CN117945702A - 一种stc超高韧性混凝土及其施工使用方法 - Google Patents

一种stc超高韧性混凝土及其施工使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种STC超高韧性混凝土及其施工使用方法，其质量份数比例如下：水泥800份、石英砂1100份、煤灰80‑100份、矿粉180‑200份、硅灰180‑200份、减水剂7‑11份、缓凝剂1‑5份、保坍剂4‑7份、消泡剂0.2份、水150份、钢纤维180份。与现有技术相比较，本发明具有高强度、高性能、高韧性、超高抗弯抗压强度，抗压强度能达到180MPa，远大于国家标准，省去了现场湿混加工环节，无需现场建设小型搅拌站，在商品混凝土搅拌站内一次搅拌成型，质量稳定，无需批搅拌和分批测试，大大缩短了STC混凝土的生产至浇筑使用的时间周期，凝结时间长达12个小时，有利于现场后续施工。

Description

一种STC超高韧性混凝土及其施工使用方法
技术领域
本发明涉及商品混凝土领域，尤其涉及一种STC超高韧性混凝土及其施工使用方法。
背景技术
超高韧性混凝土(super toughness concrete)，是由水泥、矿物掺合料、细集料、钢纤维和减水剂等材料或由上述材料制成，再经凝结硬化形成一种具有高抗弯强度、高韧性、高耐久性的水泥基复合材料，简称“STC”。利用超高韧性混凝土(STC)的超高抗弯拉强度、高耐久性等特点，采用剪力钉与钢面板连接、密集布筋、混合料摊铺、高温蒸养等方式为手段，可以提高桥面结构层的刚度及抗拉强度，解决钢桥面结构疲劳破坏及桥面铺装极易损坏等世界性质量通病和施工难题。
现有超高韧性混凝土(STC)存在的问题有：
(1)现有超高韧性混凝土按国标要求，其28d的抗压强度需要达到160MPa以上，若想要进一步提高抗压等级，对材料成分及配比要求十分严格，目前市面上还没有能28d到达180MPa的配方。而且STC混凝土的稳定性差，强度想要达到160MPa以上，在施工养护时必须进行蒸养处理，通过蒸养技术缩短混凝土硬化时间，使混凝土在高温高湿的条件下快速硬化，其增养的目的在于保证混凝土硬化时内部结构的稳定性，否则时间一长，STC混凝土强度就无法达到160MPa以上。
(2)由于现有超高韧性混凝土的成品性能的特性，现有的STC混凝土都不适合长距离运输，其原因是现有STC混凝土的结构稳定性差，坍落度和扩展度损失较快，在桥面施工时又需满足坍落度和扩展度的一定条件，因此STC混凝土的凝结时间约6-7小时，避免凝结前出现坍落度和扩展度损失过量的情况。由于凝结时间短，因此STC混凝土无法进行长距离运输，除非商混站就在施工目的地旁边，否则当混合后的STC混凝土成品运输到桥头时，坍落度和扩展度就已经损失很多，导致无法满足现场施工要求，在还未施工完可能就会出现凝结情况。因此现有超高韧性STC混凝土均采用在现场制备的方式，即商混站干混+现场湿混结合的方式，具体为:先在按照配比先在大型商品混凝土搅拌站进行干混，形成干混料，然后在现场桥头路基上搭建一个小型搅拌站，干混料通过罐装车运输至桥头施工现场，再通过现场的小型搅拌站加水进行搅拌，现场搅拌现场施工使用，以便满足现场施工需要。其缺点有：1.STC混凝土的用量大，现场的小型搅拌站体量小，不如商品混凝土搅拌站，导致现场搅拌的施工周期长，而且经分批湿混搅拌后的混凝土成品效果不稳定，小型搅拌站的建设也会导致设备成本也会增加，施工场地的占地面积加大。2.由于桥面STC混凝土成品的搅拌工艺要求甚高，需要专业人员对干混料进行分批搅拌，由于每批次湿混搅拌的给水量不一致，搅拌时间不一致，现场环境温度不一致，都会导致湿混出的混凝土品质不一，因此对专业人员的要求较高，需要施工方配上相应的专业人员，或混凝土生产方派遣专业人员去现场施工，十分麻烦。3.由于桥梁桥面的建设对STC混凝土要求很高，因此对每批次产出的成品STC混凝土都需进行试验检测，进行坍落度试验、扩展度试验等测试，达到条件后方能用于施工，导致成品STC混凝土的现场制备时间大大加长，影响现场桥面施工进度。