一種橋梁伸縮縫區灌縫混凝土及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種橋梁伸縮縫區灌縫混凝土，包括FERRO纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、膠凝材料、玄武巖碎石、砂、水和外加劑，各組分的重量組份為：FERRO纖維1-3份、玄武巖纖維2-4份、鋼纖維30-60份、膠凝材料400-550份、玄武巖碎石1000-1150份、砂650-800份、水140-160份和外加劑3-6份。本發明還公開了橋梁伸縮縫區灌縫混凝土的制備方法。本發明的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土保證提供較大的抗彎折能力的情況下，大幅提高混凝土抗沖擊耗能能力，延長混凝土壽命，保障行車安全。
【專利說明】一種橋梁伸縮縫區灌縫混凝土及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于道路建筑材料【技術領域】，具體涉及一種橋梁伸縮縫區灌縫混凝土及其制備方法。
【背景技術】
[0002]現有橋梁為滿足橋面在溫度、混凝土收縮和徐變等的變形要求，通常均在兩梁端之間、梁端與橋臺之間或橋梁的鉸接位置上設置伸縮縫。且要求伸縮縫在平行、垂直于橋梁軸線的兩個方向，均能自由伸縮，牢固可靠，車輛行駛過時應平順、無突跳與噪聲，以此保證行車安全。但伸縮縫在橋梁結構中屬于次要附屬部位，投資額小，在多數情況下都被安排在工程臨近結束前倉促施工，導致伸縮縫區灌縫混凝土得不到應有的養護而加速開裂破壞，造成橋梁剛通車運營不久，橋梁伸縮縫處就會出現跳車現象，接著錨固系統失效，最后整個伸縮縫產生變形，無法使用，影響交通安全。且后期維修處理時為壓縮施工時間，常用一些耐久性差的早期高強混凝土做修補，致使伸縮縫處問題頻發，形成較大的經濟損失。
[0003]為改善和解決伸縮縫兩側錨固區混凝土承受車輛反復沖擊的損壞，目前常選用鋼纖維混凝土代替普通素混凝土的做法，用以提高錨固區混凝土的抗彎折能力，然而，由于常用的混凝土破壞都屬于脆性破壞，一旦開裂，功能便基本喪失，特別是在后期反復的沖擊荷載之下，即使使用鋼纖維混凝土，其后期開裂耗能的能力也有限，最終將導致錨固區混凝土很快便出現大面積破壞；另外，為保證提高混凝土的力學性能，往往采用高強度的鋼纖維配合較高的摻量用以加強混凝土，其可能導致的結果是成本較高和有鋼纖維扎胎的風險，危害行車安全且不利于應用。
[0004]因此，需要一種新的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土以解決上述問題。
【發明內容】
[0005]發明目的:本發明針對現有技術中傳統伸縮縫區灌縫混凝土在性能方面的缺陷，提供一種通過纖維混雜制備的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土。
[0006]技術方案:為解決上述技術問題，本發明的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土采用如下技術方案:
一種橋梁伸縮縫區灌縫混凝土，包括FERRO纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、膠凝材料、玄武巖碎石、砂、水和外加劑，各組分的重量組份為:FERR0纖維1-3份、玄武巖纖維2-4份、鋼纖維30-60份、膠凝材料400-550份、玄武巖碎石1000-1150份、砂650-800份、水140-160份和外加劑3-6份。
[0007]更進一步的，所述的鋼纖維為普通短切鋼纖維。
[0008]更進一步的，所述的短切玄武巖纖維長度為6-20mm，單絲直徑為7-15um ;所述的FERRO纖維長度為54mm ;所述鋼纖維長度為20_40mm。
[0009]更進一步的，所述膠凝材料為水泥和粉煤灰的混合物，其中，水泥的重量百分比為75%-85%，粉煤灰的重量百分比為15%-25%。[0010]更進一步的，所述的水泥的強度為P.11.42.5或P.11.52.5，所述的粉煤灰為I級粉煤灰或II級粉煤灰。
[0011]更進一步的,所述的玄武巖碎石為5-20mm連續級配的玄武巖碎石。
[0012]更進一步的，所述的外加劑為引氣減水劑，所述引氣減水劑的減水率大于20%。
[0013]本發明還公開了一種橋梁伸縮縫區灌縫混凝土的制備方法，包括以下步驟:
