装配式空心板桥梁铰缝用纤维增强聚合物自密实混凝土

摘要

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种应用于新建或维修加固装配式空心板桥梁铰缝的纤维增强聚合物自密实混凝土。本发明由以下重量份的原料制成：胶凝材料520-650份，细集料650-800份，粗集料750-900份，水170-185份，钢纤维50-100份，聚合物乳液用量为胶凝材料的5%-10%，减水剂用量为胶凝材料的0.8%-1.2%，膨胀剂用量为胶凝材料的4%-8%。本发明针对装配式空心板桥梁铰缝存在的问题，具有免振捣、施工方便、早期强度高、收缩小、粘结强度高和抗疲劳性能好等优点，可以有效地提高装配式空心板桥梁的整体性能，延长桥梁的使用年限。

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种纤维增强聚合物自密实混凝土，尤其涉及一种应用于新建或维修加固装配式空心板桥梁铰缝的纤维增强聚合物自密实混凝土。 

背景技术

装配式空心板桥梁是我国桥梁工程中常见的桥型，该桥型由于其便于预制、安装快捷、施工工艺简单、工程造价较低等优点，在中小跨径桥梁中得到广泛地应用，目前国内90%以上跨径20m以下的公路桥梁采用装配式空心板结构。铰缝是将空心板连接成整体的重要构造措施，承担着横向荷载传递的功能，铰缝的质量决定着空心板整体工作性能。装配式空心板桥梁的运营过程中，空心板桥铰缝的破坏直接导致桥梁横向联系结构减弱，横向荷载传递能力降低，导致发生单个空心板受力现象，影响桥梁结构使用安全。同时，还可引起桥面铺装、伸缩装置、桥梁支座、桥台墩等的破坏，降低桥面平整度，甚至引起桥面铺装层出现开裂、破碎、剥离等现象。严重地影响了行车的舒适性，增加了行车的安全隐患，降低了桥梁结构的整体承载能力，使桥梁上部主要承重结构处于非常不利的受力状态，使作用在单独空心板上的荷载比设计时的标准荷载成倍地增加，导致空心板梁挠度大大增加，在车辆荷载的反复作用下容易发生板梁开裂，严重时会断板坍塌。导致空心板铰缝产生病害主要有设计、施工及铰缝材料等方面的原因，其中施工工艺和铰缝材料性能对空心板铰缝质量具有直接影响。铰缝为空心板梁后浇部分，铰缝形状窄而深，不利于铰缝混凝土的浇筑和振捣，混凝土容易出现不密实现象、强度达不到设计要求。目前在桥梁铰缝施工或维修加固工程中普遍采用普通混凝土或高强无收缩灌浆材料，普通混凝土作为铰缝材料时，由于其收缩降低了铰缝混凝土与空心板梁的粘结强度，尤其在疲劳荷载作用下新老混凝土间粘结力弱化严重，削弱了空心板梁的整体工作性能；高强无收缩灌浆材料具有早期强度高、无收缩及自密实等特点，但是高强无收缩灌浆材料存在强度高脆性大、抗疲劳性能不足等特点。由于铰缝受力异常复杂，在长期反复的车辆荷载作用下，疲劳问题突出，极易发生疲劳破坏。

自密实混凝土是在自身重力的作用下无需振捣即能密实成型的高性能混凝土。它既能显著降低混凝土施工中的噪音、减轻工人的劳动强度，解决传统混凝土施工中的由于漏振、过振等人为因素而造成的麻面、泛浆或因钢筋稠密、结构复杂而难以振捣等问题，又有利于资源的综合利用和生态环境的保护。在普通混凝土中使用纤维作为增强材料，同时采用聚合物进行改性可以有效减小混凝土的收缩，提高普通混凝土的抗裂性能、抗拉强度、疲劳强度及粘结强度。

