CN1294101C - 高抗拉强度混凝土及其双层混凝土结构件的施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高抗拉强度混凝土及使用其的双层混凝土结构件的施工方法。一种用本发明的高抗拉强度混凝土的双层混凝土结构件的施工方法，包括下述步骤：利用由水：186.5kg/m3、水泥：622kg/m3、细集料：718kg/m3、粗集料：718kg/m3、硅灰：69kg/m3、减水剂：18.7kg/m3、钢纤维：157kg/m3等混合比例形成的混凝土混合物，按预定厚度形成高抗拉强度的第1混凝土层的阶段；及在上述高抗拉强度的第1混凝土层上，按预定厚度形成普通强度的第2混凝土层，由双层混凝土层结构制成一体型混凝土结构件的阶段。按照本发明，能提高混凝土结构件的结构和功能上的安全性及使用性，从而进一步提高整体结构件的耐久性能。

Description

高抗拉强度混凝土及其双层混凝土结构件的施工方法
技术领域
本发明涉及一种高抗拉强度混凝土及使用其的双层混凝土结构件(PSC梁式桥的梁及桥板、PF梁、板桥、刚架桥、RC建筑物的梁及桥板、钢结构物的梁、其他梁桥等)的施工方法，特别涉及一种通过在混凝土或水泥浆中掺入钢纤维，提高抗拉及抗折强度的高抗拉强度混凝土及使用其的双层混凝土结构件的施工方法。
背景技术
一般情况下，由在钢筋混凝土结构中比抗压强度(圧縮強度)低的抗拉强度(引張り強度)引起的混凝土的裂缝，使结构件的刚度降低，而产生过度的挠度。此外，因过度挠度造成的混凝土裂缝的加速，是造成加固钢筋暴露于大气和水分的原因，由此加速钢筋腐蚀，及钢筋与混凝土的附着力减弱，使结构件全体的一体性降低，结果是结构件的功能显著降低。
混凝土强度受空隙多孔性的影响较大，作为减小这种影响的方法，研究了采用高密度粒子和MDF(Macro Defect Free)水泥的高强度混凝土，与普通强度的混凝土相比抗压强度可显著提高5倍以上。但是，与抗压强度相比，抗折强度或抗拉强度仍相对较低。因此，最近就通过在混凝土中掺入钢、玻璃、碳、聚丙烯等各种纤维来提高抗折抗拉强度(破坏系数)和韧性，开始进行积极的研究。
发明内容
本发明是针对上述问题而提出的，目的是提供一种高抗拉强度混凝土及使用其的双层混凝土结构件的施工方法，该高抗拉强度混凝土可抑制因混凝土抗拉强度较低造成的钢筋混凝土结构件的弯曲裂缝，提高对极限荷载的耐荷载力及刚性。
本发明为达到上述目的而提出的高抗拉强度混凝土的特征在于：混合比例如下，即水：186.5kg/m3、水泥：622kg/m3、细集料(fineaggregate)：718kg/m3、粗集料(coarse aggregate)：718kg/m3、硅灰(silica fume)：69kg/m3、减水剂(plasticizer)：18.7kg/m3、钢纤维(steel fiber)：157kg/m3。
此外，为达到上述目的，本发明的高抗拉强度混凝土及其双层混凝土结构件的施工方法的特征在于，包括下述阶段：
使用由上述混合比例组成的混凝土混合物，按预定厚度形成高抗拉强度的第1混凝土层的阶段；以及
在上述高抗拉强度的第1混凝土层的上面，按预定厚度形成普通强度的第2混凝土层，由双层混凝土结构制成一体型混凝土结构件的阶段。
此外，在形成上述高抗拉强度的第1混凝土层的混凝土浇注中，为提高第1混凝土层的抗折性能，添加加固(抗拉)钢筋后浇注混凝土。另外，在浇注用于形成上述高抗拉强度的第1混凝土层后，经过2小时后，浇注用于形成普通强度的第2混凝土层的混凝土。
附图说明
图1是按照采用本发明的高抗拉强度混凝土的混凝土结构件的施工方法，形成的高抗拉强度的第1混凝土层的状态的图。
图2是在图1的高抗拉强度的第1混凝土层上面合成了普通强度的第2混凝土层的双层结构的一体型混凝土结构的图。
图3是采用本发明的高抗拉强度混凝土及使用其的双层混凝土结构件施工方法的PSC梁的施工概要图。
图4是采用本发明的高抗拉强度混凝土及使用其的双层混凝土结构件施工方法的PF梁的施工概要图。
图5是采用本发明的高抗拉强度混凝土及使用其的双层混凝土结构件施工方法的钢筋混凝土桥板的施工概要图。
图6是采用本发明的高抗拉强度混凝土及使用其的双层混凝土结构件施工方法的刚架桥的施工概要图。
