CN112939536A - 一种桥面伸缩缝超高性能混凝土 - Google Patents

一种桥面伸缩缝超高性能混凝土 Download PDF

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Abstract

本申请涉及混凝土技术领域，具体公开了一种桥面伸缩缝超高性能混凝土。桥面伸缩缝超高性能混凝土主要由如下重量份数的原料制成；水泥420‑480份、轻骨料650‑700份、粗骨料1150‑1250份、水150‑180份、减水剂6‑10份、钢纤维80‑90份、聚丙烯纤维20‑35份、抗开裂剂2‑5份；减水剂为聚羧酸减水剂，轻骨料为砂、刚玉、碳化硅中的一种或几种复配，抗开裂剂包括阳离子氯丁乳液。本申请的桥面伸缩缝超高性能混凝土可用于桥面伸缩缝的施工建设，聚丙烯纤维和钢纤维能够产生较好的复配作用，本申请的桥面伸缩缝超高性能混凝土具有良好的抗开裂优点。

Description

一种桥面伸缩缝超高性能混凝土
技术领域
本申请涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种桥面伸缩缝超高性能混凝土。
背景技术
随着社会经济的不断发展，交通基建设施的不断完善，越来越多的高架桥、铁路桥等建筑物被广泛建设。在桥体建造过程中，伸缩缝作为桥面系设置的重要结构物对桥体质量的影响很大，桥面伸缩缝的混凝土结构需要保证桥梁能够自由变形，在使用时常常受到复杂的应力变化以及环境变化，容易发生开裂、啃边、碎裂等现象，因此对桥面伸缩缝混凝土的抗冲击、抗渗、抗冻融以及抗疲劳等性能有很高的要求。
针对上述问题，申请公告号为CN111792894A的中国专利公开了一种轻质高强度水利工程混凝土及其制备方法，包括如下步骤：制备预处理水泥基料；搅拌状态下向海泡石粉中加入水，加入十八烷基三甲基氯化铵、纳米二氧化钛，微波照射下震荡反应，离心，洗涤，干燥，调节温度，保温，粉碎得到预处理海泡石粉；将热塑性聚氨酯弹性体真空熔融，加入预处理海泡石粉混合均匀，纺丝后与高硅氧玻璃纤维混纺得到内层纤维；将内层纤维、麦饭石功能纤维混纺使麦饭石功能纤维包覆于内层纤维外侧，截断得到外层纤维；再加入水搅拌均匀，再加入预处理水泥基料搅拌均匀即得。
针对上述混凝土，发明人认为麦饭石功能纤维包覆在内层纤维外侧，纤维与纤维之间的结合力较弱，容易发生相对滑动和断裂，对混凝土的抗裂性能改善能力较弱。
发明内容
为了提高混凝土的抗开裂性能，本申请提供一种桥面伸缩缝超高性能混凝土。
本申请提供的一种桥面伸缩缝超高性能混凝土，采用如下的技术方案：
一种桥面伸缩缝超高性能混凝土，主要由如下重量份数的原料制成：水泥420-480份、轻骨料650-700份、粗骨料1150-1250份、水150-180份、减水剂6-10份、钢纤维80-90份、聚丙烯纤维20-35份、抗开裂剂2-5份；减水剂为聚羧酸减水剂，轻骨料为砂、刚玉、碳化硅中的一种或几种复配，抗开裂剂包括阳离子氯丁乳液。
通过采用上述技术方案，本申请的桥面伸缩缝超高性能混凝土中添加了钢纤维和聚丙烯纤维，钢纤维和聚丙烯纤维在混凝土内呈乱向分布，形成了纵横交错的三维网状结构，起到很好的加筋作用，聚丙烯纤维具有很好的耐腐蚀性，并且聚丙烯纤维具有高强低弹的性质，对混凝土发生的形变具有很好的约束作用，抑制裂隙的发展，此外钢纤维也对混凝土的力学性能进行改善，提高了混凝土的抗弯拉性能，钢纤维和聚丙烯纤维产生协同作用，在混凝土受力发生形变的前期和后期均能对混凝土的微缺陷进行遏制，并且在混凝土中添加刚玉和碳化硅后能够大幅度降低混凝土中的毛细孔数量，使混凝土形成了高度致密的微观结构，进一步减少混凝土中的内部缺陷，大大提高混凝土的抗裂性能。
优选的，所述聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维，改性聚丙烯纤维为超支化聚合物与聚丙烯纤维熔融共纺制得，超支化聚合物与聚丙烯纤维的质量比为(5-10):(90-95)。
通过采用上述技术方案，超支化聚合物是由小分子通过倍增方式合成的一类具有三维结构的聚合物，具有较大的相对分子质量，但却有较低的流变粘度，超支化合物在与聚丙烯纤维熔融后，能够改善熔融混合物的流动性，降低聚丙烯纤维的结晶度，纤维的伸长率得到提高，超支化合物与聚丙烯纤维按上述质量比熔融共纺后的改性聚丙烯纤维具有较好的断裂伸长率，使得混凝土的抗开裂性能更好。
优选的，所述超支化合物为超支化聚甲基丙烯酸羟乙酯、超支化聚酰胺酯中的至少一种。
