[发明专利]一种钢箱梁桥面用水泥基复合材料及其制备和铺装

说明书

技术领域

本发明属于材料科学与工程领域，具体涉及一种钢箱梁桥面用水泥基复合材料及其制备方法和铺装方法。

背景技术

由于钢箱梁桥具有自重轻、节省钢材、易预制安装等显著优势，被广泛应用于国内外桥梁、市政工程建设。采用钢板铺设防锈层后焊接剪力件+钢筋网+混凝土+防水粘结层+面层SMA的钢箱梁桥面铺装方案仅适用于200m左右的桥梁，极大的限制了我国大型桥梁的建设创新。

传统方案用于较大跨度钢箱梁桥面存在以下问题：1）在反复的交通荷载和高低温荷载的双重作用下，水泥混凝土易产生疲劳开裂，导致水分浸入加剧其中的钢筋锈蚀，降低了桥梁使用寿命；2）由于普通混凝土自重较大，力学性能及耐久性不佳等问题，在很大程度上限制了桥梁跨径拔高；3）由于主梁梁体混凝土较铺装层先完成，其混凝土与后浇铺装层混凝土存在较大的工作龄期差，使得先浇混凝土与后浇混凝土因收缩值不同产生剪应力差，对结构造成了附加应力，对混凝土的韧性提出了更高的要求。由此可以看出，当前对桥梁铺装材料的设计并未完全满足实际桥梁建设事业跨径发展要求，亟需对桥梁铺装层材料进行优化。

目前，提出新型铺装结构并在普通水泥基材料的基础上开发轻集料、优选外加剂等是解决该难题的主要技术手段。但采用普通的轻集料混凝土存在强度以及耐久性方面不足的问题，疲劳开裂现象屡见不鲜，同时轻集料混凝土在施工振动过程中，轻集料、细集料、未水化的水泥颗粒及水泥浆体的密度各不相同，轻集料和粉煤灰等矿物掺合料易出现上浮，导致铺装层材料产生分层现象，影响其耐磨性及使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于较大跨径钢箱梁桥面铺装的轻质、高韧性水泥基复合材料及其制备方法，通过材料优化，提高了桥面铺装层的耐久性以及降低了整体自重，同时节约了工程造价，适宜于较大跨径钢箱梁桥面铺装。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种钢箱梁桥面用水泥基复合材料，各组分的配比按重量份数计为：

水泥849～881，

石英砂339～425，

陶砂215～273，

粉煤灰100～226，

硅灰30～56，

水275～295，

减水剂10～13，

钢纤维40～80，

有机纤维6.5～13，

环氧树脂混合物20～30，

所述的环氧树脂混合物为水泥基复合材料制备时加入的环氧树脂及其固化剂的混合物；所述的有机纤维为聚乙烯醇纤维（PVA）。

按上述方案，所述的水泥选用P·O52.5硅酸盐水泥。

按上述方案，所述的陶砂的细度模数为3.1～3.7，堆积密度800-900kg/m³，吸水率10-15%；所述的石英砂的细度模数1.0～1.5。

按上述方案，所述的环氧树脂为双酚A环氧树脂或非离子型水性环氧树脂，环氧当量195±5；所述固化剂为多元胺类固化剂，活泼氢当量400±5。

按上述方案，所述的粉煤灰为II级粉煤灰或I级粉煤灰；所述的硅灰平均粒径在0.1～0.3μm，比表面积为：20～28m²/g。

按上述方案，所述的减水剂为萘系减水剂或聚羧酸减水剂。

按上述方案，所述的钢纤维为多锚固点的碳素冷拔钢丝切断型，长度为25～35mm。

按上述方案，所述的聚乙烯醇纤维长度11～13mm，密度1.3g/cm³。

按上述方案，所述的水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将环氧树脂及其固化剂混合均匀，得到环氧树脂组分备用；将陶砂用水浸泡，使其充分吸水饱和，取出晾至饱和面干状态；

2）在将水泥、石英砂、陶砂、粉煤灰、硅灰投料后，加入水和减水剂，搅拌混合均匀，再加入已混合均匀的环氧树脂组分，搅拌混合均匀，最后加入聚乙烯醇纤维，搅拌到纤维能够均匀分布的状态。

按上述方案，所述的水泥基复合材料的铺装方法，包括以下步骤：

1）预先对钢箱梁桥梁梁板喷洒一层界面粘结剂。

2）利用混凝土罐车将制备好的轻质高韧性水泥基复合材料运输至施工现场，直接倒入安装好侧模的路槽内，人工找补。

3）摊铺完成后立即用震动棒振捣，材料厚度控制为6～8cm，刮平，机械抹光，最后覆盖塑料薄膜。

本发明的有益效果是：