂缝的纤维开始发挥作用，聚乙烯醇纤维的弹性模量较低，能够明显抑制早期原生微观裂缝的产生；随着裂缝宽度的增大，聚乙烯醇纤维被不断的拔出、拉断，此时具有高弹性模量的钢纤维开始发挥作用，有限的延缓、阻止了裂缝的产生，相比于单掺纤维，混杂纤维能够更加有效地控制裂缝在多阶段、多层次的扩展，使预应力混凝土具有较好的抗裂性能。
进一步地，一种桥梁用预应力混凝土，由包含以下重量份的原料制成
水泥440-460份；
粗骨料1040-1060份；
细骨料740-760份；
早强剂4-6份；
减水剂7-9份；
膨胀剂16-18份；
水205-215份；
纤维添加物6-8份。
通过采用上述技术方案，各原料在此区间时制备的预应力混凝土的抗裂性能更优。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸盐类高性能减水剂。
通过采用上述技术方案，聚羧酸盐高效减水剂属于表面活性剂，对水泥有很好的分散作用，能够提高水泥拌合物的流动性和混凝土坍落度，另一方面，能够大大的降低用水量；减水剂由于特殊的分子结构，具有亲水基团和憎水基团；减水剂加水后，其亲水基团会电离出离子，自身带电荷，由于电斥力作用，水泥絮凝结构被打开，被其包围的游离水被释放出来，使拌合水增加。其憎水基团定向的吸附于水泥颗粒的表面形成了一层水膜，在水泥颗粒中起到了润滑作用，提高了拌合物的流动性。水泥颗粒在减水剂的作用下，充分散开，水化面积增大，从而水化更为充分，提高了混凝土的强度。
进一步地，所述膨胀剂为CSA I型膨胀剂。
进一步地，所述早强剂为硫酸盐类早强剂。
通过采用上述技术方案，硫酸盐类的早强剂渗入到混凝土后产生早强的原因是硫酸盐与水泥水化产物氢氧化钙作用，生产高分散性的硫酸钙，均匀的分布在混凝土中，硫酸钙与水泥中的C3A的反应能够使水化硫酸铝酸钙迅速生成，大大加快了水泥的硬化，提高了混凝土的早期强度。
进一步地，所述钢纤维为经过改性剂对钢纤维的表面进行包覆的改性钢纤维。
通过采用上述技术方案，对钢纤维的表面改性可以增强钢纤维的耐腐蚀性能和钢纤维与基材的粘结能力，从而提高混凝土的耐腐蚀性。
进一步地，所述改性钢纤维的制备方法如下：
钢纤维预处理：将钢纤维置于水中，水没过钢纤维，超声8-12min，过滤，取钢纤维再置入乙醇中，乙醇没过钢纤维，再次超声8-12min，过滤，将钢纤维取出，30-50℃干燥1-2h；
钢纤维的改性：将预处理过的6-9kg的钢纤维置入7-10L的水和8-12L的乙醇的混合溶液中，水和乙醇的溶液没过钢纤维，调pH为4-5，向内加入5-10L的钛酸酯偶联剂105和5-10L的偶联剂KH590，搅拌均匀，升温至50-60℃，搅拌15-20h，过滤，乙醇清洗，得到改性钢纤维。
通过采用上述技术方案，改性剂选用钛酸酯偶联剂105与偶联剂KH590两者物质对钢纤维共同改性，KH590上的巯基与钛酸酯偶联剂105上的羰基发生反应，再与钢纤维进行反应，在钢纤维的表面形成Fe-O-Si的稳定的化学键，以提高试件的抗撕裂强度和抗腐蚀性能；在钢纤维的表面的硅烷偶联剂改性层带的酯基能与基体中的水泥颗粒表面存在大量的钙离子发生不同形式的结合，从而以化学键或者配位反应的方式提高钢线为与水泥基体的粘结强度。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种桥梁用预应力混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将粗骨料、钢纤维、膨胀剂混合搅拌1-2min，得到料a；
向料a中加入细骨料、水泥、早强剂搅拌1-2min，得到料b；
向料b中加入聚乙烯醇纤维，搅拌0.5-1min，得到c；
向料c中加入水和减水剂，搅拌1-2min，制得混凝土。
通过采用上述技术方案，用此种方法制备的混凝土具有较强的抗裂性能。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、由于本发明在制备混凝土的过程中加入了纤维添加物，纤维添加物包括钢纤维和聚乙烯醇纤维，两种纤维能在不同层次控制裂缝的发展，通过本申请的原料配比制备的混凝土，具有较好的抗裂抗压性能。
