專利名稱：一種高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土及其制備方法
技術領域：
本發明屬于建筑材料領域，具體涉及一種鋼管混凝土及其制備方法。
背景技術：
鋼管混凝土屬于套箍混凝土，在本質上屬于三向應力混凝土，具有非常優異的力學性能。因此，除具有一般套箍混凝土的強度高、塑性好、質量輕、耐疲勞、耐沖擊外，鋼管既能作為承重骨架，同時也是混凝土的模板，復合在一起的鋼管混凝土構件承載力高，具有良好的塑性和韌性，而且易于泵送施工。與普通鋼筋混凝土結構相比，在保持用鋼量相近、承載力相同的條件下，鋼管混凝土構件的橫截面積可減小約一半，混凝土的用量及結構自重相應可減少約百分之五十，這對于大跨徑結構特別是大跨徑橋梁來說，是一種最有效和最經濟的結構形式。而高摻量鋼纖維對混凝土的抗劈裂性能有大幅的提升，以此再與鋼管復合形成的鋼管混泥土力學性能更加優秀。
發明內容
本發明的目的在于提供一種高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土及其制備方法，該方法制備的混凝土具有較高的工作性能，優秀的抗劈裂性能。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是一種高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土，其特征在于它包括膠結材料、粗骨料、細骨料、鋼纖維、高效減水劑和水，各組分的配比為膠結材料600-680kg/m3，粗骨料560 664kg/m3，細骨料936 1000kg/m3，水190 210kg/m3，高效減水劑按重量計為膠結材料總重量的1. 2 1. 5%，鋼纖維按體積計為混凝土總體積的1. 5 2. 0% ；其中所述膠結材料由普通硅酸鹽水泥、無機礦物摻合料及膨脹劑組成，所述無機礦物摻合料為硅灰和粉煤灰；膠結材料中各組分按重量百分比計普通硅酸鹽水泥70 75%，硅灰 7. 5-10%，粉煤灰 10-15%，膨脹劑 7. 5-10%。按上述方案，所述的普通硅酸鹽水泥為52. 5級普通硅酸鹽水泥；普通硅酸鹽水泥的用量根據所需配制混凝土強度等級要求決定。按上述方案，所述的硅灰的比表面積為800-1000m2/kg ；所述的粉煤灰為一級灰粉煤灰。所述的膨脹劑為HCSA高性能混凝土膨脹劑，比表面積為300 350m2/kg。按上述方案，所述的粗骨料為連續級配碎石(80襯％的10_20mm碎石、20襯％的 5-10mm 碎石)。按上述方案，所述的細骨料為天然河砂(天然砂)，含泥量不大于2wt %，細度模數為 2. 5 3. 0。按上述方案，所述的鋼纖維特征為鋼纖維長度為25 50mm，截面直徑為0. 3 0. 8mm，長徑比為55 80。
按上述方案，所述高效減水劑的減水率為25%以上，優選為聚羧酸系高效減水劑。上述一種高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土的制備方法，其特征在于它包括以下步驟1)按各組分的配比為按各組分的配比為膠結材料600_680kg/m3，粗骨料560 664kg/m3，細骨料936 1000kg/m3，水190 210kg/m3，高效減水劑按重量計為膠結材料總重量的1. 2 1. 5%，鋼纖維按體積計為混凝土總體積的1. 5 2. 0% (精確到小數點后一位數，實施例1為1.494% )；其中所述膠結材料由普通硅酸鹽水泥、無機礦物摻合料及膨脹劑組成，所述無機礦物摻合料為硅灰和粉煤灰；膠結材料中各組分按重量百分比計普通硅酸鹽水泥70 75%，硅灰7. 5-10%，粉煤灰10-15%，膨脹劑7. 5-10% ；選取原料；2)將膠結材料、粗骨料和細骨料倒入攪拌機內進行機械攪拌2 3min，加入鋼纖維，機械攪拌2 3min，使鋼纖維充分分散，然后再加入混合均勻的高效減水劑和水的混合溶液，機械攪拌3 5min，得到高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土(混合物漿料， 即可施工)。所述的高摻鋼纖維是指鋼纖維的摻入量高，鋼纖維按體積計為混凝土總體積的 1. 5 2. 0%。所述的超長鋼管是指鋼管的長度為大于500m。