(1)、稱取FERRO纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、膠凝材料、玄武巖碎石、砂、水和外加劑，各組分的重量組份為=FERRO纖維1-3份、玄武巖纖維2-4份、鋼纖維30-60份、膠凝材料400-550份、玄武巖碎石1000-1150份、砂650-800份、水140-160份和外加劑3_6份 (2)、將FERRO纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、玄武巖碎石和砂混合，通過攪拌將上述組分混合均勻；
(3)、將凝膠材料加入步驟(2)得到的混合材料中，攪拌使其混合均勻；
(4)、將外加劑和水加入步驟(3)得到的混合材料中，攪拌使其混合均勻，即得本發明的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土。
[0014]更進一步的，步驟(2)中攪拌時間為2-3分鐘，步驟(3)中攪拌時間為1-2分鐘，步驟(4)中攪拌時間為2-3分鐘。
[0015]發明原理:經研究發現，通過采用FERRO纖維、玄武巖纖維與鋼纖維混雜的辦法，可在減少鋼纖維使用量并保證不折減混凝土抗彎折能力的情況下，大幅提高混凝土開裂后期耗能能力，特別是在錨固區混凝土較注重的抗沖擊能力上的提高，將延長混凝土壽命，從而保障行車安全并取得較大的經濟利益。其材料體系配比及核心制備技術的系統研究尚未見報道，其創新性思路、理論及技術具有顯著的原創性。
[0016]有益效果:本發明的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土保證提供較大的抗彎折能力的情況下，大幅提高混凝土抗沖擊耗能能力，延長混凝土壽命，保障行車安全。
[0017]本發明生產產品可達到如下技術指標:
1、力學性能:28d抗壓強度為65-75MPa，28d抗折強度為6_7MPa，滿足C55/65要求；
2、混凝土抗彎韌性:依據美國材料協會標準(ASTMC 1018 ) 98)為基礎進行試驗結果分析可得:韌性指標最大值為15=4.9、110=9.2、120=18.9 (素混凝土 15=1.0、110=1.1、120=1.1);殘余強度指標最大值為R5’^86^-=97 (素混凝土 R值趨近于0，而理想彈塑性材料的R=IOO);
3、混凝土抗沖擊耗能能力:依據美國混凝土協會推薦規范進行標準落錘沖擊試驗，采用纖維混雜制備的各配方混凝土材料的初裂抗沖擊耗能能力最大約為素混凝土的1.6倍，約為純參鋼纖維混凝土的1.2倍；最終破壞耗能能力最大約為素混凝土的7.6倍，約為純參鋼纖維混凝土的2.5倍。
【具體實施方式】
[0018]下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0019]實施例1
橋梁伸縮縫區灌縫混凝土中各組分的重量含量為=FERRO纖維2份、玄武巖纖維2份、鋼纖維60份、膠凝材料480份、砂780份、玄武巖碎石1036份、水154份、外加劑4份。其中，FERRO纖維長度為54mm ;鋼纖維長度為20_40mm。膠凝材料為水泥和粉煤灰的混合物，其中，水泥的重量百分比為80%、粉煤灰的重量百分比為20%。水泥的強度為P.11.52.5。粉煤灰為一級粉煤灰。砂為中砂。玄武巖碎石為5-20_連續級配的玄武巖碎石。外加劑為引氣減水劑。
[0020]橋梁伸縮縫區灌縫混凝土混凝土的制備方法如下: (1)、稱取FERRO纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、膠凝材料、玄武巖碎石、砂、水和外加劑，各組分的重量組份為=FERRO纖維2份、玄武巖纖維2份、鋼纖維60份、膠凝材料480份、砂780份、玄武巖碎石1036份、水154份、外加劑4份；
(2)、將FERRO纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、玄武巖碎石和砂混合,攪拌2min;如攪拌完后出現纖維結團現象，可繼續攪拌Imin或至纖維完全分散為止；
(3)、將凝膠材料加入步驟(2)得到的混合材料中,攪拌Imin；
(4)、將外加劑和水加入步驟(3)得到的混合材料中，攪拌2min，即得本發明的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土。如試配過程中出現混凝土流動性過大或過小，可通過單方用水量和外加劑摻量進行調整。
[0021]依照實施例1所得的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土的測試結果:
1、力學性能:28d抗壓強度為75MPa，28d抗折強度為7MPa，滿足C65要求；
2、混凝土抗彎韌性:依據美國材料協會標準(ASTMC 1018 ) 98)為基礎進行試驗結果分析可得:韌性指標 15=4.9、110=9.2、120=18.9 (素混凝土 15=1.0、110=1.1、120=1.1)；殘余強度指標Κ5Λ°=86、Ria20=97 (素混凝土 R值趨近于0，而理想彈塑性材料的R=IOO)；