第二、本发明中对钢纤维进行改性，将改性后的钢纤维，加入到混凝土中，不仅提高了混凝土的抗裂性能，同时也提升了混凝土的抗腐蚀性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
原料
水泥：硅酸盐水泥P.W42.5级，购自河南郑州垒固建材有限公司；
减水剂：HZ-2聚羧酸高性能减水剂，购自四川恒泽建材有限公司；
钢纤维：购自衡阳功整钢纤维有限公司；
粗骨料：天然碎石，购自灵寿县泽明矿产品加工厂
细骨料：天然碎砂，购自灵寿县泽明矿产品加工厂；
早强剂：硫酸钠；
膨胀剂：CSA I型，购自北京海岩兴业混凝土外加剂销售有限公司；
聚乙烯醇纤维：购自莱芜市云开工程材料有限公司；
钛酸酯偶联剂105：购自东莞市绿伟塑胶制品有限公司；
偶联剂KH590：购自南京天伟化工有限公司。
改性钢纤维的制备
制备例1
钢纤维预处理：钢纤维和水置于容器a中，以完全没过钢纤维为准，浸泡超声8min，过滤，将清洗过后的钢纤维和乙醇置于容器b中，以完全没过钢纤维为准，再次浸泡超声8min，过滤，将钢纤维取出，将其放置在烘箱中，30℃干燥2h；
钢纤维的改性：将预处理过的6kg的钢纤维置入8L水和8L乙醇的溶液中，水和乙醇的溶液没过钢纤维，调pH为4，向内加入5L的钛酸酯偶联剂105和5L的KH590，搅拌均匀，升温至50℃，，在升温的过程中不断进行搅拌，保温反应时间20h，反应完成后过滤，用乙醇清洗3遍，得到改性钢纤维。
制备例2
钢纤维预处理：钢纤维和水置于容器a中，以完全没过钢纤维为准，浸泡超声10min，过滤，将清洗过后的钢纤维和乙醇置于容器b中，以完全没过钢纤维为准，再次浸泡超声10min，过滤，将钢纤维取出，将其放置在烘箱中，40℃干燥1.5h；
钢纤维的改性：将预处理过的7.5kg的钢纤维置入9L水和10L乙醇的溶液中，水和乙醇的溶液没过钢纤维，调pH为4.5，向内加入7.5L的钛酸酯偶联剂105和7.5L的KH590，搅拌均匀，升温至55℃，在升温的过程中不断进行搅拌，保温反应时间18h，反应完成后过滤，用乙醇清洗3遍，得到改性钢纤维。
制备例3
钢纤维预处理：钢纤维和水置于容器a中，以完全没过钢纤维为准，浸泡超声12min，过滤，将清洗过后的钢纤维和乙醇置于容器b中，以完全没过钢纤维为准，再次浸泡超声12min，过滤，将钢纤维取出，将其放置在烘箱中，50℃干燥1h；
钢纤维的改性：将预处理过的9kg的钢纤维置入10L水和12L乙醇的溶液中，水和乙醇的溶液没过钢纤维，调pH为5，向内加入10L的钛酸酯偶联剂105和10L的KH590，搅拌均匀，升温至60℃，在升温的过程中不断进行搅拌，保温反应时间15h，反应完成后过滤，用乙醇清洗3遍，得到改性钢纤维。
实施例1
一种桥梁用预应力混凝土，其由以下步骤制备得到：
将1000kg的粗骨料、3.8kg未改性的钢纤维、15kg膨胀剂放入搅拌机内，混合搅拌1min，得到料a；
向料a中加入700kg细骨料、400kg水泥、3kg早强剂搅拌1min，搅拌均匀得到料b；
向料b中加入1.2kg的聚乙烯醇纤维，搅拌0.5min，搅拌均与得到料c；
向料c中加入200kg的水和5kg的减水剂，搅拌1min，搅拌均匀，制得混凝土。
实施例2
一种桥梁用预应力混凝土，其由以下步骤制备得到：
将1000kg的粗骨料、3.8kg未改性的钢纤维、15kg膨胀剂放入搅拌机内，混合搅拌1.5min，得到料a；
向料a中加入700kg细骨料、400kg水泥、3kg早强剂搅拌1.5min，搅拌均匀得到料b；
向料b中加入1.2kg的聚乙烯醇纤维，搅拌0.7min，搅拌均与得到料c；
向料c中加入200kg的水和5kg的减水剂，搅拌1.5min，搅拌均匀，制得混凝土。
实施例3
一种桥梁用预应力混凝土，其由以下步骤制备得到：
将1000kg的粗骨料、3.8kg未改性的钢纤维、15kg膨胀剂放入搅拌机内，混合搅拌2min，得到料a；
向料a中加入700kg细骨料、400kg水泥、3kg早强剂搅拌2min，搅拌均匀得到料b；