通过采用上述技术方案，聚甲基丙烯酸羟乙酯、超支化聚酰胺酯中拥有大量的活性基团和质子供体，能够较容易的与聚丙烯基体之间形成氢键，大大增加了聚丙烯纤维的韧性和拉伸强度。
优选的，所述超支化合物为超支化聚甲基丙烯酸羟乙酯、超支化聚酰胺酯按质量比为(1-3):(0.5-1.5)组成。
通过采用上述技术方案，按上述比例组成的超支化合物具有更好的反应活性和稳定性，改性后的聚丙烯纤维具有合适的强度和韧性。
优选的，所述改性聚丙烯纤维经磨砂处理，磨砂处理后的改性聚丙烯纤维表面的平均粗糙度为12.5-25。
通过采用上述技术方案，经过磨砂处理后的改性聚丙烯纤维的表面形成了凹凸不平构造，提高了改性聚丙烯纤维的比表面积，增大了改性聚丙烯纤维与其他物质的结合力以及改性聚丙烯纤维的表观界面强度，使混凝土的稳定性得到提高。
优选的，所述改性聚丙烯纤维上固定有弹性层，弹性层包括聚氨酯弹性体。
通过采用上述技术方案，聚氨酯弹性体能够包覆在聚丙烯纤维外，具有良好的变形能力，通过自身的形变对混凝土产生形变的前期具有很好的耗散作用，提高混凝土形变前期的抗冲击作用，此外在混凝土的固化时期也使改性聚丙烯纤维与混凝土之间的结合性更好，减少改性聚丙烯纤维与混凝土之间发生滑移的情况，使混凝土具有优越的抗冲击能力，降低混凝土因冲击力产生裂隙的几率。
优选的，所述弹性层中包括有填料，填料与聚氨酯弹性体的质量比为(2-6):(30-50)，填料由ZrB2、B-C、MgO-C按质量比为(4-7):(3-5):(2-3)组成。
通过采用上述技术方案，ZrB2、B-C、MgO-C均匀掺杂在聚氨酯弹性体内，在聚氨酯弹性体内形成网络缔和结构，改善了聚氨酯弹性体的刚性、尺寸稳定性以及韧性，使弹性层的抗冲击、缓和冲击力的能力得到提升。
优选的，所述抗开裂剂中还包括马来酸酐-乙醇胺-丙烯酸，马来酸酐-乙醇胺-丙烯酸与阳离子氯丁乳液的质量比为(1-2):(3-5)。
通过采用上述技术方案，马来酸酐-乙醇胺-丙烯酸和阳离子氯丁乳液在混凝土固化过程中也随之固化为丝络状的聚合物，在混凝土内形成三维空间网状结构，具有较高的锚固力和抗拉伸性能，有效阻止混凝土内裂隙的产生和蔓延，同时也与钢纤维、聚丙烯纤维网络形成互穿、纠缠，起到复配协同作用，进一步提高混凝土的抗开裂性能。
优选的，原料中还包括(1-2)重量份数的分散剂，分散剂包括聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠中的至少一种。
通过采用上述技术方案，将分散剂加入到混凝土内后，能够使比重较轻的聚丙烯纤维以及比重较大的钢纤维都能均匀分散在混凝土内，提高钢纤维、聚丙烯纤维的杂乱无序性，分散性更加均匀，制得的混凝土各相同性好。
优选的，原料中还包括(0.5-1)重量份数的消泡剂，消泡剂包括聚醚、二甲基硅油，聚醚与二甲基硅油的质量比为2:1。
通过采用上述技术方案，消泡剂可以降低混凝土的界面张力，使轻骨料、粗骨料、部分水、减水剂、钢纤维混合均匀，减少钢纤维、聚丙烯纤维之间发生纠缠的现象，使钢纤维、聚丙烯纤维以及其他原料形成稳定、均匀的分散体系。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用钢纤维复合聚丙烯纤维，两者起到复配协同作用，能够在混凝土变形的前期和后期都能起到很好的握裹力，使混凝土的抗弯折性能的到提高，获得了很好的抗开裂效果。
2、本申请中优选采用超支化合物与聚丙烯纤维熔融共纺制得的改性聚丙烯纤维，并在改性聚丙烯纤维上固定弹性层提高了聚丙烯纤维的韧性和抗冲击性能，进一步提高了混凝土的抗开裂性能。
3、本申请添加了分散剂和消泡剂，使混凝土中的各组分均匀的混合在一起，使混凝土获得较好均匀性。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请的桥面伸缩缝超高性能混凝土主要由如下重量份数的原料制成：水泥420-480份、轻骨料650-700份、粗骨料1150-1250份、水150-180份、减水剂6-10份、钢纤维80-90份、聚丙烯纤维20-35份、抗开裂剂2-5份；减水剂为聚羧酸减水剂，轻骨料为砂、刚玉、碳化硅中的一种或几种复配，抗开裂剂包括阳离子氯丁乳液。
优选的，砂的平均细度模数为2.2-1.6，刚玉的平均细度模数为200-500μm，碳化硅的平均粒径为100-300μm。进一步优选的，砂的平均细度模数为2，刚玉的平均粒径为350μm，碳化硅的平均粒径为200μm。
