本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及到橋梁工程建筑的材料。
背景技術(shù):
鋼材與混凝土是橋梁工程領(lǐng)域典型的建筑材料。隨著交通運輸業(yè)的快速發(fā)展,對橋梁結(jié)構(gòu)提出了更高的承載性能、耐久性、易維護性等新要求,而建造材料性能的改善是提高橋梁結(jié)構(gòu)性能的重要因素。
混凝土材料經(jīng)過了傳統(tǒng)混凝土、高強度混凝土、高性能混凝土、纖維混凝土、超高性能混凝土的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)混凝土在抗壓強度高,而在受拉作用下,便會發(fā)生開裂。對運營中的混凝土橋梁進行檢測,發(fā)現(xiàn)混凝土開裂是混凝土橋梁的典型病害,將進一步加速鋼筋銹蝕,降低橋梁結(jié)構(gòu)耐久性。減少了橋梁的使用壽命。
在橋梁技術(shù)領(lǐng)域,當(dāng)前需迫切解決的一個技術(shù)問題是為橋梁建筑提供一種壓強度高、抗拉強度高的材料。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的一個技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點,提供一種抗壓強度高、抗拉強度高、流動性好、自密實、不需振搗、易養(yǎng)護的超高性能鋼纖維混凝土。
本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題在于提供一種超高性能鋼纖維混凝土的制備方法。
解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是1m3的超高性能鋼纖維混凝土由下述質(zhì)量配比的材料成:
上述質(zhì)量配比中,水泥是型號為po425水泥;硅灰的顆粒分布范圍為0.1~0.15μm,比表面積為15-27m2/g;標(biāo)準砂或河砂的最大粒徑均小于0.8mm;鋼纖維是表面鍍銅的鋼纖維,長為13mm、直徑為0.16mm,減水劑的型號為西卡減水劑,包含2種組分,a組分為西卡3301c型高效減水劑,b組分為西卡微珠粉,a組分與b組分配合使用。
在本發(fā)明的原料配比中采用標(biāo)準砂,在1m3的超高性能鋼纖維混凝土中由下述質(zhì)量配比的材料制成:
在本發(fā)明的原料配比中采用河砂,在1m3的超高性能鋼纖維混凝土中由下述質(zhì)量配比的材料制成:
上述的超高性能鋼纖維混凝土的制備方法由下述步驟組成:
(1)按配合比稱取各干粉類材料,依次將水泥、標(biāo)準砂或河砂、硅灰、減水劑b組分加入強制式攪拌機內(nèi),干拌5分鐘,拌合均勻,制備成干料。
(2)依次將二分之一的減水劑a組分、水加入干料內(nèi)進行攪拌,均速攪拌5~8分鐘。
(3)將剩余的二分之一的減水劑a組分與水加入干料內(nèi)進行攪拌,均速攪拌5~8分鐘,攪拌均勻。
(4)繼續(xù)均速攪拌,分3至5次加入鋼纖維,持續(xù)攪拌至鋼纖維均勻分布,停止攪拌。
本發(fā)明與傳統(tǒng)混凝土、高性能混凝土、超高性能混凝土材料有顯著區(qū)別,表現(xiàn)在:在材料配比方面,沒有粗骨料;在施工方面,流動性更好、密實度更高,易于養(yǎng)護,可滿足構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域的澆筑要求;在力學(xué)性能指標(biāo)方面,抗壓強度顯著提高,采用鍍銅鋼纖維,實現(xiàn)了應(yīng)變強化,顯著提高了材料的抗拉強度,能夠約束裂縫發(fā)展,提高了橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性;在長期性能指標(biāo)方面,具有更低的徐變系數(shù),對于超靜定橋梁結(jié)構(gòu),可降低由于材料收縮徐變引起的次內(nèi)力效應(yīng),可滿足超大跨度和承載能力更高橋梁的受力要求。采用本發(fā)明實施例1制備的超高性能鋼纖維混凝土經(jīng)測試,其抗壓強度超過150mpa,抗拉極限強度超過6mpa,適用于混凝土橋梁、鋼-混組合結(jié)構(gòu)橋梁、橋梁墩臺等橋梁下部結(jié)構(gòu)。
附圖說明
圖1是實施例1齡期為14天的抗壓試件破壞形態(tài)照片。