发明内容

本发明针对装配式空心板桥梁铰缝存在的问题，将纤维和聚合物与自密实混凝土进行结合形成纤维增强聚合物自密实混凝土，具有免振捣、施工方便、早期强度高、收缩小、粘结强度高和抗疲劳性能好等优点，作为一种新型铰缝材料，可以有效地提高装配式空心板桥梁的整体性能，延长桥梁的使用年限。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种装配式空心板桥梁铰缝用纤维增强聚合物自密实混凝土，由以下重量份的原料制成：胶凝材料520-650份，细集料650-800份，粗集料750-900份，水170-185份，钢纤维50-100份，聚合物乳液用量为胶凝材料的5%-10%，减水剂用量为胶凝材料的0.8%-1.2%，膨胀剂用量为胶凝材料的4%-8%。

根据上述的纤维增强聚合物自密实混凝土，所述胶凝材料由以下重量百分比的原料制成：普通硅酸盐水泥50%-70%、快硬硫铝酸盐水泥10%-20%、粉煤灰10%-20%和矿渣粉10%-20%。

根据上述的纤维增强聚合物自密实混凝土，所述普通硅酸盐水泥强度等级为42.5级，所述快硬硫铝酸盐水泥强度等级为42.5级，所述粉煤灰为一级粉煤灰；所述矿渣粉为S95级矿渣粉。

根据上述的纤维增强聚合物自密实混凝土，所述细集料为河砂或机制砂，细度模数为2.5-2.8。

根据上述的纤维增强聚合物自密实混凝土，所述粗集料为花岗岩碎石、玄武岩碎石或石灰岩碎石，粒径为5-10 mm。

根据上述的纤维增强聚合物自密实混凝土，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。

根据上述的纤维增强聚合物自密实混凝土，所述膨胀剂为UEA型混凝土膨胀剂。

根据上述的纤维增强聚合物自密实混凝土，所述钢纤维为镀铜钢纤维，直径为0.20mm，长度为13mm，抗拉强度大于1500MPa。

根据上述的纤维增强聚合物自密实混凝土，所述聚合物乳液为丁苯乳液、丙烯酸酯乳液、醋酸乙烯乳液或乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液。

本发明的积极有益效果是：

本发明应用于新建或维修加固装配式空心板桥梁铰缝的纤维增强聚合物自密实混凝土（1）具有早期强度高的特点，可以应用于装配式空心板桥梁铰缝的维修加固，以缩短施工工期；（2）同时可以有效地保证铰缝混凝土的浇筑密实，1d强度即可达到施工要求，28d强度能够满足设计要求；（3）消除铰缝混凝土的收缩，增强铰缝混凝土与空心板梁体的粘结强度，提高空心板梁整体工作性能；（4）同时施工工艺简单，减少混凝土的振捣环节，节约施工时间，具有显著的经济和社会效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例空心板桥梁铰缝用纤维增强聚合物自密实混凝土由以下重量份的原料制成：胶凝材料580份、细集料734份、粗集料898份、水174份、钢纤维50份、聚合物乳液29份、减水剂5.8份和膨胀剂29份。

其中，胶凝材料又由以下重量份的原料组成：普通硅酸盐水泥290份、硫铝酸盐水泥58份、一级粉煤灰116份和S95级矿渣粉116份；细集料为河砂，细度模数为2.5-2.8，砂率为45%；粗集料为石灰岩碎石，粒径5mm~10mm；钢纤维为镀铜钢纤维，直径0.20mm，长度13mm，抗拉强度2200MPa；聚合物乳液为丁苯乳液；减水剂为聚羧酸高性能减水剂；膨胀剂为UEA混凝土膨胀剂。

本实施例采用先干拌后湿拌的制备方法，具体如下：

先将胶凝材料、膨胀剂、细集料、粗集料投入搅拌机进行干拌1~2分钟，然后均匀撒入钢纤维，再干拌1~2分钟，最后加入拌和均匀的水、减水剂和聚合物乳液，再搅拌2~3分钟后即可出料使用。

经过测试，所得纤维增强聚合物自密实混凝土各项性能指标见表1。由表1中结果可知，纤维增强聚合物自密实混凝土可以实现自密实，早期强度高，28d强度满足设计要求，同时24d龄期微膨胀，铰缝混凝土可与空心板梁体形成较高的粘结强度。

表1 实施例1性能检测结果

实施例2

本实施例空心板桥梁铰缝用纤维增强聚合物自密实混凝土由以下重量份的原料制成：胶凝材料580份、细集料738份、粗集料866份、水174份、钢纤维78份、聚合物乳液29份、减水剂6.4份和膨胀剂29份。