优选的，轻骨料为砂、刚玉、碳化硅按质量比为(75-98):(1-15):(1-10)组成。
优选的，粗骨料的连续粒级为5-16mm。
优选的，钢纤维的长度为30mm，直径0.5mm，抗拉强度为900Mpa。
优选的，聚丙烯纤维的长度为25mm，断裂强度为500Mpa。
优选的，阳离子氯丁乳液的固含量为53％，粘度为1500-2000CPS。
优选的，聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维。进一步优选的，改性聚丙烯纤维是将超支化聚合物与聚丙烯纤维熔融共纺制得。
优选的，超支化聚合物与聚丙烯纤维的质量比为(5-10):(90-95)。进一步优选的，超支化聚合物为超支化聚甲基丙烯酸羟乙酯、超支化聚酰胺酯中的至少一种。进一步优选的，超支化聚合物由超支化聚甲基丙烯酸羟乙酯、超支化聚酰胺酯按质量比为(2-3):(1-2)组成。进一步优选的，超支化聚合物由超支化聚甲基丙烯酸羟乙酯、超支化聚酰胺酯按质量比为2.5:1.5组成。
本申请提供一种改性聚苯烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
1)将聚丙烯纤维与超支化合物在180-200℃温度下熔融共混，然后进行螺杆挤出纺丝制得共纺纤维，纺速为150-300m/min，纤维纤度为500-650旦；
2)将步骤1)中的共纺纤维在砂磨机中处理30-50min，然后裁剪为平均长度为20mm的纤维段即得。
进一步优选的，步骤1)中是将聚丙烯纤维与超支化合物在190℃温度下熔融共混，然后进行螺杆挤出纺丝制得共纺纤维，纺速为200m/min，改性聚丙烯纤维的纤度为600旦；进一步优选的，改性聚丙烯纤维经磨砂处理，磨砂处理后的改性聚丙烯纤维表面的平均粗糙度为12.5-25。进一步优选的，磨砂处理后的改性聚丙烯纤维表面的平均粗糙度为20。
优选的，聚丙烯纤维上固定有弹性层，弹性层包括聚氨酯弹性体。
优选的，聚丙烯纤维涂覆弹性层是将聚氨酯弹性体在真空状态下加热至110℃，然后将聚氨酯弹性体粘固在聚丙烯纤维表面形成弹性层，弹性层的厚度为1-2.5mm。进一步优选的，弹性层的厚度为1.5mm。
优选的，弹性层中还包括填料，填料与聚氨酯弹性体的质量比为(2-6):(30-50)。填料由ZrB2、B-C、MgO-C按质量比为(4-7):(3-5):(2-3)组成。进一步优选的，填料为ZrB2、B-C、MgO-C按质量比为5.5:4:2.5组成。进一步优选的，ZrB2、B-C、MgO-C的平均粒径为50-100nm。进一步优选的，ZrB2、B-C、MgO-C的平均粒径为65nm。
优选的，填料经过硅烷偶联剂改性处理，硅烷偶联剂为丙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。进一步优选的，硅烷偶联剂为丙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷按质量比为(2-5):(1-3):(1-2)组成。
优选的，热塑性聚氨酯弹性体为甲苯二异氰酸酯和聚氧化丙烯二醇进行聚合反应制得，聚合反应是将甲苯二异氰酸酯和聚氧化丙烯二醇混合均匀并在温度为85℃的条件下反应3h即得，甲苯二异氰酸酯中的异氰酸根与聚氧化丙烯二醇中的羟基的摩尔比为n(NCO)：n(OH)＝2-3:1，优选为2:1。
优选的，聚氨酯弹性体经过改性处理，改性处理为将对叔丁基苯酚甲醛树脂与聚氨酯弹性体按质量比为(3-10):(90-97)在温度为100℃条件下反应5h即得。
优选的，抗开裂剂还包括马来酸酐-乙醇胺-丙烯酸，马来酸酐-乙醇胺-丙烯酸与阳离子氯丁乳液的质量比为(1-2):(3-5)。进一步优选的，马来酸酐-乙醇胺-丙烯酸与阳离子氯丁乳液的质量比为1.5:4。
优选的，本申请的桥面伸缩缝超高性能混凝土的原料中还包括(1-2)重量份数的分散剂。进一步优选的，本申请的桥面伸缩缝超高性能混凝土的原料中还包括1.5重量份数的分散剂。
优选的，分散剂包括聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠中的至少一种。进一步优选的，分散剂为聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠按质量比为(10-15):(5-8)组成。进一步优选的，分散剂为聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠按质量比为12:6.5组成。
