CN114591035B - 桥面碱激发混凝土材料及其制备方法 - Google Patents

桥面碱激发混凝土材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于刚性铺装用混凝土材料领域，涉及一种桥面碱激发混凝土材料及其制备方法，该桥面碱激发混凝土的主要成分如下：平均粒径0.12～0.212mm的石英砂147～187份，平均粒径0.212～0.38mm的石英砂258～298份，平均粒径1～2.36mm的石英砂647～687份，S95级矿粉700～740份，硅灰60～100份，模数为1.3的水玻璃硅酸钠溶液140～180份，水胶比0.23～0.27，聚羧酸减水剂14～18份，缓凝剂22～26份，0.18～0.23mm的镀铜钢纤维214～254份。本发明技术方案制备的桥面碱激发混凝土具有粘性大、流动度好、凝结硬化较快、早期强度高、高耐久性能以及良好的环保性能等特点，显著提高钢混组合桥面混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能。

Description

桥面碱激发混凝土材料及其制备方法
技术领域
本发明属于刚性铺装用混凝土材料技术领域，主要涉及一种桥面碱激发混凝土材料及其制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着经济的高速发展，各类新型工程结构形式不断出现。其中钢-混凝土组合结构越来越受到大众重视，其中钢-混组合桥面板是桥梁上应用较为广泛的一种钢混组合结构形式。钢-混凝土组合桥面板具有较大抗弯刚度和承载能力,能有效实现大跨度桥面板的设计应用，钢板在桥面板施工中可以起到模板作用,免除模板拆卸和支撑架设工作，极易实现快速施工和安全施工，而且钢混凝土组合桥面板可以实现部分预制，施工质量能得到更好保证。
作为桥梁结构中车辆通行直接接触的部分，桥面板的工作状态直接影响桥梁结构的耐久性及通行的舒适度，作为大跨径钢混组合桥的关键技术之一，钢桥面铺装的重要性日渐突出。
对于钢桥面铺装所用的混凝土的检测指标，常规的力学性能指标有抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量，工作性能指标有初凝时间、流动度等，流动度反应了混凝土的流动性，初凝时间是施工节段的重要因素。上述性能的指标，是判断混凝土施工能否正常进行以及反应安全性能的关键因素。
发明内容
本发明的目的在于提供一种桥面碱激发混凝土材料及其制备方法，不仅流动性好、施工性能好、凝结硬化快、高强度、高耐久性，而且所有材料可以节约能源、减少水泥的使用，节能减排，大幅度降低生产水泥引起的对环境的危害，适用于大规模推广应用。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种桥面碱激发混凝土材料，由以下重量份数的原料组成：1052～1172份石英砂、矿粉700～740份、硅灰60～100份、水玻璃硅酸钠溶液140～180份、聚羧酸减水剂14～18份、缓凝剂22～26份、镀铜钢纤维214～254份；水胶比0.23～0.27。
针对目前国内外对桥面板铺装材料的研究，本发明开发了一种既保证便于施工、安全性能高而且所用材料环保性能优异的桥面碱激发混凝土材料。
本发明的第二个方面，提供了一种桥面碱激发混凝土材料的制备方法，包括：
将全部石英砂、矿粉、硅灰混合均匀，得到第一混合料；
将水、聚羧酸减水剂、缓凝剂投入到所述第一混合料中，混合均匀，得到第二混合料；
将水玻璃硅酸钠投入到所述第二混合料中，混合均匀，得到第三混合料；
将镀铜钢纤维投入到所述第三混合料，混合均匀，得到桥面碱激发混凝土材料；
将所述桥面碱激发混凝土材料浇筑到钢桥面上，并用振动棒或者振动器振动 60～65秒至表面无气泡冒出，抹平表面并采用覆保水养护膜常温保湿养护28天。
本发明的第三个方面，提供了上述的桥面碱激发混凝土材料在桥梁施工中的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明技术方案涉及的一种桥面碱激发混凝土材料的流动度180mm左右，表示出了较好的流动性，降低钢桥面混凝土铺装材料施工难度。
(2)本发明技术方案涉及的一种桥面碱激发混凝土材料，28天的抗压强度可达110MPa，劈裂抗拉强度可达10MPa、弹性模量可达30MPa，具有良好的力学性能，可大幅度提高钢桥的安全性能，降低钢桥面混凝土铺装材料的开裂风险，满足《钢-混凝土组合桥梁设计规范》要求。
(3)本发明技术方案涉及的一种桥面碱激发混凝土材料，胶凝材料采用矿粉、硅灰等工业废料，降低对水泥的使用量，从而节约能源、保护环境。
(4)本发明在配合比设计上未使用水泥，同时采用矿粉和硅灰工业废渣代替水泥，使得工业废渣得到再次利用，节约能源。
(5)现有的超高性能混凝土在养护时需放入蒸养箱中养护48h才可制得，这对于施工现场的条件要求较高，不利于施工的开展，本发明不需放入蒸养箱中养护即可得到满足强度要求的混凝土，且搅拌完成后凝结硬化较快，短期强度较高。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
一种桥面碱激发混凝土材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料：
平均粒径0.12～0.212mm的石英砂147～187份；
平均粒径0.212～0.38mm的石英砂258～298份；
平均粒径1～2.36mm的石英砂647～687份；
S95级矿粉700～740份；
硅灰60～100份；
模数为1.3的水玻璃硅酸钠溶液140～180份；
水胶比0.23～0.27；
聚羧酸减水剂14～18份；
缓凝剂22～26份；
0.18～0.23mm的镀铜钢纤维214～254份。
在一些实施例中，一种桥面碱激发混凝土材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料：
平均粒径0.12～0.212mm的石英砂157～177份；
平均粒径0.212～0.38mm的石英砂268～288份；
平均粒径1～2.36mm的石英砂657～677份；
