CN113416046B - 正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土，它的原料按重量份数比计包括水泥500～1000份、矿物掺和料250～300份、石英砂1100～1200份、高触变性改性纳米碳酸钙100～200份、触变剂10～30份、镀铜微钢纤维100～250份，聚羧酸系减水剂20～30份以及洁净水150～250份。本发明采用改性高触变性纳米碳酸钙的目的在于：超高性能混凝土基于颗粒最紧密堆积原理，通过纳米碳酸钙，能够填充水泥和掺合料的间隙，置换出胶材体系中的自由水，降低水膜厚度，是UHPC浆体粘度降低，同时提高基体的密实度，增加强度。

Description

正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土

技术领域

本发明涉及混凝土领域，具体涉及一种正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土。

背景技术

超高性能混凝土(UHPC)是在对超高性能活性粉末混凝土(RPC)材料进行改进后得到的钢桥面专用超高性能混凝土材料。除具备RPC材料高抗压、高抗拉能力等各种优点以外，其所具备的超高韧性、高施工和免蒸养的特性，能更好地适应钢梁桥面变形大的工况和施工要求，是应用于钢梁桥面上的理想材料。超高性能混凝土与相关材料布设在钢梁面上，形成结构层，UHPC层及其上的铺装层即面层与钢梁面板组合，将以往只作为铺装层的桥面层转变成组合结构桥面，使组合结构桥面不仅作为铺装层承担行车磨耗和保证行车舒适，还作为结构参与桥梁受力，可提高和改善桥梁的使用能力及性能。组合结构中UHPC层自身和其上的铺装面层可采用较小的层厚，钢梁、UHPC层及铺装面层的组合结构称为轻型组合结构。采用UHPC作为钢桥面铺装层能够在较小的自重情况下，大幅提升桥面刚度，减小行车负载情况下钢桥面的变形，减轻钢结构疲劳开裂和沥青层破损的情况。

目前UHPC在桥面铺装施工应用过程中存在浆体粘度大，流动性控制难，收缩大等问题，影响混凝土的施工和质量控制。UHPC混凝土的工作性能与普通混凝土之间有较大差别，主要表现在可施工的坍落度范围窄、扩展度控制难度大、触变性低，在小坍落度下混凝土的流动性差、坍落扩展度过小，不利于运输和布料；在大坍落度下，混凝土能够达到自流平，扩展度过大，不利于桥面坡度的控制和收面处理。一般UHPC用于桥面的铺装厚度为6～12cm，铺装厚度薄，桥面有一定的横坡或纵坡，具备施工性能的UHPC其流动扩展度很大，同时由于外加剂掺量高，其坍落度保持能力好。铺装完成的UHPC易出现从高到低的缓慢流动，最终趋于自流平的状态，造成桥面铺装层厚度不一，坡度控制困难，影响施工的质量，也不利于后期的沥青层铺装。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土。

为实现上述目的，本发明所设计一种正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土，所述混凝土的原料按重量份数比计包括

水泥500～1000份、矿物掺和料250～300份、石英砂1100～1200份、高触变性改性纳米碳酸钙100～200份、触变剂10～30份、镀铜微钢纤维100～250份，聚羧酸系减水剂20～30份以及洁净水150～250份。

上述复合型减水剂具有早强、降粘、保水、保坍等功能。

进一步地，所述混凝土的原料按重量份数比计包括

水泥700～900份、矿物掺和料250～300份、石英砂1120～1180份、高触变性改性纳米碳酸钙100～200份、触变剂15～25份、镀铜微钢纤维140～220份，聚羧酸系减水剂25份以及洁净水160～220份。

再进一步地，所述高触变性改性纳米碳酸钙由以下方法制备而成：

a.将纳米超细碳酸钙在恒温60℃条件下搅拌10min；

b.然后将包覆剂与乙醇混合均匀，得到混合液；其中，所述包覆剂用量为纳米超细碳酸钙的0.5～3.0％(Wt.)，包覆剂与乙醇质量比1∶1～5；

c.在恒温60℃条件下，将混合液喷洒在纳米超细碳酸钙上，在搅拌速度500r/min条件下一边喷洒一边搅拌，搅拌均后再搅拌15min，缓慢降至室温，即得到了高触变性改性纳米碳酸钙(该方法改变了硅灰石微粒的表面性质，提高与基体材料的相容性，能够大幅改善材料的韧性和表面流平性)。