图7是采用本发明的高抗拉强度混凝土及使用其的双层混凝土结构件施工方法的RC建筑结构物的梁及板的施工概要图。
图8是采用本发明的高抗拉强度混凝土及使用其的双层混凝土结构件施工方法的钢结构建筑结构物的梁及板的施工概要图。
图9a是根据本发明方法施工的双层混凝土结构件与普通钢筋混凝土结构件的荷载—挠度曲线图。
图9b是根据本发明方法施工的双层混凝土结构件与普通钢筋混凝土结构件的荷载—挠度曲线图。
图9c是根据本发明方法施工的双层混凝土结构件与普通钢筋混凝土结构件的荷载—挠度曲线图。
具体实施方式
以下，根据附图详细说明本发明的实施例。
本发明的高抗拉强度混凝土与普通强度的混凝土相比，首先，在通过钢纤维加固提高混凝土混合物抗拉强度这一点上与一般普通强度的混凝土不同。也就是说，本发明具有下述混合比例，即水：186.5kg/m3、水泥：622kg/m3、细集料(fine aggregate)：718kg/m3、粗集料(coarse aggregate)：718kg/m3、硅灰(silica fume)：69kg/m3、减水剂(plasticizer)：18.7kg/m3、钢纤维(steel fiber)：157kg/m3。
另一方面，采用如上所述的本发明的高抗拉强度混凝土的双层混凝土结构件的施工方法，首先如图1所示，在预先设置的铸模中浇注具有上述混合比例的本发明的高抗拉强度混凝土混合物，按预定厚度形成高抗拉强度的第1混凝土层101。此时，最好在添加用于提高其内部抗拉强度的加固(抗拉)钢筋101r后进行混凝土浇注。
从如上所述完成了高抗拉强度的第1混凝土层101的形成开始，如图2所示，在该第1混凝土层101的上面，按预定厚度形成普通强度的第2混凝土层102，完成双层混凝土层结构的一体型混凝土结构件。此时，在浇注混凝土形成上述高抗拉强度的第1混凝土层101后，最好经过2小时，再浇注用于形成普通强度的第2混凝土层102的混凝土。根据实验及观察结果得出，在浇注混凝土形成第1混凝土层101后，经过2小时再浇注用于形成普通强度的第2混凝土层102的混凝土，这是为了在上述第1混凝土层101和第2混凝土层102之间明确层的区分，并可同时防止发生两层间的层分离。基于实验和观察，为观察断面的接合状态，将试验体切断观察断面的结果表明，在浇注第1混凝土层101后，分别在经过0、0.5、1小时后浇注第2混凝土层102时，在两层混凝土层形成为波形的同时，不能进行明确的层的区分，而在时间间隔分别为2、6、12小时的情况下，两层混凝土层间的边界线几乎形成为一条直线，层的区分十分明显。此外，为调查在荷载作用时两层间的层分离现象，进行实验的结果表明，在时间间隔分别为0、0.5、1、2小时的情况下，直到弯曲实验结束时为止两层之间未发生分离，但是，在时间间隔为6、12小时的情况下，发生层分离现象。因此，两层间的层区分十分明显，且在外部荷载作用时两层间不发生层分离，两层间的混凝土浇注时间间隔可设定为2小时。
另一方面，图9a及图9c为以上述普通强度混凝土和高抗拉强度混凝土组合而成的双层混凝土结构件及一般钢筋混凝土结构件为对象，通过实验获取的荷载—挠度特性曲线图。
参照图9a及图9c可以看出，双层混凝土结构件相对于一般钢筋混凝土结构件的极限荷载的增加表明，钢筋比(D13、D16、D19)越大极限荷载增加越高，可看出平均约增加30％，具有良好的极限荷载增进效果。另外，还可发现，弯曲刚度表现荷载—挠度特性曲线的趋势，不只是在裂缝发生前的初期阶段，而且在相对屈服以前的使用荷载状态，双层混凝土结构件的弯曲刚度也比一般钢筋混凝土结构件增加。这样的弯曲刚度的增加意味着对于同一大小的外力，结构件的变形减小。在一般钢筋混凝土结构件的情况下，抗拉钢筋在屈服以前具有弹性行为，屈服后直到结构件的中央部位弯曲达到20mm时为止，荷载变化都很微小。但是，上述双层混凝土结构件在屈服以前的区段内，具有与钢筋混凝土结构件同样的弹性行为，可是在屈服后，相对于弯曲增加的荷载出现持续减少，说明屈服荷载是双层混凝土结构件的极限荷载。这是因为抗拉钢筋在屈服后荷载反作用力急速减少之故。
双层混凝土结构件相对于钢筋混凝土结构件的极限荷载增加量表明，钢筋比(D13、D16、D19)越大极限荷载增加量越高，极限荷载增加率与各自使用的钢筋比没有大的关系，可看出平均约增加30％，说明具有极限荷载增进效果。初期弯曲刚度表现荷载—挠度特性曲线的初期趋势，弯曲刚度的增加意味着对于同一大小的外力，结构件的变形减小。