S95级矿粉710～730份；
硅灰70～90份；
模数为1.3的水玻璃硅酸钠溶液150～170份；
水胶比0.24～0.26；
聚羧酸减水剂15～17份；
缓凝剂23～25份；
0.18～0.23mm的镀铜钢纤维224～244份。
在一些实施例中，一种桥面碱激发混凝土材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料：
平均粒径0.12～0.212mm的石英砂167份；
平均粒径0.212～0.38mm的石英砂278份；
平均粒径1～2.36mm的石英砂667份；
S95级矿粉720份；
硅灰80份；
模数为1.3的水玻璃硅酸钠溶液160份；
水胶比0.25；
聚羧酸减水剂16份；
缓凝剂24份；
0.18～0.23mm的镀铜钢纤维234份。
在一些实施例中，所述的石英砂为8-16目、40-70目、70-120目粒径的多种组合，在本发明中，一方面起骨架支撑作用，另一方面优化颗粒级配。
在一些实施例中，所述的掺合料为矿粉、硅灰，这种掺合料可以大大降低水泥的使用量，从而降低CO2的排放，节约能源。
在一些实施例中，所述的减水剂为减水率大于25％的聚羧酸减水剂。在本发明中使胶凝材料颗粒分散均匀，改善和易性，增大流动性，减少用水量，从而提高桥面碱激发混凝土材料的力学性能和耐久性能。
在一些实施例中，所述的钢纤维为抗拉强度大于3000MPa、直径 0.18-0.23mm、长度12-15mm的钢纤维。
在一些实施例中，所述的缓凝剂是一种碱含量低、不含氯离子和甲醛，不会引起碱骨料反应且对钢筋无锈蚀的高效缓凝剂。
本发明还提供一种桥面碱激发混凝土材料的制备方法，按照以下步骤制得：
S1按照桥面碱激发混凝土材料的配合比计算各原材料用量，将全部石英砂、矿粉、硅灰投入到搅拌机搅拌2分钟；
S2将水、聚羧酸减水剂、缓凝剂投入到S1得到的混合物中搅拌2分钟；
S3将水玻璃硅酸钠投入到S2得到的混合物中搅拌2min；
S4将镀铜钢纤维投入到S3得到的混合物中搅拌2min，得到流动度180mm 左右的桥面碱激发混凝土材料；
S5将S4制得的桥面碱激发混凝土材料浇筑到钢桥面上，并用振动棒或者振动器振动60秒至表面无气泡冒出，抹平表面并采用覆保水养护膜常温保湿养护 28天。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
以下实施例中，聚羧酸减水剂购自山东博克化学股份有限公司。
缓凝剂购自山西正大隆奇贸易有限公司。
实施例1
一种桥面碱激发混凝土材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料：
平均粒径0.12～0.212mm的石英砂167份；
平均粒径0.212～0.38mm的石英砂278份；
平均粒径1～2.36mm的石英砂667份；
S95级矿粉640份；
硅灰160份；
模数为1.3的水玻璃硅酸钠溶液160份；
水胶比0.25；
聚羧酸减水剂16份；
缓凝剂24份；
0.18～0.23mm的镀铜钢纤维234份。
所述的一种桥面碱激发混凝土材料的制备方法按照以下步骤制得：
S1按照桥面碱激发混凝土材料的配合比计算各原材料用量，将全部石英砂、矿粉、硅灰投入到搅拌机搅拌2分钟；
S2将水、聚羧酸减水剂、缓凝剂投入到S1得到的混合物中搅拌2分钟；
S3将水玻璃硅酸钠投入到S2得到的混合物中搅拌2min；
S4将镀铜钢纤维投入到S3得到的混合物中搅拌2min，得到流动度180mm 左右的桥面碱激发混凝土材料；
S5将S4制得的桥面碱激发混凝土材料浇筑到钢桥面上，并用振动棒或者振动器振动60秒至表面无气泡冒出，抹平表面并采用覆保水养护膜常温保湿养护28天。
实施例2
除桥面碱激发混凝土材料的配方不同外，其他条件同实施例1
一种桥面碱激发混凝土材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料：
平均粒径0.12～0.212mm的石英砂167份；
平均粒径0.212～0.38mm的石英砂278份；
平均粒径1～2.36mm的石英砂667份；
S95级矿粉720份；
硅灰80份；
模数为1.3的水玻璃硅酸钠溶液160份；
水胶比0.25；
聚羧酸减水剂16份；
缓凝剂24份；
0.18～0.23mm的镀铜钢纤维234份。
实施例3
除桥面碱激发混凝土材料的配方不同外，其他条件同实施例1
一种桥面碱激发混凝土材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料：
平均粒径0.12～0.212mm的石英砂167份；
平均粒径0.212～0.38mm的石英砂278份；
平均粒径1～2.36mm的石英砂667份；
S95级矿粉720份；
硅灰80份；
模数为1.3的水玻璃硅酸钠溶液160份；
水胶比0.25；
聚羧酸减水剂16份；
缓凝剂24份；
0.18～0.23mm的镀铜钢纤维156份。
对实施案例1～3所述的桥面碱激发混凝土材料制备标准试件标准养护28天后进行抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量测试，实验数据见表1：
表1桥面碱激发混凝土材料检测数据
Figure BDA0003534983870000081
从表1来看，本发明所有实施例的抗压强度大于100MPa、劈裂抗拉强度大于10MPa、弹性模量大于29GPa表示其力学性能好。
通过三个实施案例的数据对比来看，实施案例2相对于实施案例1改变其胶凝材料的掺入比例，提高矿粉的掺入量并且降低硅灰的掺入量，抗压强度提高较多，实施案例2相对于实施案例3改变其钢纤维的掺入量，抗压强度、劈裂抗拉强度均提高较多。通过大量试验，在本发明的实施案例2所选取的细骨料、胶凝材料、掺合料、水胶比、钢纤维等因素为最优；本发明的桥面碱激发混凝土材料能显著提高桥面铺装材料的力学性能和安全性能，降低水泥材料的使用，从而节约能源、保护环境。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，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之内。