向料b中加入1.2kg的聚乙烯醇纤维，搅拌1min，搅拌均与得到料c；
向料c中加入200kg的水和5kg的减水剂，搅拌2min，搅拌均匀，制得混凝土。
实施例4
一种桥梁用预应力混凝土，其由以下步骤制备得到：
将1040kg的粗骨料、4.6kg未改性的钢纤维、16kg膨胀剂放入搅拌机内，混合搅拌1.5min，得到料a；
向料a中加入740kg细骨料、440kg水泥、4kg早强剂搅拌1.5min，搅拌均匀得到料b；
向料b中加入1.4kg的聚乙烯醇纤维，搅拌0.7min，搅拌均与得到料c；
向料c中加入205kg的水和7kg的减水剂，搅拌1.5min，搅拌均匀，制得混凝土。
实施例5
一种桥梁用预应力混凝土，其由以下步骤制备得到：
将1050kg的粗骨料、5.4kg未改性的钢纤维、17kg膨胀剂放入搅拌机内，混合搅拌1.5min，得到料a；
向料a中加入750kg细骨料、450kg水泥、5kg早强剂搅拌1.5min，搅拌均匀得到料b；
向料b中加入1.6kg的聚乙烯醇纤维，搅拌0.7min，搅拌均与得到料c；
向料c中加入210kg的水和8kg的减水剂，搅拌1.5min，搅拌均匀，制得混凝土。
实施例6
一种桥梁用预应力混凝土，其由以下步骤制备得到：
将1060kg的粗骨料、6.1kg未改性的钢纤维、18kg膨胀剂放入搅拌机内，混合搅拌1.5min，得到料a；
向料a中加入760kg细骨料、460kg水泥、6kg早强剂搅拌1.5min，搅拌均匀得到料b；
向料b中加入1.9kg的聚乙烯醇纤维，搅拌0.7min，搅拌均与得到料c；
向料c中加入215kg的水和9kg的减水剂，搅拌1.5min，搅拌均匀，制得混凝土。
实施例7
一种桥梁用预应力混凝土，其由以下步骤制备得到：
将1100kg的粗骨料、7.7kg未改性的钢纤维、20kg膨胀剂放入搅拌机内，混合搅拌1.5min，得到料a；
向料a中加入800kg细骨料、500kg水泥、7kg早强剂搅拌1.5min，搅拌均匀得到料b；
向料b中加入2.3kg的聚乙烯醇纤维，搅拌0.7min，搅拌均与得到料c；
向料c中加入220kg的水和10kg的减水剂，搅拌1.5min，搅拌均匀，制得混凝土。
实施例8
实施例8制备的预应力混凝土与实施例5的区别在于用制备例1制备的改性钢纤维代替未改性的钢纤维，其余各步骤均相同。
实施例9
实施例9制备的预应力混凝土与实施例5的区别在于用制备例2制备的改性钢纤维代替未改性的钢纤维，其余各步骤均相同。
实施例10
实施例10制备的预应力混凝土与实施例5的区别在于用制备例3制备的改性钢纤维代替未改性的钢纤维，其余各步骤均相同。
实施例11
实施例11制备的预应力混凝土与实施例5的区别在于，钢纤维和聚乙烯醇纤维的添加重量之比为1∶0.4。
实施例12
实施例12制备的预应力混凝土与实施例5的区别在于，钢纤维和聚乙烯醇纤维的添加重量之比为1∶0.5。
对比例1
用等量的水泥代替聚乙烯醇纤维，制得的混凝土。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于制备方法不同，各组分的用量完全相同，具体操作步骤为：将实施例1的原料均放置在搅拌机内进行搅拌，直至搅拌均匀，制成混凝土。
性能检测试验
对实施例1-12制备的混凝土和对比例1-2制备的混凝土的性能进行检测，具体检测项目和检测方法如下：
按照GB/T50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块的抗压强度。
按照GB/T50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块的抗折强度。
按照GB/T50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块的劈裂抗拉强度。
按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中快速氯离子迁移系数法测试标准试块的氯离子渗透深度。