对湿混产生的不合格STC混凝土，不能用于施工，需要根据试验情况，进行重新配比搅拌，难度很高，且操作起来十分麻烦，影响正常施工周期。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决了上述问题的STC超高韧性混凝土及其施工使用方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种STC超高韧性混凝土，其质量份数比例如下：水泥800份、石英砂1100份、煤灰80-100份、矿粉180-200份、硅灰180-200份、减水剂7-11份、缓凝剂1-5份、保坍剂4-7份、消泡剂0.2份、水150份、钢纤维180份。
作为优选，所述水泥800份、石英砂1100份、煤灰100份、矿粉180份、硅灰200份、减水剂11份、缓凝剂4份、保坍剂6份、消泡剂0.2份、水150份、钢纤维180份，。
作为优选，所述水泥、石英砂、煤灰、矿粉、硅灰均为细粒，细粒可使成品混凝土内部密实度高，确保STC混凝土成品结构稳定。
作为优选，所述减水剂采用高减水率、低引气型的聚羧酸高性能分散剂，所述聚羧酸高性能分散剂的型号为PCE-505，为粉体状，用量为0.1-0.5％，减水率达40-50％。
其中，PCE-505是一款减水率高、低引气的粉体聚羧酸高性能分散剂。外观：白色或淡黄色粉末；PH值：8.0±1.0；活性成分：大于或等于90％；PCE-505的应用亮点：1.极高的有效成分(大于90％)；2.为粉体状不含水，在提升掺量的情况下，不引入多余的水分，其水胶比精准可控，对强度控制有显著优势；3.低引气聚羧酸具有极佳的材料适应性能及分散性维持性能，可减少预拌混凝土点坍落度和扩展度损失率，提高混凝土成品的强度；4.具有优异的配方适应性，可用于各种水泥基砂浆配方中，赋予砂浆产品极其优异的性能，产品符合GB8076-2008《混凝外加剂》和JG/T223-2017《聚羧酸系高性能减水剂》标准要求。
聚羧酸高性能分散剂添加至STC混凝土材料中，混合搅拌均匀后使用，本产品在材料中适宜用量为0.1-0.5％，实际掺量需根据不同的产品和应用进行调试测试确定。
作为优选，所述缓凝剂采用葡萄糖酸纳缓凝剂，所述萄糖酸纳缓凝剂在外接剂中的掺量为25％。现有缓凝剂的掺量一般是12％，若高于12％虽然也能增加凝结时间，但会导致混凝土坍落度和扩展度会损失很大，无法施工使用，因此一般缓凝剂的掺量不高于12％，带来的问题就是凝结时间加快，无法进行运输，只能进行现场混合。而本发明通过减水剂的添加与之配合，即使参量达到25％，其坍落度和扩展度的损失率3小时内也不会变化，为便于其运输留出时间。
作为优选，所述石英砂采用卵制砂，通过实验，本发明按照上述配比，将石英砂替换为卵制砂后，依旧能满足桥面STC混凝土的性能要求，且采用卵制砂后，卵制砂可实现就近取材，而且成本低，卵制砂硬度高。
一种STC超高韧性混凝土的施工使用方法，
首先，在商品混凝土搅拌站进行STC混凝土成品的搅拌和装车；
其次，在3小时内运输至桥面施工现场，并直接浇筑使用；
其次，进行在12小时内完成浇筑、布料摊铺、振捣、抹面；
其次，保湿养护；
其次，STC混凝土终凝(40小时)；
最后，验收。
作为优选，当罐装车运输至现场并完成卸料后，由于STC超高韧性混凝土凝结较快，需及时进行罐装车清洗。
作为优选，所述保湿养护是通过覆盖节水保湿膜进行保湿和养护，具体流程为高压水枪喷雾-覆盖节水保湿膜-胶水保湿。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的STC超高韧性混凝土，具有高强度、高性能、高韧性、超高抗弯抗压强度，是常规混凝土的6-10倍，且抗压强度能达到180MPa，远大于国家标准。
(2)本发明的STC超高韧性混凝土在3个小时内坍落度和扩展度无损失，为罐装车的运输留出了2个小时左右的运输时间，2个小时已满足城市内的中长距离运输，运输至现场后，坍落度和扩展度不会发生变化，可直接进行卸车进行浇筑使用，省去了现场湿混加工环节，无需在现场建设小型搅拌站，大大缩短的桥面施工周期。