优选的，本申请的桥面伸缩缝超高性能混凝土的原料中还包括(0.5-1)重量份数的消泡剂。进一步优选的，本申请的桥面伸缩缝超高性能混凝土的原料中还包括0.75重量份数的消泡剂。
消泡剂包括聚醚、二甲基硅油，聚醚与二甲基硅油的质量比为2:1。进一步优选的，聚醚为聚四氢呋喃，平均分子量为1000-3000。进一步优选的，聚醚的平均分子量为2000。
本申请提供一种桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
1)将水泥、轻骨料、粗骨料、部分水、减水剂、钢纤维混合均匀制得混合料；
2)将聚丙烯纤维、抗开裂剂、剩余水加入步骤1)中的混合料中混合均匀即得。
优选的，步骤1)中将水泥、轻骨料、粗骨料、部分水、减水剂、钢纤维混合均匀是将水泥、轻骨料、粗骨料、部分水、减水剂、钢纤维以800-1000rpm的转速搅拌0.5-1min。进一步优选的，将水泥、轻骨料、粗骨料、部分水、减水剂、钢纤维以900rpm的转速搅拌45s。
优选的，步骤2)中将聚丙烯纤维、抗开裂剂、剩余水加入步骤1)中的混合料中混合均匀是将聚丙烯纤维、抗开裂剂、剩余水加入步骤1)中的混合料以500-700rpm的转速搅拌2-5min。进一步优选的，将聚丙烯纤维、抗开裂剂、剩余水加入步骤1)中的混合料中混合均匀是将聚丙烯纤维、抗开裂剂、剩余水加入步骤1)中的混合料以600rpm的转速搅拌3min。
本申请实施例、制备例及对比例主要原料信息如表1所示。
表1本申请实施例及对比例主要原料信息
Figure BDA0002947414480000061
Figure BDA0002947414480000071
实施例1
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土由如下重量的原料制成：水泥420kg、轻骨料650kg、粗骨料1150kg、水150kg、减水剂6kg、钢纤维80kg、聚丙烯纤维20kg、抗开裂剂2kg；减水剂为聚羧酸减水剂，轻骨料由砂、刚玉、碳化硅按质量比为98:1:1组成，抗开裂剂为阳离子氯丁乳液。
其中，砂的平均细度模数为2，刚玉的平均粒径为350μm，碳化硅的平均粒径为200μm，粗骨料的连续粒级为5-16mm，水泥为标号为42.5的普通硅酸盐水泥，钢纤维的长度为30mm，直径0.5mm，抗拉强度为900Mpa，聚丙烯纤维的长度为25mm，断裂强度为500Mpa。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)将水泥、轻骨料、粗骨料、部分水、减水剂、钢纤维以900rpm的转速搅拌45s；
2)将聚丙烯纤维、抗开裂剂、剩余水加入步骤1)中的混合料以600rpm的转速搅拌3min即得。
实施例2-3中原料的加入量(kg)如表2所示，其余的与实施例1中相同。
表2实施例1-3中各原料的加入量
原料 实施例1 实施例2 实施例3
水泥 420 450 480
轻骨料 650 680 700
粗骨料 1150 1200 1250
水 150 165 180
减水剂 6 8 10
钢纤维 80 85 90
聚丙烯纤维 20 28 35
抗开裂剂 2 3.5 5
实施例2-3的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法与实施例1相同。
实施例4
本实施例与实施例2的不同之处在于：原料中轻骨料由砂、刚玉、碳化硅按质量比为87:8:5组成，其余的与实施例2中相同。
实施例4的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法与实施例1相同。
实施例5
本实施例与实施例2的不同之处在于：原料中轻骨料由砂、刚玉、碳化硅按质量比为75:15:10组成，其余的与实施例2中相同。
实施例5的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法与实施例1相同。
实施例6
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土由如下重量的原料制成：水泥420kg、轻骨料100kg、粗骨料1700kg、水150kg、减水剂6kg、钢纤维80kg、聚丙烯纤维20kg、抗开裂剂2kg；减水剂为聚羧酸减水剂，轻骨料为刚玉，抗开裂剂为阳离子氯丁乳液。