在钢筋混凝土结构件的纯粹弯曲区域发生的初期弯曲裂缝，其裂缝宽度随荷载的增加而增加，相反观测不到新的裂缝。但是，与钢筋混凝土结构件的裂缝宽度相比，双层混凝土结构件的初期弯曲裂缝小，发生的裂缝间隔大，裂缝宽度的增加速度也出现钝化趋势。而且，高抗拉强度混凝土中所含的钢纤维可抑制裂缝幅度的增加，在原有的裂缝之间产生了微细的裂纹。也就是说，在钢筋混凝土结构件的情况下，多数主裂缝扩展到压缩部，造成破坏；而双层混凝土结构件通过在拉伸区域被加固了的钢纤维，抑制了主裂缝，在极限荷载阶段，由于抗拉钢筋的屈服，从抗拉钢筋上端的高抗拉强度混凝土产生裂缝，并被破坏，这样也就意味着增大了双层混凝土结构件的耐荷载力和刚度。
此外，图3至图6是应用本发明的高抗拉强度混凝土及其双层混凝土结构件施工方法生产混凝土结构件的实施例等。图3是PSC梁桥的梁及桥的施工概要图，图4是PF梁桥的梁的施工概要图，图5是板桥的施工概要图，图6是刚架桥的施工概要图。
参照图3和图4，在PSC梁桥及PF梁桥的梁401的施工中，梁401的下半部401d由高抗拉强度混凝土构成，梁401的上半部401u由一般普通强度混凝土构成，合起来构成一个梁401。此外，在板402的施工中，沿桥梁长度方向的一定区段，例如桥脚400上部的一定区段可由高抗拉强度混凝土区段402g构成，细小的其他区段可由一般普通强度混凝土区段402b构成，合起来构成一个板402。
如图5所示，在板的施工中，约二等分水平平分板502，中心线以下部分由高抗拉强度混凝土层502d构成，中心线以上部分，沿桥梁长度方向，可由一般普通强度混凝土区段502d和高抗拉强度混凝土区段502g的组合构成混凝土层。
此外，如图6所示，在刚架桥的施工中，约二等分水平平分板，中心线以下部分由高抗拉强度的混凝土层602d构成，中心线以上部分由一般普通强度的混凝土层602u构成，由602d和602u两层组合构成双层合成结构的板602。
图7和图8是采用本发明的高抗拉强度混凝土及使用其的混凝土结构件施工方法的其他不同的施工例等，图7是RC建筑结构物的梁及板的施工概要图，图8是钢结构建筑结构物的梁及板的施工概要图。
图7和图8所示的施工例等与上述图3至图6所示的施工例等一样，在梁及板的施工中，采用高抗拉强度混凝土和一般普通强度混凝土的上下积层结构或水平方向的交替重叠结构，构成双层合成结构的混凝土结构件。因而省略与上述施工相关的个别说明。对于与上述图3至图6的结构件相同的构成要素，由于使用同一参照符号，与各参照符号等相关的说明可用图3至图6的参照符号等的说明来代替。
发明效果
综上所述，本发明的高抗拉强度混凝土及使用其的双层混凝土结构件的施工方法，是在一般的混凝土中掺入钢纤维，提高抗拉强度，形成在混凝土结构件的弯曲区域含有所述钢纤维的高抗拉强度混凝土层，在高抗拉强度混凝土层的上面形成普通强度的混凝土层，由此构成双层结构的混凝土结构件。该双层结构的混凝土结构件与一般的钢筋混凝土结构件相比，极限荷载增大，在使用状态下可减小弯曲裂缝的幅度，抑制裂纹的扩展。上述的极限荷载的增加、裂缝抑制及刚度的增加具有进一步提高混凝土结构件的结构稳定性以及混凝土结构件的整体耐久性的效果。

Claims (2)

1.一种高抗拉强度的混凝土，其特征在于：由下述混合比例构成，即水：186.5kg/m3、水泥：622kg/m3、细集料：718kg/m3、粗集料：718kg/m3、硅灰：69kg/m3、减水剂：18.7kg/m3、钢纤维：157kg/m3。
2.一种采用高抗拉强度混凝土的双层混凝土结构件的施工方法，其特征在于，包括下述阶段：
利用由水：186.5kg/m3、水泥：622kg/m3、细集料：718kg/m3、粗集料：718kg/m3、硅灰：69kg/m3、减水剂：18.7kg/m3、钢纤维：157kg/m3等混合比例形成的混凝土混合物，按预定厚度形成高抗拉强度的第1混凝土层的阶段；以及
在上述高抗拉强度的第1混凝土层上，按预定厚度形成普通强度的第2混凝土层，由双层混凝土层结构制成一体型混凝土结构件的阶段，
并且，在形成第1混凝土层后，经过2小时以后、6小时之前形成第2混凝土层。
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