本發明的原理為本發明中利用高摻量鋼纖維對混凝土的抗劈裂性能顯著的提高，并以該混凝土作為基體與鋼管形成鋼管混凝，由于兩種材料橫向變形性能之間的差異，在外荷載作用下，當混凝土的橫向變形超過鋼管的橫向變形時，由于鋼管對混凝土的約束作用，將在鋼管和混凝土的界面間產生緊箍力，使混凝土處子三向受壓狀態，從而顯著的提高其力學性能。摻加鋼纖維是為當復合材料受力時，載荷一般都是直接加在基體上，然后通過一定方式傳遞至纖維上，使纖維受力。通常情況下，鋼纖維各部分受力是不均勻的，變形也不均勻。從細觀上來看，鋼纖維的彈性模量比水泥基體的要大。基體與鋼纖維是緊密結合在一起的，鋼纖維將限制水泥基體產生過大的變形，于是在基體與鋼纖維之間的界面部分便產生了剪應力和剪應變，并將所承受的載荷合理分配到鋼纖維和水泥基體這兩個組成部分上。鋼纖維通過界面上沿其軸向的剪應力傳遞載荷，會受到比基體中更大的拉應力，這就是鋼纖維能增強混凝土基體的主要原因。摻加的礦物摻合料可降低混凝土水灰比，減少混凝土收縮率，提高混凝土的密實性和混凝土抗開裂能力，其中粉煤灰的主要成分是一種微玻璃珠體，其具有良好的形態效應，將其加入到砂漿中一方面能改善其和易性，另一方面還能提高石膏的耐水性，減少水泥水化硬化的放熱收縮；摻加的硅灰粉作為一種輔助性膠凝材料能夠改善硬化水泥漿體的微結構，主要原因為首先硅灰粉具有很高的火山灰活性，即硅灰粉本身基本上與水不發生水化作用，但它能夠在水泥水化產物Ca(OH)2及其它一些化合物的激發作用下發生二次水化反應而生成具有膠凝性的產物；其次，硅灰粉具備微集料特性，這不僅使其自身可以填充硬化水泥漿體中的有害孔，而且其二次水化產物也可以填充硬化水泥漿體中的有害孔，從而改善硬化水泥漿體孔隙結構，提高致密性；摻加的膨脹劑主要功能是補償混凝土硬化過程中的干縮和冷縮。為減免收縮開裂，設計上保證補償收縮混凝土的配合比保證足夠的限制膨脹率，保證鋼管內混凝土的三向受力，使套箍作用不因混凝土自身收縮而產生縫隙造成影響。本發明的有益效果1、本發明的混凝土具有優秀的抗劈裂性能，力學性能和耐久性能，使鋼管與混凝土的套箍作用更強。2、該混凝土具有良好的工作性能，同時有超高緩凝時間(初凝時間13h左右)，能夠滿足超長鋼管拱頂升灌注所需的超常施工時間。3、該、混凝土具有早強，高強，3天能夠達到80 %強度，能夠直接承受載荷進行拱上繼續施工，大大的縮短工期。
具體實施例方式為了更好的理解本發明，下面結合以下實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。實施例1 6 —種高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土(或稱鋼纖維鋼管混凝土)的制備方法，它包括以下步驟1)以配制Im3鋼纖維鋼管混凝土為例，根據表1中的配比選取原材料，各原材料具體如下水泥選用52. 5級普通硅酸鹽水泥。無機礦物摻合料其中粉煤灰為一級灰；硅灰(即硅微粉)的比表面積為 800-1000m2/kg ；粗骨料連續級配碎石10-20mm碎石、5_10mm碎石)。天然砂(細骨料)為天然河砂，含泥量不大于2wt%，細度模數為2. 5 3.0。膨脹劑為HCSA高性能混凝土膨脹劑，比表面積為300 350m2/kg。高效減水劑所述的高效減水劑為聚羧酸系高效減水劑，減水率為25%以上；鋼纖維長度為25 50mm，截面直徑為0. 3 0. 8mm ；長徑比為55 80，密度 7830kg/m3；表1 實施例1-6中高摻鋼纖維鋼管混凝土的原料配方
權利要求
1.一種高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土，其特征在于它包括膠結材料、 粗骨料、細骨料、鋼纖維、高效減水劑和水，各組分的配比為膠結材料600-680kg/m3，粗骨料560 664kg/m3，細骨料936 1000kg/m3，水190 210kg/m3，高效減水劑按重量計為膠結材料總重量的1. 2 1. 5%，鋼纖維按體積計為混凝土總體積的1. 5 2. 0% ；其中所述膠結材料由普通硅酸鹽水泥、無機礦物摻合料及膨脹劑組成，所述無機礦物摻合料為硅灰和粉煤灰；膠結材料中各組分按重量百分比計普通硅酸鹽水泥70 75%， 硅灰7. 5-10%，粉煤灰10-15%，膨脹劑7. 5-10%。