其中，刚玉的平均粒径为350μm，粗骨料的连续粒级为5-16mm，水泥为标号为42.5的普通硅酸盐水泥，钢纤维的长度为30mm，直径0.5mm，抗拉强度为900Mpa，聚丙烯纤维的长度为25mm，断裂强度为500Mpa。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)将水泥、轻骨料、粗骨料、部分水、减水剂、钢纤维以900rpm的转速搅拌45s；
2)将聚丙烯纤维、抗开裂剂、剩余水加入步骤1)中的混合料以600rpm的转速搅拌3min即得。
实施例7
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土由如下重量的原料制成：水泥420kg、轻骨料100kg、粗骨料1700kg、水150kg、减水剂6kg、钢纤维80kg、聚丙烯纤维20kg、抗开裂剂2kg；减水剂为聚羧酸减水剂，轻骨料为碳化硅，抗开裂剂为阳离子氯丁乳液。
其中，碳化硅的平均粒径为200μm，粗骨料的连续粒级为5-16mm，水泥为标号为42.5的普通硅酸盐水泥，钢纤维的长度为30mm，直径0.5mm，抗拉强度为900Mpa，聚丙烯纤维的长度为25mm，断裂强度为500Mpa。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)将水泥、轻骨料、粗骨料、部分水、减水剂、钢纤维以900rpm的转速搅拌45s；
2)将聚丙烯纤维、抗开裂剂、剩余水加入步骤1)中的混合料以600rpm的转速搅拌3min即得。
实施例8
本实施例与实施例5的不同之处在于：原料中聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维，改性聚丙烯纤维是将超支化聚合物与聚丙烯纤维熔融共纺制得。
其中，超支化聚合物与聚丙烯纤维的质量比为5:95，超支化聚合物由超支化聚甲基丙烯酸羟乙酯、超支化聚酰胺酯按质量比为2.5:1.5组成。
本实施例的改性聚丙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：
1)将聚丙烯纤维与超支化合物在190℃温度下熔融共混，然后进行螺杆挤出纺丝制得共纺纤维，纺速为200m/min，所得改性聚丙烯纤维的纤度为600旦；
2)将步骤1)中的共纺纤维在砂磨机中处理30-50min，然后裁剪为平均长度为20mm的纤维段即得。
其中，磨砂处理后的改性聚丙烯纤维表面的平均粗糙度为20。
本实施例中的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)将水泥、轻骨料、粗骨料、部分水、减水剂、钢纤维以900rpm的转速搅拌45s；
2)将改性聚丙烯纤维、抗开裂剂、剩余水加入步骤1)中的混合料以600rpm的转速搅拌3min即得。
实施例9
本实施例与实施例8的不同之处在于：超支化聚合物与聚丙烯纤维的质量比为8:92，超支化聚合物由超支化聚甲基丙烯酸羟乙酯、超支化聚酰胺酯按质量比为2.5:1.5组成，其余的与实施例8相同。
本实施例的改性聚丙烯纤维的制备方法与实施例8相同。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法与实施例8相同。
实施例10
本实施例与实施例8的不同之处在于：超支化聚合物与聚丙烯纤维的质量比为10:90，超支化聚合物由超支化聚甲基丙烯酸羟乙酯、超支化聚酰胺酯按质量比为2.5:1.5组成，其余的与实施例8相同。
本实施例的改性聚丙烯纤维的制备方法与实施例8相同。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法与实施例8相同。
实施例11
本实施例与实施例9的不同之处在于：改性聚丙烯纤维上固定有弹性层，弹性层由聚氨酯弹性体组成，聚氨酯弹性体为甲苯二异氰酸酯和聚氧化丙烯二醇进行聚合反应制得，聚合反应是将甲苯二异氰酸酯和聚氧化丙烯二醇混合均匀并在温度为85℃的条件下反应3h即得，甲苯二异氰酸酯中的异氰酸根与聚氧化丙烯二醇中的羟基的摩尔比为n(NCO)：n(OH)＝2:1。
其中，聚丙烯纤维上固定弹性层是将聚氨酯弹性体在真空状态下加热至110℃，然后将热塑性聚氨酯弹性体粘固在聚丙烯纤维表面形成弹性层，弹性层的厚度为1.5mm。
本实施例的改性聚丙烯纤维的制备方法与实施例9相同。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法与实施例9相同。