3、混凝土抗沖擊耗能能力:依據美國混凝土協會推薦規范進行標準落錘沖擊試驗，采用纖維混雜制備的混凝土材料的初裂抗沖擊耗能能力約為素混凝土的1.4倍，約為純參鋼纖維混凝土的1.1倍；最終破壞耗能能力約為素混凝土的6.9倍，約為純參鋼纖維混凝土的
2.1 倍。
[0022]實施例2
橋梁伸縮縫區灌縫混凝土中各組分的重量含量為=FERRO纖維3份、玄武巖纖維2份、鋼纖維30份、膠凝材料550份、砂800份、玄武巖碎石1150份、水160份、外加劑6份。其中，FERRO纖維長度為54mm ;玄武巖纖維長度為6_20mm，單絲直徑為7_15um ;鋼纖維的長度為20-40mm。膠凝材料為水泥和粉煤灰的混合物，其中，水泥的重量百分比為80%、粉煤灰的重量百分比為20%。水泥的強度為P.11.52.5。粉煤灰為一級粉煤灰。砂為中砂。玄武巖碎石為5-20_連續級配的玄武巖碎石。外加劑為引氣減水劑。
[0023]上述混凝土的制備方法如下:
(1)、稱取FERRO纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、膠凝材料、玄武巖碎石、砂、水和外加劑，各組分的重量組份為=FERRO纖維3份、玄武巖纖維2份、鋼纖維30份、膠凝材料550份、砂800份、玄武巖碎石1150份、水160份、外加劑6份；
(2)、將FERRO纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、玄武巖碎石和砂混合,攪拌3min;如攪拌完后出現纖維結團現象，可繼續攪拌Imin或至纖維完全分散為止；
(3)、將凝膠材料加入步驟(2)得到的混合材料中，攪拌2min；
(4)、將外加劑和水加入步驟(3)得到的混合材料中，攪拌3min，即得本發明的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土。如試配過程中出現混凝土流動性過大或過小，可通過單方用水量和外加劑摻量進行調整。
[0024]依照實施例2所得的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土的測試結果:
1、力學性能:28d抗壓強度為65MPa，28d抗折強度為6MPa，滿足C55要求；
2、混凝土抗彎韌性:依據美國材料協會標準(ASTMC 1018 ) 98)為基礎進行試驗結果分析可得:韌性指標 15=4.4、110=8.1、120=16.7 (素混凝土 15=1.0、110=1.1、120=1.1)；殘余強度指標Κ5Λ°=74、Ria20=86 (素混凝土 R值趨近于0，而理想彈塑性材料的R=IOO)；
3、混凝土抗沖擊耗能能力:依據美國混凝土協會推薦規范進行標準落錘沖擊試驗，采用纖維混雜制備的混凝土材料的初裂抗沖擊耗能能力約為素混凝土的1.6倍，約為純參鋼纖維混凝土的1.2倍；最終破壞耗能能力約為素混凝土的7.6倍，約為純參鋼纖維混凝土的
2.5 倍。
[0025]實施例3
橋梁伸縮縫區灌縫混凝土中各組分的重量含量為=FERRO纖維1份、玄武巖纖維4份、鋼纖維45份、膠凝材料400份、砂650份、玄武巖碎石1000份、水140份、外加劑3份。其中，FERRO纖維長度為54mm ;短切玄武巖纖維長度為6_20mm，單絲直徑為7_15um ;鋼纖維的長度為20-40mm。膠凝材料為水泥和粉煤灰的混合物，其中，水泥的重量百分比為80%、粉煤灰的重量百分比為20%。水泥的強度為P.11.52.5。粉煤灰為一級粉煤灰。砂為中砂。玄武巖碎石為5-20_連續級配的玄武巖碎石。外加劑為引氣減水劑。
`[0026]上述混凝土的制備方法如下:
(1)、稱取FERRO纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、膠凝材料、玄武巖碎石、砂、水和外加劑，各組分的重量組份為=FERRO纖維1份、玄武巖纖維2份、鋼纖維30份、膠凝材料400份、砂650份、玄武巖碎石1000份、水140份、外加劑3份；
(2)、將FERRO纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、玄武巖碎石和砂混合,攪拌2.5min ;如攪拌完后出現纖維結團現象，可繼續攪拌Imin或至纖維完全分散為止；
(3)、將凝膠材料加入步驟(2)得到的混合材料中,攪拌1.5min ；
(4)、將外加劑和水加入步驟(3)得到的混合材料中，攪拌2.5min,即得本發明的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土。如試配過程中出現混凝土流動性過大或過小，可通過單方用水量和外加劑摻量進行調整。