再进一步地，所述纳米超细碳酸钙粒径D50为1um～5um，比表面积≥25000㎡/g，且碳酸钙含量大于96％；

所述包覆剂为软脂酸、硬脂酸、油酸、月桂酸长链脂肪酸、醇胺脂肪酸钛和树脂酸中任意一种或者一种以上混合物。

再进一步地，所述水泥为低C₃A的52.5普通硅酸盐，

所述的矿物掺合料选自硅灰、超细矿粉、磨细粉煤灰、微珠和高岭土基增强剂，

所述石英砂的粒径≤1.65mm，其二氧化硅含量≥96％。

再进一步地，所述石英砂由三种粒级组成，分别为：0.1mm≤粒径＜0.2mm、0.2mm≤粒径＜0.5mm和0.5mm≤粒径≤1.65mm；它们的重量比为3∶5∶2。

再进一步地，所述镀铜微钢纤维由棒状镀铜微钢纤维经过加工弯曲形成的形状为平直型、端勾型、波浪形中的任意一种或几种；其直径为0.1～0.3mm，长度为8～25mm，抗拉强度≥2500Mpa。

再进一步地，所述复合触变剂为白炭黑、CSH凝胶粉、硅酸镁锂凝胶和聚丙烯酰胺中的任意一种或几种。

再进一步地，所述混凝土的原料按重量份数比计包括：水泥800份，微珠140份，硅灰140份，石英砂1150份，高触变性改性纳米碳酸钙150份、触变剂20份、镀铜钢纤维220份、聚羧酸系减水剂25份和洁净水190份；其中，

所用水泥为P.II 52.5的普通硅酸盐水泥；

所用硅灰的比表面积为20000m²/kg，SiO₂含量为97％；

所用镀铜钢纤维的直径为0.20mm，长度为13mm，抗拉强度为3000MPa；

所用的触变剂为白炭黑、CSH凝胶粉按质量比的2∶1混合物。

所用石英砂由三种粒级组成，分别为：0.1mm≤粒径＜0.2mm、0.2mm≤粒径＜0.5mm和0.5mm≤粒径≤1.65mm；它们的重量比为3∶5∶2。

再进一步地，所述高触变性改性纳米碳酸钙由以下方法制备而成：

a.将纳米超细碳酸钙在恒温60℃条件下搅拌10min；其中，纳米超细碳酸钙粒径D50为1um～5um，比表面积≥25000m²/g，且碳酸钙含量大于96％；

b.然后将包覆剂与乙醇混合均匀，得到混合液；其中，所述包覆剂用量为纳米超细碳酸钙的0.5～3.0％(Wt.)，包覆剂与乙醇质量比1∶3；所述包覆剂为软脂酸、硬脂酸、醇胺脂肪酸钛按照质量比1∶1∶1的混合物；

c.在恒温60℃条件下，将混合液喷洒在纳米超细碳酸钙上，在搅拌速度500r/min条件下一边喷洒一边搅拌，搅拌均后再搅拌15min，缓慢降至室温，即得到了高触变性改性纳米碳酸钙。

本发明的有益效果：

1)本发明采用改性高触变性纳米碳酸钙的目的在于：超高性能混凝土基于颗粒最紧密堆积原理，通过纳米碳酸钙，能够填充水泥和掺合料的间隙，置换出胶材体系中的自由水，降低水膜厚度，是UHPC浆体粘度降低，同时提高基体的密实度，增加强度。其另一目的在于经过改性的触变型纳米碳酸，能改改善颗粒表面的极性和清水疏油型，提高浆体的触变性，有利于UHPC工作性的调控。