实施例12
本实施例与实施例11的不同之处在于：改性聚丙烯纤维上固定有弹性层，弹性层由填料与聚氨酯弹性体按质量比为2:30组成。
填料由ZrB2、B-C、MgO-C按质量比为5.5:4:2.5组成，ZrB2、B-C、MgO-C的平均粒径为65nm。
其中，聚丙烯纤维上固定弹性层是将聚氨酯弹性体和填料在真空状态下加热至110℃并搅拌均匀后制得混合物料，然后将混合物料粘固在聚丙烯纤维表面形成弹性层，弹性层的厚度为1.5mm。
本实施例的改性聚丙烯纤维的制备方法与实施例9相同。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法与实施例9相同。
实施例13
本实施例与实施例12的不同之处在于：改性聚丙烯纤维上固定有弹性层，弹性层由填料与聚氨酯弹性体按质量比为4.5:40组成。
填料由ZrB2、B-C、MgO-C按质量比为5.5:4:2.5组成，ZrB2、B-C、MgO-C的平均粒径为65nm。
其中，聚丙烯纤维上固定弹性层是将聚氨酯弹性体和填料在真空状态下加热至110℃并搅拌均匀后制得混合物料，然后将混合物料粘固在聚丙烯纤维表面形成弹性层，弹性层的厚度为1.5mm。
本实施例的改性聚丙烯纤维的制备方法与实施例9相同。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法与实施例9相同。
实施例14
本实施例与实施例12的不同之处在于：改性聚丙烯纤维上固定有弹性层，弹性层由填料与聚氨酯弹性体按质量比为6:50组成。
填料由ZrB2、B-C、MgO-C按质量比为5.5:4:2.5组成，ZrB2、B-C、MgO-C的平均粒径为65nm。
其中，聚丙烯纤维上固定弹性层是将聚氨酯弹性体和填料在真空状态下加热至110℃并搅拌均匀后制得混合物料，然后将混合物料粘固在聚丙烯纤维表面形成弹性层，弹性层的厚度为1.5mm。
本实施例的改性聚丙烯纤维的制备方法与实施例9相同。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法与实施例9相同。
实施例15
本实施例与实施例13的不同之处在于：填料经过硅烷偶联剂改性处理。
其中，硅烷偶联剂为丙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷按质量比为2:1:1组成。
本实施例的改性聚丙烯纤维的制备方法与实施例9相同。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法与实施例9相同。
实施例16
本实施例与实施例13的不同之处在于：填料经过硅烷偶联剂改性处理。
其中，硅烷偶联剂为丙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷按质量比为3.5:2:1.5组成。
本实施例的改性聚丙烯纤维的制备方法与实施例9相同。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法与实施例9相同。
实施例17
本实施例与实施例13的不同之处在于：填料经过硅烷偶联剂改性处理。
其中，硅烷偶联剂为丙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷按质量比为5:3:2组成。
本实施例的改性聚丙烯纤维的制备方法与实施例9相同。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法与实施例9相同。
实施例18
本实施例与实施例16的不同之处在于：聚氨酯弹性体经过改性处理，改性处理为将对叔丁基苯酚甲醛树脂与聚氨酯弹性体按质量比为3:97在温度为100℃条件下反应5h即得。
本实施例的改性聚丙烯纤维的制备方法与实施例9相同。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法与实施例9相同。
实施例19
本实施例与实施例16的不同之处在于：聚氨酯弹性体经过改性处理，改性处理为将对叔丁基苯酚甲醛树脂与聚氨酯弹性体按质量比为7:93在温度为100℃条件下反应5h即得。
本实施例的改性聚丙烯纤维的制备方法与实施例9相同。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法与实施例9相同。
实施例20