2.根據權利要求1所述的一種高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土，其特征在于所述的普通硅酸鹽水泥為52. 5級普通硅酸鹽水泥。
3.根據權利要求1所述的一種高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土，其特征在于所述的硅灰的比表面積為800-1000m2/kg ；所述的粉煤灰為一級灰粉煤灰。
4.根據權利要求1所述的一種高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土，其特征在于所述的膨脹劑為HCSA高性能混凝土膨脹劑，比表面積為300 350m2/kg。
5.根據權利要求1所述的一種高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土，其特征在于所述的粗骨料為連續級配碎石，80襯％的10-20mm碎石、20襯％的5_10mm碎石。
6.根據權利要求1所述的一種高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土，其特征在于所述的細骨料為天然河砂，含泥量不大于2wt%，細度模數為2. 5 3. 0。
7.根據權利要求1所述的一種高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土，其特征在于所述的鋼纖維特征為鋼纖維長度為25 50mm，截面直徑為0. 3 0. 8mm，長徑比為 55 80。
8.根據權利要求1所述的一種高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土，其特征在于所述高效減水劑的減水率為25%以上，優選為聚羧酸系高效減水劑。
9.根據權利要求8所述的一種高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土，其特征在于所述高效減水劑為聚羧酸系高效減水劑。
10.一種制備權利要求1所述的一種高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土的方法，其特征在于它包括以下步驟1)按各組分的配比為按各組分的配比為膠結材料600-680kg/m3，粗骨料560 664kg/m3，細骨料930 1000kg/m3，水190 210kg/m3，高效減水劑按重量計為膠結材料總重量的1. 2 1. 5%，鋼纖維按體積計為混凝土總體積的1. 5 2. 0% ；其中所述膠結材料由普通硅酸鹽水泥、無機礦物摻合料及膨脹劑組成，所述無機礦物摻合料為硅灰和粉煤灰；膠結材料中各組分按重量百分比計普通硅酸鹽水泥70 75%， 硅灰7. 5-10%，粉煤灰10-15%，膨脹劑7. 5-10% ；選取原料；2)將膠結材料、粗骨料和細骨料倒入攪拌機內進行機械攪拌2 3min，加入鋼纖維，機械攪拌2 3min，使鋼纖維充分分散，然后再加入混合均勻的高效減水劑和水的混合溶液， 機械攪拌3 5min，得到高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土。
全文摘要
本發明涉及一種鋼管混凝土及其制備方法。一種高摻鋼纖維頂升灌注超長鋼管拱高強混凝土，其特征在于它包括膠結材料、粗骨料、細骨料、鋼纖維、高效減水劑和水，各組分的配比為膠結材料600-680kg/m3，粗骨料560～664kg/m3，細骨料936～1000kg/m3，水190～210kg/m3，高效減水劑按重量計為膠結材料總重量的1.2～1.5％，鋼纖維按體積計為混凝土總體積的1.5～2.0％；其中所述膠結材料由普通硅酸鹽水泥、無機礦物摻合料及膨脹劑組成，所述無機礦物摻合料為硅灰和粉煤灰；膠結材料中各組分按重量百分比計普通硅酸鹽水泥70～75％，硅灰7.5-10％，粉煤灰10-15％，膨脹劑7.5-10％。該方法制備的混凝土具有較高的工作性能，優秀的抗劈裂性能。
文檔編號C04B28/04GK102503317SQ20111037904
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月24日 優先權日2011年11月24日
發明者曹曉梅, 李儒光, 林家超, 歐陽康, 趙磊, 陳友治, 陳奇 申請人:武漢理工大學