2)本发明采用白炭黑、CSH凝胶粉、硅酸镁锂凝胶、聚丙烯酰胺作为触变剂，改善浆体的流变性能。在剪切力的作用下，浆体颗粒间平衡的网络结构逐渐受到破坏，浆体体系的微结构状态产生变化，粒子间距逐步增大，粒子间的作用力由斥力转变为引力。静置后，附加的外部剪切力消除后，在布朗运动和颗粒间引力作用下使得浆体体系又恢复到静止状态的平衡网络结构，在这个过程中，从而使体系体现出触变性行为。UHPC良好的触变性，在UHPC在桥面铺装施工过程中，能够在运输和泵送过程中具备良好的流动性；摊铺后，UHPC处于静止状态，高的触变性能够保证UHPC在桥面状态不再变化，避免UHPC静置后由高到低继续流动，造成铺装厚度不均匀，有助于桥面铺装横坡和纵坡的控制，提高桥面铺装层的施工质量。

附图说明

图1为超高性能混凝土静置流变性能测试图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。

实施例1

正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土1的原料按重量份数比包括：

水泥720份，超细矿粉150份，硅灰150份，石英砂1200份，高触变性改性纳米碳酸钙100份、触变剂30份、镀铜钢纤维150份、聚羧酸系减水剂20份和洁净水200份；其中，

上述高触变性改性纳米碳酸钙由以下方法制备而成：

a.将纳米超细碳酸钙在恒温60℃条件下搅拌10min；其中，纳米超细碳酸钙粒径D50为1um～5um，比表面积≥25000㎡/g，且碳酸钙含量大于96％；

b.然后将包覆剂与乙醇混合均匀，得到混合液；其中，所述包覆剂用量为纳米超细碳酸钙的0.5～3.0％(Wt.)，包覆剂与乙醇质量比1∶3；包覆剂为硬脂酸与油酸按照质量比2∶1的混合物；

c.在恒温60℃条件下，将混合液喷洒在纳米超细碳酸钙上，在搅拌速度500r/min条件下一边喷洒一边搅拌，搅拌均后再搅拌15min，缓慢降至室温，即得到了高触变性改性纳米碳酸钙；

所用水泥为P.O 52.5的普通硅酸盐水泥；

所用硅灰的比表面积为20000m²/kg，SiO₂含量为95％；

所用镀铜钢纤维的直径为0.20mm，长度为13mm，抗拉强度为3000MPa；

所用的触变剂为白炭黑和聚丙烯酰胺按照质量比5∶1的混合物。

所用石英砂由三种粒级组成，分别为：0.1mm≤粒径＜0.2mm、0.2mm≤粒径＜0.5mm和0.5mm≤粒径≤1.65mm；它们的重量比为3∶5∶2。

实施例2

正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土2的原料按重量份数比包括：

水泥600份，超细矿粉200份，硅灰100份，石英砂1100份，高触变性改性纳米碳酸钙200份、硅酸镁锂凝胶10份、镀铜钢纤维200份、聚羧酸系减水剂25份和洁净水190份；

上述高触变性改性纳米碳酸钙由以下方法制备而成：

a.将纳米超细碳酸钙在恒温60℃条件下搅拌10min；其中，纳米超细碳酸钙粒径D50为1um～5um，比表面积≥25000m²/g，且碳酸钙含量大于96％；

b.然后将硬脂酸与乙醇混合均匀，得到混合液；其中，硬脂酸用量为纳米超细碳酸钙的0.5～3.0％(Wt.)，硬脂酸与乙醇质量比1∶1；

c.在恒温60℃条件下，将混合液喷洒在纳米超细碳酸钙上，在搅拌速度500r/min条件下一边喷洒一边搅拌，搅拌均后再搅拌15min，缓慢降至室温，即得到了高触变性改性纳米碳酸钙。

所用水泥为P.II 52.5的普通硅酸盐水泥；

所用硅灰的比表面积为20000m²/kg，SiO₂含量为95％；

所用镀铜钢纤维的直径为0.20mm，长度为16mm，抗拉强度为3000MPa；

所用石英砂由三种粒级组成，分别为：0.1mm≤粒径＜0.2mm、0.2mm≤粒径＜0.5mm和0.5mm≤粒径≤1.65mm；它们的重量比为3∶5∶2。

实施例3

正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土3的原料按重量份数比包括：

水泥800份，微珠140份，硅灰140份，石英砂1150份，高触变性改性纳米碳酸钙150份、触变剂20份、镀铜钢纤维220份、聚羧酸系减水剂25份和洁净水190份；其中，