(3)本发明的STC超高韧性混凝土的凝结时间长达12个小时，成品STC混凝土的凝结时间延长后，不仅有利于运输，去掉运输的3小时时间，还有9小时用于现场后续施工。
(4)本发明的STC超高韧性混凝土，在施工养护的终凝环节无需进行高温高湿的蒸汽养护，简化其工艺环节，降低蒸汽养护环节的成本投入。
(5)本发明的STC超高韧性混凝土，在商品混凝土搅拌站内一次搅拌成型，成品STC混凝土的生产量大且质量稳定，对专业人员的需求量小，无需施工方安排现场专业人员进行分批搅拌和分批测试，大大缩短了STC混凝土从生产至浇筑之间的时间周期。
附图说明
图1为本发明的实施例STC混凝土对比试验表。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明，混凝土力学性能试验按照《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T50081)和普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T50082)的相关规定进行，STC混凝土对比试验，如图1,STC混凝土对比试验表所示。
实施例1：一种STC超高韧性混凝土，其质量份数比：水泥800份、石英砂1100份、煤灰100份、矿粉180份、硅灰200份、减水剂11份、缓凝剂4份、保坍剂6份、消泡剂0.2份、水150份、钢纤维180份，所述减水剂采用高减水率、低引气型的粉体聚羧酸高性能分散剂，用量为0.1-0.5％，所述缓凝剂采用葡萄糖酸纳缓凝剂。在商品混凝土搅拌站进行STC混凝土成品的搅拌，在3小时内运输至桥面施工现场，按照本发明的STC超高韧性混凝土的施工使用方法，直接浇筑使用，最终STC混凝土的强度达到180以上。
经试验：初始3小时内坍落度为280-280，初始3小时内扩展度为860-840，且拌合物状态和易性良好，凝结时间12h，28D强度180，抗弯拉强度29，轴心抗压强度110。本发明能在本发明的配比中同时增加了矿粉和硅灰，并辅以减水剂进行搅拌混合，使其STC混凝土的强度达到180以上，且具有良好的和易性。而且STC坍落度3个小时无损失便于浇筑，STC凝结时间长达12个小时便于施工，使STC混凝土其无需现场生产，可在固定商混站直接拌后，通过罐车进行较长距离运输，其运输时间可以达2个小时左右，到达地方后直接浇筑使用。
实施例2，其质量份数比：水泥800份、石英砂1100份、煤灰100份、硅灰200份、减水剂11份、缓凝剂4份、保坍剂6份、消泡剂0.2份、水150份、钢纤维180份，与实施例4相比，只添加了硅灰，其中硅灰的添加使STC混凝土的强度得到增强达到165MPa，和易性也有所增加，硅灰颗粒细小可产生良好的微填充效应，使混凝土孔结构充分细化，对混凝土早期和后期强度发展十分有利，但由于硅灰颗粒细小，比表面积大，导致混凝土3小时内坍落度会有所变化，不利于3小时内运输使用。
实施例3，其质量份数比：水泥800份、石英砂1100份、煤灰100份、矿粉180份、减水剂11份、缓凝剂4份、保坍剂6份、消泡剂0.2份、水150份、钢纤维180份。与实施例4相比，只添加了矿粉，随着矿粉的添加，STC混凝土强度也有所提高达到160MPa，和易性也有所增加。结合实施例1、2相比较，可看出矿粉的添加，不仅提高了STC混凝土的强度，还能解决了硅灰的添加导致坍落度会变化的问题，其原因应是矿粉的掺加增加了混凝土的粘性，但矿粉大量添加也会对混凝土施工产生不良影响，因此与煤灰进行双掺，保证成品STC混凝土的性能良好。
实施例4，其质量份数比：水泥800份、石英砂1100份、煤灰100份、减水剂11份、缓凝剂4份、保坍剂6份、消泡剂0.2份、水150份、钢纤维180份。由于矿粉和硅灰均添加，结合实施例1、2、3可见，矿粉和硅灰的添加，矿粉和硅灰相辅相成，使STC混凝土的抗压强度高达180MPa，远高于国标，但随着矿粉和硅灰的添加，导致STC混凝土的需水量增大，若加入导致混凝土的自收缩增大，影响STC混凝土的成品强度，因此本发明在含水量不变的情况下，采用高减水率、低引气型的粉体聚羧酸高性能分散剂，通过减水剂促使矿粉和硅灰在STC混凝土中搅拌混合，以确保STC混凝土的成品强度。而且由于缓凝剂掺量高达25％，本发明通过减水剂的添加与之配合，即使参量达到25％，其坍落度和扩展度的损失率3小时内也不会变化，为便于其运输留出时间。