表1实施例1-12与对比例1-2制备的混凝土的综合性能
从表1可以看出，实施例1-12制备的混凝土比对比例1制备的混凝土的综合性能较好。实施例1-12的抗压强度比对比例1高了大约5-8MPa，抗折强度高了大约1.5-3MPa，劈裂抗拉强度高了1-1.5MPa。可以说明在本申请的配方下在能够保证强度的要求下，尽可能高的提升混凝土的抗裂性能。
对比实施例1-3可以得出，在实施例2的工艺参数下，制备的混凝土的综合性能要由于实施例1和实施例3，说明实施例2的工艺参数较好。
对比实施例1、实施例4-7可以得出，在实施例5和6的各原料的配比下制备的混凝土的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度的均较好。
对比实施例5、实施例8-10可以得出，经过本申请用硅烷偶联剂对钢纤维进行改性后制备的混凝土的综合性能均较优，尤其是抗氯离子渗透深度的减小，说明了，经过改性后的钢纤维具有较好的抗腐蚀效果，且在实施例9的各原料的配方下，制备的混凝土的性能最优。
对比实施例5、实施例11-12可以得出，钢纤维和聚乙烯纤维的占比为1∶0.4的占比时，制备的混凝土的各项性能最优。
对比对比例2和实施例1，可以得到利用本申请提供的制备混凝土的方法制备的混凝土的效果更好。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种桥梁用预应力混凝土，其特征在于，由包含以下重量份的原料制成：
水泥400-500份；
粗骨料1000-1100份；
细骨料700-800；
早强剂3-7份；
减水剂5-10份；
膨胀剂15-20份；
水200-220份；
纤维添加物5-10份；
所述纤维添加物包括钢纤维和聚乙烯醇纤维，所述钢纤维与聚乙烯醇的质量比为1：（0.3-0.5）。
2.根据权利要求1所述的一种桥梁用预应力混凝土，其特征在于，由包含以下重量份的原料制成
水泥440-460份；
粗骨料1040-1060份；
细骨料740-760份；
早强剂4-6份；
减水剂7-9份；
膨胀剂16-18份；
水205-215份；
纤维添加物6-8份。
3.根据权利要求1所述的一种桥梁用预应力混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸盐类高性能减水剂。
4.根据权利要求1所述的一种桥梁用预应力混凝土，其特征在于，所述膨胀剂为CSA Ⅰ型膨胀剂。
5.根据权利要求1所述的一种桥梁用预应力混凝土，其特征在于，所述早强剂为硫酸盐类早强剂。
6.根据权利要求1所述的一种桥梁用预应力混凝土，其特征在于，所述钢纤维为经过改性剂对钢纤维的表面进行包覆的改性钢纤维。
7.根据权利要求6所述的一种桥梁用预应力混凝土，其特征在于，所述改性钢纤维的制备方法如下：
钢纤维预处理：将钢纤维置于水中，水没过钢纤维，超声8-12min，过滤，取钢纤维再置入乙醇中，纯乙醇没过钢纤维，再次超声8-12min，过滤，将钢纤维取出，30-50℃干燥1-2h；
钢纤维的改性：将预处理过的6-9kg的钢纤维置入7-10L的水和8-12L的乙醇的混合溶液中，水和乙醇的溶液没过钢纤维，调pH为4-5，向内加入5-10L的钛酸酯偶联剂105和5-10L的偶联剂KH590，搅拌均匀，升温至50-60℃，搅拌15-20h，过滤，乙醇清洗，得到改性钢纤维。
8.一种权利要求1-7任一项所述的一种桥梁用预应力混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将粗骨料、钢纤维、膨胀剂混合搅拌1-2min，得到料a；
向料a中加入细骨料、水泥、早强剂搅拌1-2min，得到料b；
向料b中加入聚乙烯醇纤维，搅拌0.5-1min，得到c；
向料c中加入水和减水剂，搅拌1-2min，制得混凝土。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201201 |
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