[发明专利]用于钢-混组合梁负弯矩区的长寿命混凝土及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及长寿命混凝土制备领域，具体涉及一种用于钢-混组合梁负弯矩区的长寿命混凝土及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展，钢-混组合梁(即钢梁和混凝土板组合)大量应用于大型桥梁，组合梁结构跟其他结构形式的桥梁相比，在施工、维护及使用寿命方面，有很多优点。与一般钢-混组合梁相比，海洋环境下的钢-混组合梁的混凝土的工作环境恶劣，不仅要受到交通荷载的反复作用，还要受到温度变化、干湿交替、盐雾中氯离子侵蚀等作用。因此，海洋环境下的钢-混组合梁的混凝土需要具有优良的韧性和结构耐久性；对于钢-混组合梁负弯矩区的桥面板混凝土而言，桥面板混凝土与钢主梁在弹性模量、挠曲变形、疲劳性能及韧性等特性方面存在较大差异，导致桥面板混凝土工作环境更加恶劣，对桥面板混凝土的抗弯拉性、韧性、抗开裂性和结构耐久性要求更高。

下面对现有的提高混凝土抗裂性能和结构耐久性的方法进行介绍。

一、提高混凝土的抗裂性能

目前，国内外一般通过掺加钢纤维或有机聚合物纤维(例如聚丙烯腈和聚丙烯)来提高混凝土的韧性和延性，制备较高抗裂性能的混凝土，但是掺加钢纤维或有机聚合物纤维分别存在以下缺陷：

(1)钢纤维本身容易锈蚀，无法满足海洋环境下的耐久性要求，而且钢纤维(例如镀铜纤维)的成本较高，不便大量使用。

(2)有机聚合物纤维自身的抗拉强度和弹性模量较低，难以解决特定环境下的组合梁桥面板的抗裂性问题，钢-混组合梁负弯矩区的桥面板混凝土采用有机聚合物纤维制备时，会因抗弯拉及韧性不足而出现结构破坏，进而使得使用寿命较短。

二、提高混凝土结构耐久性

目前，混凝土主要通过掺加矿物掺合料(例如粉煤灰、磨细矿渣粉和硅粉等)和高效减水剂来提高混凝土的密实性，进而提高抗氯离子渗透能力。但是大量工程实践表明，掺加矿物掺合料在改善混凝土工作性能和抗氯离子渗透性能的同时，会增大混凝土的自身收缩，进而使得混凝土容易产生裂缝，给侵蚀性氯离子和二氧化碳提供了通道，加快了有害离子侵蚀速率，造成混凝土劣化，降低了混凝土结构耐久性。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于钢-混组合梁负弯矩区的长寿命混凝土及其制备方法。本发明的长寿命混凝土的28d抗压强度≥69.0MPa、28d抗折强度≥7.0MPa、28d劈裂抗拉强度≥5.0MPa、28d弹性模量≥36.0GPa、56d氯离子扩散系数＜4.0×10^-12m²/s、抗裂等级达到L-Ⅳ级、28d弯曲韧性指数I₂₀≥8。长寿命混凝土的抗弯拉强度、弯曲韧性和抗裂性均较高，改变了混凝土易脆性，不仅结构耐久性好，使用寿命长，而且成本较低，便于大量使用。

为达到以上目的，本发明提供的用于钢-混组合梁负弯矩区的长寿命混凝土，按质量份计，包括456～520份胶凝材料、1748～1813份集料、0.80～1.50份仿钢纤维、2.05～2.86份增韧材料、4.10～5.72份减水剂和142～148份水；所述长寿命混凝土的28d抗压强度≥69.0MPa、28d抗折强度≥7.0MPa、28d劈裂抗拉强度≥5.0MPa、28d弹性模量≥36.0GPa、抗裂等级达到L-Ⅳ级、56d氯离子扩散系数＜4.0×10^-12m²/s、28d弯曲韧性指数I₂₀≥8。

在上述技术方案的基础上，按质量份计，包括487份胶凝材料、1782份集料、1.00份仿钢纤维、2.44份增韧材料、4.87份减水剂和146份水。

在上述技术方案的基础上，所述胶凝材料按质量份计，包括0.65份水泥、0.15份粉煤灰和0.20份矿渣粉；所述水泥采用52.5级硅酸盐水泥，所述粉煤灰采用Ⅰ级粉煤灰，所述矿渣粉采用S95级矿渣粉。

在上述技术方案的基础上，所述集料按质量份计，包括1份粗集料和0.64份细集料；所述粗集料采用粒径为5～20mm级配碎石，所述细集料采用天然中砂。

在上述技术方案的基础上，所述仿钢纤维为采用100％聚丙烯加工成型的波形纤维，直径0.8～1.2mm，长度30±2mm，比重0.91～0.93g/cm³，抗拉强度≥500MPa。

在上述技术方案的基础上，所述增韧材料为有机聚合物水分散微纳米材料，其关键结构为双键封端的聚氨基甲酸酯结构，28d断裂能耗比＞160％。

在上述技术方案的基础上，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，减水率≥25％。