实施例5，其质量份数比：水泥800份、石英砂1100份、煤灰100份、硅灰200份、减水剂11份、保坍剂6份、消泡剂0.2份、水150份、钢纤维180份，与实施例1相比，实施例5不含缓凝剂，添加了缓凝剂后，凝结时间从7小时延长至12小时，为罐装车的运输和STC混凝土的桥面现场施工留出了足够时间。从实验数据的实施例1和5相比较，未添加缓凝剂的实施例5，坍落度会有所损失从275-265，可见本发明缓凝剂的添加对坍落度也有影响，其原因在于添加了葡萄糖酸纳缓凝剂后，混凝土凝结时间长，水化反应滞后，释放热量慢，失水慢，因此坍落度损失就小。
实施例6，其质量份数比：水泥800份、石英砂1100份、煤灰100份、硅灰200份、减水剂11份、缓凝剂4份、消泡剂0.2份、水150份、钢纤维180份，与实施例1相比，实施例6不含保坍剂，3小时内坍落度从280-230，初始好，3个小时后无流动性，可现场浇筑使用，但无法进行较长距离运输。从实验数据的实施例1和6相比较，未添加保坍剂的实施例6，凝结时间只有10小时，可见保坍剂的添加也起到延长其凝结时间的作用，其原因是保坍剂是保证坍落度损失减慢，从而使混凝土泌水速度减缓，因而凝结时间相对变长。
实施例7，其质量份数比：水泥800份、石英砂1100份、煤灰100份、硅灰200份、减水剂11份、缓凝剂4份、保坍剂6份、消泡剂0.2份、水150份、钢纤维180份，与实施例1相比，实施例7不含缓凝剂和保坍剂，3小时内坍落度从240-190，初始一般，3个小时后无流动性，凝结时间6小时，可勉强用于现场浇筑使用，但无法进行较长距离运输。
以上对本发明所提供的一种STC超高韧性混凝土及其施工使用方法进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种STC超高韧性混凝土，其特征在于，其质量份数比例如下：水泥800份、石英砂1100份、煤灰80-100份、矿粉180-200份、硅灰180-200份、减水剂7-11份、缓凝剂1-5份、保坍剂4-7份、消泡剂0.2份、水150份、钢纤维180份。
2.根据权利要求1所述的一种STC超高韧性混凝土，其特征在于：所述水泥800份、石英砂1100份、煤灰100份、矿粉180份、硅灰200份、减水剂11份、缓凝剂4份、保坍剂6份、消泡剂0.2份、水150份、钢纤维180份。
3.根据权利要求2所述的一种STC超高韧性混凝土，其特征在于：所述水泥、石英砂、煤灰、矿粉、硅灰均为细粒，细粒可使成品混凝土内部密实度高。
4.根据权利要求2所述的一种STC超高韧性混凝土，其特征在于：所述减水剂采用高减水率、低引气型的聚羧酸高性能分散剂，所述聚羧酸高性能分散剂的型号为PCE-505，为粉体状，用量为0.1-0.5％，减水率达40-50％。
5.根据权利要求2所述的一种STC超高韧性混凝土，其特征在于：所述缓凝剂采用葡萄糖酸纳缓凝剂，所述萄糖酸纳缓凝剂在外接剂中的掺量为25％。
6.根据权利要求2所述的一种STC超高韧性混凝土，其特征在于：所述石英砂采用卵制砂。
7.根据权利要求1所述的一种STC超高韧性混凝土的施工使用方法，其特征在于：
首先，在商品混凝土搅拌站进行STC混凝土成品的搅拌和装车；
其次，在3小时内运输至桥面施工现场，并直接浇筑使用；
其次，进行在12小时内完成浇筑、布料摊铺、振捣、抹面；
其次，保湿养护；
其次，STC混凝土终凝；
最后，验收。
8.根据权利要求7所述的一种STC超高韧性混凝土的施工使用方法，其特征在于：当罐装车运输至现场并完成卸料后，需及时进行罐装车清洗。
9.根据权利要求7所述的一种STC超高韧性混凝土的施工使用方法，其特征在于：所述保湿养护是通过覆盖节水保湿膜进行保湿和养护，具体流程为高压水枪喷雾-覆盖节水保湿膜-胶水保湿。
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