[0027]依照實施例3所得的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土的測試結果:
1、力學性能:28d抗壓強度為70MPa，28d抗折強度為6.5MPa，滿足C60要求；
2、混凝土抗彎韌性:依據美國材料協會標準(ASTMC 1018 ) 98)為基礎進行試驗結果分析可得:韌性指標 15=4.7、110=8.8、120=18.1 (素混凝土 15=1.0、110=1.1、120=1.1)；殘余強度指標Κ5Λ°=82、Ria20=93 (素混凝土 R值趨近于0，而理想彈塑性材料的R=IOO)；
3、混凝土抗沖擊耗能能力:依據美國混凝土協會推薦規范進行標準落錘沖擊試驗，采用纖維混雜制備的混凝土材料的初裂抗沖擊耗能能力約為素混凝土的1.3倍，與純參鋼纖維混凝土相當；最終破壞耗能能力約為素混凝土的4.5倍，約為純參鋼纖維混凝土的1.6倍。
【權利要求】
1.一種橋梁伸縮縫區灌縫混凝土，其特征在于，包括FERRO纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、膠凝材料、玄武巖碎石、砂、水和外加劑，各組分的重量組份為=FERRO纖維1-3份、玄武巖纖維2-4份、鋼纖維30-60份、膠凝材料400-550份、玄武巖碎石1000-1150份、砂650-800份、水140-160份和外加劑3-6份。
2.如權利要求1所述的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土，其特征在于，所述的鋼纖維為普通短切鋼纖維。
3.如權利要求1所述的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土，其特征在于，所述的玄武巖纖維長度為6-20mm，單絲直徑為7_15um ;所述的FERRO纖維長度為54mm ;所述鋼纖維長度為20_40mm。
4.如權利要求1所述的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土，其特征在于，所述膠凝材料為水泥和粉煤灰的混合物，其中，水泥的重量百分比為75%-85%，粉煤灰的重量百分比為15%-25%。
5.如權利要求4所述的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土，其特征在于，所述的水泥的強度為P.1I.42.5或P.11.52.5，所述的粉煤灰為I級粉煤灰或II級粉煤灰。
6.如權利要求1所述的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土，其特征在于，所述的玄武巖碎石為5-20mm連續級配的玄武巖碎石。
7.如權利要求1所述的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土，其特征在于，所述的外加劑為引氣減水劑，所述引氣減水劑的減水率大于20%。
8.一種橋梁伸縮縫區灌縫混凝土的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、稱取FERRO纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、膠凝材料、玄武巖碎石、砂、水和外加劑，各組分的重量組份為=FERRO纖維1-3份、玄武巖纖維2-4份、鋼纖維30-60份、膠凝材料400-550份、玄武巖碎石1000-1150份、砂650-800份、水140-160份和外加劑3_6份 (2)、將FERRO纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、玄武巖碎石和砂混合，通過攪拌將上述組分混合均勻； (3)、將凝膠材料加入步驟(2)得到的混合材料中，攪拌使其混合均勻； (4)、將外加劑和水加入步驟(2)得到的混合材料中，攪拌使其混合均勻，即得本發明的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土。
9.如權利要求8所述的橋梁伸縮縫區灌縫混凝土的制備方法，其特征在于，步驟(2)中攪拌時間為2-3分鐘，步驟(3)中攪拌時間為1-2分鐘，步驟(4)中攪拌時間為2-3分鐘。
【文檔編號】C04B14/38GK103570285SQ201310316298
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月25日 優先權日:2013年7月25日
【發明者】譚生光, 吳剛, 唐煜, 吁新華, 蔣劍彪 申請人:江西贛粵高速公路股份有限公司, 東南大學, 北京特希達科技有限公司