其中，胶凝材料又由以下重量份的原料组成：普通硅酸盐水泥348份、硫铝酸盐水泥116份、一级粉煤灰58份和S95级矿渣粉58份；细集料为河砂，细度模数为2.5-2.8，砂率为46%；粗集料为石灰岩碎石，粒径5mm~10mm；钢纤维为镀铜钢纤维，直径0.20mm，长度13mm，抗拉强度1600MPa；聚合物乳液为乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液；减水剂为聚羧酸高性能减水剂；膨胀剂为UEA混凝土膨胀剂。

本实施例采用先干拌后湿拌的制备方法，具体制备方法与实施例1中制备方法相同。

经过测试，所得纤维增强聚合物自密实混凝土各项性能指标见表2。

表2 实施例2性能检测结果

实施例3

本实施例空心板桥梁铰缝用纤维增强聚合物自密实混凝土由以下重量份的原料制成：胶凝材料620份、细集料660份、粗集料840份、水180份、钢纤维100份、聚合物乳液62份、减水剂7.4份和膨胀剂31份。

其中，胶凝材料又由以下重量份的原料组成：普通硅酸盐水泥372份、硫铝酸盐水泥93份、一级粉煤灰62份和S95级矿渣粉93份；细集料为河砂，细度模数为2.5-2.8，砂率为44%；粗集料为石灰岩碎石，粒径5mm~10mm；钢纤维为镀铜钢纤维，直径0.20mm，长度13mm，抗拉强度1800MPa；聚合物乳液为丙烯酸酯乳液；减水剂为聚羧酸高性能减水剂；膨胀剂为UEA混凝土膨胀剂。

本实施例采用先干拌后湿拌的制备方法，具体制备方法与实施例1中制备方法相同。

经过测试，所得纤维增强聚合物自密实混凝土各项性能指标见表3。

表3 实施例3性能检测结果

实施例4

本实施例空心板桥梁铰缝用纤维增强聚合物自密实混凝土由以下重量份的原料制成：胶凝材料520份、细集料776份、粗集料876份、水170份、钢纤维75份、聚合物乳液52份、减水剂5.2份和膨胀剂26份。

其中，胶凝材料又由以下重量份的原料组成：普通硅酸盐水泥364份、硫铝酸盐水泥52份、一级粉煤灰52份和S95级矿渣粉52份；细集料为河砂，细度模数为2.5-2.8，砂率为47%；粗集料为石灰岩碎石，粒径5mm~10mm；钢纤维为镀铜钢纤维，直径0.20mm，长度13mm，抗拉强度2000MPa；聚合物乳液为丁苯乳液；减水剂为聚羧酸高性能减水剂；膨胀剂为UEA混凝土膨胀剂。

本实施例采用先干拌后湿拌的制备方法，具体制备方法与实施例1中制备方法相同。

经过测试，所得纤维增强聚合物自密实混凝土各项性能指标见表4。

表4 实施例4性能检测结果

实施例5

本实施例空心板桥梁铰缝用纤维增强聚合物自密实混凝土由以下重量份的原料制成：胶凝材料650份、细集料660份、粗集料842份、水182份、钢纤维100份、聚合物乳液32.5份、减水剂7.8份和膨胀剂26份。

其中，胶凝材料又由以下重量份的原料组成：普通硅酸盐水泥455份、硫铝酸盐水泥65份、一级粉煤灰65份和S95级矿渣粉65份；细集料为河砂，细度模数为2.5-2.8，砂率为44%；粗集料为石灰岩碎石，粒径5mm~10mm；钢纤维为镀铜钢纤维，直径0.20mm，长度13mm，抗拉强度2000MPa；聚合物乳液为丁苯乳液；减水剂为聚羧酸高性能减水剂；膨胀剂为UEA混凝土膨胀剂。

本实施例采用先干拌后湿拌的制备方法，具体制备方法与实施例1中制备方法相同。

经过测试，所得纤维增强聚合物自密实混凝土各项性能指标见表5。

表5 实施例5性能检测结果

本发明并不局限于上述具体实施方式，本领域技术人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或者类似的变化都应涵盖在本发明权利要求的范围内。