圖2是實施例1齡期為28天的抗壓試件破壞形態(tài)照片。
圖3是實施例1齡期為14天試件拉伸試驗前的照片。
圖4是實施例1齡期為14天試件拉伸試驗后的照片。
圖5是實施例1齡期為28天試件拉伸試驗前的照片。
圖6是實施例1齡期為28天試件拉伸試驗后的照片。
圖7是實施例4齡期為28天的棱柱體試件抗壓破壞后的照片。
圖8是實施例4齡期為28天的拉伸荷載-變形曲線。
圖9是實施例4齡期為28天的拉伸試件斷口的照片。
圖10是采用實施例4加固橋橋面板開裂的照片。
圖11是采用實施例4加固橋的第一跨通車6個月橋面板無裂縫的照片。
圖12是采用聚丙烯纖維混凝土加固橋的第二跨通車6個月橋面板開裂的照片。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的進一步說明,但是本發(fā)明不限于下述的實施情形。
實施例1
以1m3的超高性能鋼纖維混凝土為例,在1m3的超高性能鋼纖維混凝土中由下述質(zhì)量配比的材料成:
上述的水泥是型號為po425水泥;硅灰的顆粒分布范圍為0.1~0.15μm,比表面積為15-27m2/g;標(biāo)準砂的最大粒徑均小于0.5mm;鋼纖維為表面鍍銅的鋼纖維的長為13mm、直徑為0.16mm;減水劑的型號為西卡減水劑,包含2種組分,a組分為西卡3301c型高效減水劑,b組分為西卡微珠粉,a與b兩種組分配合使用可提高減水劑效果;水為自來水。
其制備方法如下:
(1)按配合比稱取各干粉類材料,依次將水泥、砂、硅灰、減水劑b組分加入強制式攪拌機內(nèi),干拌5分鐘,拌合均勻,制備成干料。
(2)依次將二分之一的減水劑a組分、水加入干料內(nèi)進行攪拌,均速攪拌5~8分鐘。
(3)將剩余的二分之一的減水劑a組分與水加入干料內(nèi)進行攪拌,均速攪拌5~8分鐘,攪拌均勻。
(4)繼續(xù)均速攪拌,分3至5次加入鋼纖維,持續(xù)攪拌至鋼纖維均勻分布,停止攪拌。
發(fā)明人采用本發(fā)明實施例1制備的超高性能鋼纖維混凝土進行了塌落度試驗、抗壓強度測試、抗拉強度測試,各種實驗情況如下:
1、塌落度與擴展度試驗
采用本發(fā)明實施例1的材料配比及其制備方法,按照《混凝土塌落度的試驗方法》(jisa1101-2005),對拌合好超高性能鋼纖維混凝土進行塌落度試驗。試驗后,觀測到所拌合的超高性能鋼纖維混凝土流動性良好,擴展直徑達到59cm。
2、抗壓強度實驗
采用本發(fā)明實施例1的材料配比及其制備方法制備成長×寬×高為100mm×100mm×100mm的立方體試件2組,每組3個,在室溫條件下覆蓋塑料薄膜養(yǎng)生,其中第1組試件的育齡期為14天,第2組試件的育齡期為28天。采用萬能壓力機,按照《混凝土強度檢驗評定標(biāo)準》(gb50107-2010)的抗壓強度測試方法,按照萬能壓力機的操作方法,測試試件的抗壓強度。
試驗結(jié)果表明:第1組齡期為14天的3個試件,平均軸心抗壓強度為130mpa,換算成150mm標(biāo)準試件的抗壓強度為123.5mpa,試驗后試件的破壞形態(tài)見圖1;第2組齡期為28天的3個試件,平均軸心抗壓強度為150mpa,換算成150mm標(biāo)準試件的抗壓強度為142.5mpa,試驗后試件的破壞形態(tài)見圖2。
3、拉伸試驗
采用本發(fā)明實施例1的材料配比及其制備方法制備成長×寬×厚為450mm×130mm×30mm的試件2組,每組2個,在室溫條件下覆蓋塑料薄膜養(yǎng)生,其中第1組試件的齡期為14天,第2組試件的齡期為28天。采用ans電子拉力試驗機測試試件的抗拉強度。試驗前將應(yīng)變計、應(yīng)變片布置在試件的測試標(biāo)距段內(nèi)。按儀器的操作方法對試件進行拉伸試驗,試驗前、試驗后的照片如圖3~圖6。試驗結(jié)果表明,第1組2個試件的平均抗拉彈性強度為3.9mpa,平均抗拉極限強度為6.8mpa;對第2組試件的測試后,1個試樣由于操作原因,破壞形態(tài)無效,另1個有效試件的抗拉彈性強度為4.9mpa,抗拉極限強度為7.8mpa。
實施例2
以1m3的超高性能鋼纖維混凝土為例,在1m3的超高性能鋼纖維混凝土中由下述質(zhì)量配比的材料成:
上述的水泥是型號為po425水泥;硅灰的顆粒分布范圍為0.1~0.15μm,比表面積為15-27m2/g;標(biāo)準砂的最大粒徑均小于0.5mm;鋼纖維為表面鍍銅的鋼纖維的長為13mm、直徑為0.16mm;減水劑的型號為西卡減水劑,包含2種組分,a組分為西卡3301c型高效減水劑,b組分為西卡微珠粉,a與b兩種組分配合使用可提高減水劑效果;水為自來水。