上述高触变性改性纳米碳酸钙由以下方法制备而成：

a.将纳米超细碳酸钙在恒温60℃条件下搅拌10min；其中，纳米超细碳酸钙粒径D50为1um～5um，比表面积≥25000m²/g，且碳酸钙含量大于96％；

b.然后将包覆剂与乙醇混合均匀，得到混合液；其中，所述包覆剂用量为纳米超细碳酸钙的0.5～3.0％(Wt.)，包覆剂与乙醇质量比1∶3；包覆剂为软脂酸、硬脂酸、醇胺脂肪酸钛按照质量比1∶1∶1的混合物；

所用水泥为P.II 52.5的普通硅酸盐水泥；

所用硅灰的比表面积为20000m²/kg，SiO₂含量为97％；

所用镀铜钢纤维的直径为0.20mm，长度为13mm，抗拉强度为3000MPa；

所用的触变剂为白炭黑、CSH凝胶粉按质量比的2∶1混合物。

所用石英砂由三种粒级组成，分别为：0.1mm≤粒径＜0.2mm、0.2mm≤粒径＜0.5mm和0.5mm≤粒径≤1.65mm；它们的重量比为3∶5∶2。

实施例4

本实施例的正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土4的原料与实施例3基本相同，不同之处在于：

正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土4的原料按重量份数比包括：

水泥500份，微珠150份，硅灰100份，石英砂1100份，高触变性改性纳米碳酸钙100份、触变剂10份、镀铜钢纤维100份、聚羧酸系减水剂27份和洁净水150份。

实施例5

本实施例的正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土5的原料与实施例3基本相同，不同之处在于：

正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土5的原料按重量份数比包括：

水泥900份，微珠150份，硅灰150份，石英砂1120份，高触变性改性纳米碳酸钙200份、触变剂25份、镀铜钢纤维140份、聚羧酸系减水剂20份和洁净水160份。

实施例6

本实施例的正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土6的原料与实施例3基本相同，不同之处在于：

正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土6的原料按重量份数比包括：

水泥700份，磨细粉煤灰150份，硅灰150份，石英砂1180份，高触变性改性纳米碳酸钙120份、触变剂15份、镀铜钢纤维220份、聚羧酸系减水剂30份和洁净水220份。

将上述实施例1～6与现有产品进行性能检测：

1.检测方法：

取上述实施例1～3制备的超高性能混凝土1～3，按照标准GB-31387-2015、GB/T50080-2016、GB/T50081-2016、GB/T50082-2016的试验方法进行检测。

超高性能混凝土流变参数采用Malvern Bohlin系列Visco 88旋转黏度计测试(转子直径为25mm，外筒内径为30mm)，静置流变性通过附图1所示装置的成坡高差来表征。将特制的模具放置于水平面上，采用45mm高的垫块将模具一侧垫高(如图1)，浇筑混凝土，振捣收面抹平，覆盖保鲜膜进行保湿，将垫块缓缓撤除，UHPC混凝土在重力作用下会变形流动，混凝土面的坡度产生变化，用游标卡尺对两端的高度差进行测量，每隔1h测量一次，直至高度不再变化，记录高度差H为成坡高差，高差越大，说明混凝土的静置变形能力越小,有利于施工成型，高差越大，说明混凝土的自流平能力越大，不利于施工成型。

2.检测结果如下表所示：

通过结果表面，采用实施例1～3制备的超高性能混凝土1～3具有较小的屈服应力和高的触变性，相同的塌落度下其成坡高度大，能够保持浇筑时的形状能力强，适用于桥面铺装的新拌混凝土，且实施例3制备的超高性能混凝土3的效果最好。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (5)