Claims (8)

1.一种桥面碱激发混凝土材料，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：1052~1172份石英砂、矿粉700~740份、硅灰60~100份、水玻璃硅酸钠溶液140~180份、聚羧酸减水剂14~18份、缓凝剂22~26份、镀铜钢纤维214~254份；水胶比0.23~0.27；
所述石英砂具体包括：
平均粒径0.12~0.212mm的石英砂147~187份；
平均粒径0.212~0.38mm的石英砂258~298份；
平均粒径1~2.36mm的石英砂647~687份；
所述水玻璃硅酸钠溶液模数为1.3~1.4；
所述桥面碱激发混凝土材料的制备方法，包括：
将全部石英砂、矿粉、硅灰混合均匀，得到第一混合料；
将水、聚羧酸减水剂、缓凝剂投入到所述第一混合料中，混合均匀，得到第二混合料；
将水玻璃硅酸钠投入到所述第二混合料中，混合均匀，得到第三混合料；
将镀铜钢纤维投入到所述第三混合料，混合均匀，得到桥面碱激发混凝土材料；
将所述桥面碱激发混凝土材料浇筑到钢桥面上，并用振动棒或者振动器振动60~65秒至表面无气泡冒出，抹平表面并采用覆保水养护膜常温保湿养护28天。
2.如权利要求1所述的桥面碱激发混凝土材料，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：1082~1142份石英砂、矿粉710~730份、硅灰70~90份、水玻璃硅酸钠溶液150~170份、聚羧酸减水剂15~17份、缓凝剂23~25份、镀铜钢纤维224~244份；水胶比0.24~0.26。
3.如权利要求2所述的桥面碱激发混凝土材料，其特征在于，所述石英砂具体包括：
平均粒径0.12~0.212mm的石英砂157~177份；
平均粒径0.212~0.38mm的石英砂268~288份；
平均粒径1~2.36mm的石英砂657~677份。
4.如权利要求1所述的桥面碱激发混凝土材料，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：石英砂679份、矿粉720份、硅灰80份、水玻璃硅酸钠溶液160份、聚羧酸减水剂16份、缓凝剂24份、镀铜钢纤维234份，水胶比0.25。
5.如权利要求4所述的桥面碱激发混凝土材料，其特征在于，所述石英砂具体包括：
平均粒径0.12~0.212mm的石英砂167份；
平均粒径0.212~0.38mm的石英砂278份；
平均粒径1~2.36mm的石英砂667份。
6.如权利要求1所述的桥面碱激发混凝土材料，其特征在于，所述镀铜钢纤维为抗拉强度大于3000MPa、直径0.18-0.23mm、长度12-15mm的钢纤维。
7.权利要求1-6任一项所述的桥面碱激发混凝土材料的制备方法，其特征在于，包括：
将全部石英砂、矿粉、硅灰混合均匀，得到第一混合料；
将水、聚羧酸减水剂、缓凝剂投入到所述第一混合料中，混合均匀，得到第二混合料；
将水玻璃硅酸钠投入到所述第二混合料中，混合均匀，得到第三混合料；
将镀铜钢纤维投入到所述第三混合料，混合均匀，得到桥面碱激发混凝土材料；
将所述桥面碱激发混凝土材料浇筑到钢桥面上，并用振动棒或者振动器振动60~65秒至表面无气泡冒出，抹平表面并采用覆保水养护膜常温保湿养护28天。
8.权利要求1-6任一项所述的桥面碱激发混凝土材料在桥梁施工中的应用。
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