其制備方法與實施例1相同。
實施例3
以1m3的超高性能鋼纖維混凝土為例,在1m3的超高性能鋼纖維混凝土中由下述質(zhì)量配比的材料成:
上述的水泥是型號為po425水泥;硅灰的顆粒分布范圍為0.1~0.15μm,比表面積為15-27m2/g;標(biāo)準砂的最大粒徑均小于0.5mm;鋼纖維為表面鍍銅的鋼纖維的長為13mm、直徑為0.16mm;減水劑的型號為西卡減水劑,包含2種組分,a組分為西卡3301c型高效減水劑,b組分為西卡微珠粉,a與b兩種組分配合使用可提高減水劑效果;水為自來水。
其制備方法與實施例1相同。
實施例4
以1m3的超高性能鋼纖維混凝土為例,在1m3的超高性能鋼纖維混凝土中由下述質(zhì)量配比的材料成:
上述的水泥是型號為po425水泥;硅灰的顆粒分布范圍為0.1~0.15μm,比表面積為15-27m2/g;河砂的最大粒徑均小于0.5mm;鋼纖維為表面鍍銅的鋼纖維的長為13mm、直徑為0.16mm;減水劑的型號為西卡減水劑,包含2種組分,a組分為西卡3301c型高效減水劑,b組分為西卡微珠粉,a與b兩種組分配合使用可提高減水劑效果;水為自來水。
其制備方法與實施例1相同。
發(fā)明人采用本發(fā)明實施例4制備的超高性能鋼纖維混凝土進行了抗壓強度測試、抗拉強度測試、實橋應(yīng)用檢驗,各種實驗情況如下:
1、抗壓強度測試
采用本發(fā)明實施例4的材料配比及其制備方法制備成長×寬×高為150mm×150mm×150mm的立方體試件1組,每組3個,制備長×寬×高為300mm×150mm×150mm的棱柱體試件1組,每組3個,在環(huán)境溫度20℃條件下覆蓋塑料薄膜養(yǎng)生。采用萬能壓力機,按照《混凝土強度檢驗評定標(biāo)準》(gb50107-2010)的抗壓強度測試方法,按照萬能壓力機的操作方法,測試試件28天齡期時的抗壓強度。
試驗結(jié)果表明:3個立方體試件的平均軸心抗壓強度為108.6mpa;3個棱柱體試件的平均軸心抗壓強度為101.6mpa。試驗后試件的破壞形態(tài)見圖7。
2、拉伸試驗
采用本發(fā)明實施例4的材料配比及其制備方法制備成長×寬×厚為450mm×130mm×30mm的試件1組,每組3個,在環(huán)境溫度20℃條件下覆蓋塑料薄膜養(yǎng)生28天。采用ans電子拉力試驗機測試試件的抗拉強度。試驗前將導(dǎo)桿引申儀、應(yīng)變片布置在試件的測試標(biāo)距段內(nèi)。按儀器的操作方法對試件進行拉伸試驗,試驗前、試驗后的照片如圖8、圖9。試驗結(jié)果表明,3個試件的平均抗拉極限強度為9.04mpa。
3、實橋應(yīng)用檢驗
銅川混凝土空心板橋在重載車輛荷載作用下,混凝土橋面板開裂,見圖10。采用本發(fā)明實施例4的超高性能鋼纖維混凝土加固該橋的第一跨,采用聚丙烯纖維混凝土加固該橋的第二跨。
加固過程中,本發(fā)明實施例4的超高性能鋼纖維混凝土工作性能良好。加固后運營通車6個月,檢測到該橋第一跨橋面無開裂,見圖11,該橋第二跨出現(xiàn)了橫橋向細小裂縫,見圖12。橋梁加固實例證明,采用發(fā)明實施例4所制備的超高性能鋼纖維混凝土進行加固的效果顯著、可靠。
實施例5
以1m3的超高性能鋼纖維混凝土為例,在1m3的超高性能鋼纖維混凝土中由下述質(zhì)量配比的材料成:
上述的水泥是型號為po425水泥;硅灰的顆粒分布范圍為0.1~0.15μm,比表面積為15-27m2/g;河砂的最大粒徑均小于0.5mm;鋼纖維為表面鍍銅的鋼纖維的長為13mm、直徑為0.16mm;減水劑的型號為西卡減水劑,包含2種組分,a組分為西卡3301c型高效減水劑,b組分為西卡微珠粉,a與b兩種組分配合使用可提高減水劑效果;水為自來水。
其制備方法與實施例1相同。
實施例6
以1m3的超高性能鋼纖維混凝土為例,在1m3的超高性能鋼纖維混凝土中由下述質(zhì)量配比的材料成:
上述的水泥是型號為po425水泥;硅灰的顆粒分布范圍為0.1~0.15μm,比表面積為15-27m2/g;河砂的最大粒徑均小于0.5mm;鋼纖維為表面鍍銅的鋼纖維的長為13mm、直徑為0.16mm;減水劑的型號為西卡減水劑,包含2種組分,a組分為西卡3301c型高效減水劑,b組分為西卡微珠粉,a與b兩種組分配合使用可提高減水劑效果;水為自來水。
其制備方法與實施例1相同。