1.一种正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土，其特征在于：所述混凝土的原料按重量份数比计包括水泥700~900份、矿物掺和料250~300份、石英砂1120~1180份、高触变性改性纳米碳酸钙100~200份、触变剂15~25份、镀铜微钢纤维140~220份，聚羧酸系减水剂25份以及洁净水160~220 份；其中，

所述高触变性改性纳米碳酸钙由以下方法制备而成：

a.将纳米超细碳酸钙在恒温60℃条件下搅拌10min；

b.然后将包覆剂与乙醇混合均匀，得到混合液；其中，所述包覆剂用量为纳米超细碳酸钙的0.5~3.0％，包覆剂与乙醇质量比1∶1~5；

c.在恒温60℃条件下，将混合液喷洒在纳米超细碳酸钙上，在搅拌速度500r/min条件下一边喷洒一边搅拌，搅拌均后再搅拌15min，缓慢降至室温，即得到了高触变性改性纳米碳酸钙；

所述纳米超细碳酸钙粒径D50为1um~5um，比表面积≥25000㎡/g，且碳酸钙含量大于96%；

所述包覆剂为软脂酸、硬脂酸、油酸、月桂酸长链脂肪酸、醇胺脂肪酸钛和树脂酸中任意一种或者一种以上混合物；所述水泥为低C₃A的52.5普通硅酸盐，

所述的矿物掺合料选自硅灰、超细矿粉、磨细粉煤灰、微珠和高岭土基增强剂；

所述石英砂由三种粒级组成，分别为：0.1 mm≤粒径＜0.2 mm、0.2 mm≤粒径＜0.5 mm和0.5 mm≤粒径≤1.65mm； 它们的重量比为3∶5∶2；其二氧化硅含量≥96%。

2.根据权利要求1所述正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土，其特征在于：所述镀铜微钢纤维由棒状镀铜微钢纤维经过加工弯曲形成的形状为平直型、端勾型、波浪形中的任意一种或几种；其直径为0.1~0.3mm，长度为8~25mm，抗拉强度≥2500Mpa。

3.根据权利要求1所述正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土，其特征在于：所述触变剂为白炭黑、CSH凝胶粉、硅酸镁锂凝胶和聚丙烯酰胺中的任意一种或几种。

4.根据权利要求1所述正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土，其特征在于：所述混凝土的原料按重量份数比计包括：水泥800份，微珠140份，硅灰140份，石英砂1150份，高触变性改性纳米碳酸钙150份、触变剂20份、镀铜钢纤维220份、聚羧酸系减水剂25份和洁净水190份；其中，

所用水泥为P.II 52.5的普通硅酸盐水泥；

所用硅灰的比表面积为20000m²/kg，SiO₂含量为97％；

所用镀铜钢纤维的直径为0.20mm，长度为13mm，抗拉强度为3000MPa；

所用的触变剂为白炭黑、CSH凝胶粉按质量比的2∶1混合物；

所用石英砂由三种粒级组成，分别为：0.1 mm≤粒径＜0.2 mm、0.2 mm≤粒径＜0.5 mm和0.5 mm≤粒径≤1.65mm； 它们的重量比为3∶5∶2。

5.根据权利要求4所述正交异形钢桥面铺装用超高性能混凝土，其特征在于：所述高触变性改性纳米碳酸钙由以下方法制备而成：

a.将纳米超细碳酸钙在恒温60℃条件下搅拌10min；其中，纳米超细碳酸钙粒径D50为1um~5um，比表面积≥25000m²/g，且碳酸钙含量大于96%；

b.然后将包覆剂与乙醇混合均匀，得到混合液；其中，所述包覆剂用量为纳米超细碳酸钙的0.5~3.0％，包覆剂与乙醇质量比1∶3；所述包覆剂为软脂酸、硬脂酸、醇胺脂肪酸钛按照质量比1∶1∶1的混合物

c.在恒温60℃条件下，将混合液喷洒在纳米超细碳酸钙上，在搅拌速度500r/min条件下一边喷洒一边搅拌，搅拌均后再搅拌15min，缓慢降至室温，即得到了高触变性改性纳米碳酸钙。

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