本实施例与实施例16的不同之处在于：聚氨酯弹性体经过改性处理，改性处理为将对叔丁基苯酚甲醛树脂与聚氨酯弹性体按质量比为10:90在温度为100℃条件下反应5h即得。
本实施例的改性聚丙烯纤维的制备方法与实施例9相同。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法与实施例9相同。
实施例21
本实施例与实施例19的不同之处在于：抗开裂剂还包括马来酸酐-乙醇胺-丙烯酸，马来酸酐-乙醇胺-丙烯酸与阳离子氯丁乳液的质量比为1.5:4。
本实施例的改性聚丙烯纤维的制备方法与实施例9相同。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法与实施例9相同。
实施例22
本实施例与实施例21的不同之处在于：原料中还包括1.5kg的分散剂，分散剂为聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠按质量比为12:6.5组成。
本实施例的改性聚丙烯纤维的制备方法与实施例9相同。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)将水泥、轻骨料、粗骨料、部分水、减水剂、钢纤维以900rpm的转速搅拌45s；
2)将改性聚丙烯纤维、抗开裂剂、分散剂、剩余水加入步骤1)中的混合料以600rpm的转速搅拌3min即得。
实施例23
本实施例与实施例22的不同之处在于：原料中还包括0.75kg的消泡剂，消泡剂由聚醚与二甲基硅油按质量比为2:1组成，聚醚为聚四氢呋喃，平均分子量为2000。
本实施例的改性聚丙烯纤维的制备方法与实施例9相同。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)将水泥、轻骨料、粗骨料、部分水、减水剂、钢纤维以900rpm的转速搅拌45s；
2)将改性聚丙烯纤维、抗开裂剂、分散剂、消泡剂、剩余水加入步骤1)中的混合料以600rpm的转速搅拌3min即得。
对比例
对比例1
本对比例的桥面伸缩缝超高性能混凝土由如下重量的原料制成：水泥420kg、轻骨料650kg、粗骨料1150kg、水150kg、减水剂6kg、抗开裂剂2kg；减水剂为聚羧酸减水剂，轻骨料为砂，抗开裂剂为阳离子氯丁乳液。
其中，砂的平均细度模数为2，粗骨料的连续粒级为5-16mm，水泥为标号为42.5的普通硅酸盐水泥。
本对比例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)将水泥、轻骨料、粗骨料、部分水、减水剂以900rpm的转速搅拌45s；
2)将抗开裂剂、剩余水加入步骤1)中的混合料以600rpm的转速搅拌3min即得。
对比例2
本对比例的桥面伸缩缝超高性能混凝土由如下重量的原料制成：水泥420kg、轻骨料650kg、粗骨料1150kg、水150kg、减水剂6kg、钢纤维80kg、抗开裂剂2kg；减水剂为聚羧酸减水剂，轻骨料为砂，抗开裂剂为阳离子氯丁乳液。
其中，砂的平均细度模数为2，粗骨料的连续粒级为5-16mm，水泥为标号为42.5的普通硅酸盐水泥，钢纤维的长度为30mm，直径0.5mm，抗拉强度为900Mpa。
本实施例的桥面伸缩缝超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)将水泥、轻骨料、粗骨料、部分水、减水剂、钢纤维以900rpm的转速搅拌45s；
2)将抗开裂剂、剩余水加入步骤1)中的混合料以600rpm的转速搅拌3min即得。
性能检测试验
检测方法/试验方法
取实施例1-23以及对比例1-2中的桥面伸缩缝超高性能混凝土在模具中制成规格为150mm×150mm×150mm的立方体工件，养护28d后按GB/T50081-2002标准测试其抗压强度、抗折强度，测试结果如表3所示。
取实施例1-23以及对比例1-2中的桥面伸缩缝超高性能混凝土在模具中制成规格为：内径305mm，外径425mm，高度100mm的环形工件，将环形工件和模具内环一起放入养护室内养护成型，在环形工件外侧面粘贴应变片，记录时间出现开裂的时间以及裂隙宽度的大小，测试结果如表3所示。
表3实施例1-23以及对比例1-2中桥面伸缩缝超高性能混凝土工件测试结果
Figure BDA0002947414480000131
Figure BDA0002947414480000141
对比实施例1-3、实施例4-5以及对比例1-2并结合表3可以看出，聚丙烯纤维和钢纤维在混凝土中起到复配协同作用，形成纵横交错的三维网状结构，大大提高了混凝土的抗弯强度，并延长了开裂时间。
对比实施例1-5、实施例6-7以及对比例1-2并结合表3可以看出，刚玉和碳化硅相比砂、刚玉、碳化硅的复配对混凝土的力学性能有一定的提高，但考虑经济效益，选取砂、刚玉、碳化硅复配的轻骨料更好。
对比实施例1-7、实施例8-10以及对比例1-2并结合表3可以看出，超支化合物与聚丙烯纤维共纺的改性聚丙烯纤维对混凝土的抗弯强度以及抗开裂性能有很大提升。
对比实施例1-10、实施例11以及对比例1-2并结合表3可以看出，聚氨酯弹性体和改性聚丙烯纤维在混凝土受力的各个阶段都能起到很好的抗冲击和抗拉伸性能。
对比实施例1-11、实施例12-14以及对比例1-2并结合表3可以看出，ZrB2、B-C、MgO-C对弹性层的机械强度、应变力的传导起到积极作用，提升了弹性层的综合力学性能，进一步提高混凝土的抗开裂性能。
对比实施例12-14、实施例15-17以及对比例1-2并结合表3可以看出，填料经过硅烷偶联剂改性后，ZrB2、B-C、MgO-C与聚氨酯弹性体之间的结合力更好，所形成的弹性层更加均匀一致。
对比实施例1-17、实施例18-20以及对比例1-2并结合表3可以看出，聚氨酯弹性体经过叔丁基苯酚甲醛树脂改性后的抗拉伸和断裂强度都得到提高，进一步提高了混凝土的抗开裂性能，裂隙的产生时间得到延后，裂隙的宽度减少。
对比实施例20、实施例21-23以及对比例1-2并结合表3可以看出，抗开裂剂和消泡剂进一步增加了混凝土内各组分的结合程度，减少混凝土内微缺陷的产生，进一步提高混凝土的抗开裂性能。
综上所述，在改性聚丙烯纤维与钢纤维的复配协同作用下、以及弹性层的辅助作用下，使得本申请的桥面伸缩缝超高性能混凝土具有很好的抗压、抗弯性能以及抗开裂性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种桥面伸缩缝超高性能混凝土，其特征在于：主要由如下重量份数的原料制成：水泥420-480份、轻骨料650-700份、粗骨料1150-1250份、水150-180份、减水剂6-10份、钢纤维80-90份、聚丙烯纤维20-35份、抗开裂剂2-5份；减水剂为聚羧酸减水剂，轻骨料为砂、刚玉、碳化硅中的一种或几种复配，抗开裂剂包括阳离子氯丁乳液。
2.根据权利要求1所述的桥面伸缩缝超高性能混凝土，其特征在于：所述聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维，改性聚丙烯纤维为超支化聚合物与聚丙烯纤维熔融共纺制得，超支化聚合物与聚丙烯纤维的质量比为(5-10):(90-95)。
3.根据权利要求2所述的桥面伸缩缝超高性能混凝土，其特征在于：所述超支化合物为超支化聚甲基丙烯酸羟乙酯、超支化聚酰胺酯中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的桥面伸缩缝超高性能混凝土，其特征在于：所述超支化合物为超支化聚甲基丙烯酸羟乙酯、超支化聚酰胺酯按质量比为(1-3):(0.5-1.5)组成。
5.根据权利要求2所述的桥面伸缩缝超高性能混凝土，其特征在于：所述改性聚丙烯纤维经磨砂处理，磨砂处理后的改性聚丙烯纤维表面的平均粗糙度为12.5-25。
6.根据权利要求5所述的桥面伸缩缝超高性能混凝土，其特征在于：所述改性聚丙烯纤维上固定有弹性层，弹性层包括聚氨酯弹性体。
7.根据权利要求6所述的桥面伸缩缝超高性能混凝土，其特征在于：所述弹性层中包括有填料，填料与聚氨酯弹性体的质量比为(2-6):(30-50)，填料由ZrB2、B-C、MgO-C按质量比为(4-7):(3-5):(2-3)组成。
8.根据权利要求1所述的桥面伸缩缝超高性能混凝土，其特征在于：所述抗开裂剂中还包括马来酸酐-乙醇胺-丙烯酸，马来酸酐-乙醇胺-丙烯酸与阳离子氯丁乳液的质量比为(1-2):(3-5)。
9.根据权利要求8所述的桥面伸缩缝超高性能混凝土，其特征在于：原料中还包括(1-2)重量份数的分散剂，分散剂包括聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的桥面伸缩缝超高性能混凝土，其特征在于：原料中还包括(0.5-1)重量份数的消泡剂，消泡剂包括聚醚、二甲基硅油，聚醚与二甲基硅油的质量比为2:1。
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