本发明涉及混凝土技术领域，具体为一种用于钢管拱的混凝土及制备方法。
背景技术：
近年来，钢管拱越来越普及，在钢管拱混凝土施工阶段，需要将混凝土进行顶升施工作业填充至钢管拱中。而普通混凝土很难被泵送至钢管拱中，因此人们纷纷研制具备特殊性能的混凝土。但是所研制的特殊性能混凝土在解决了混凝土很难被泵送至钢管拱的问题之后，仍然存在以下缺陷：
1、在顶升的过程中，混凝土受超高压容易发生离析现象；
2、在填充钢管拱的过程中，混凝土填充不充分，会出现空隙；
3、混凝土凝固收缩，且与钢管拱之间的粘结性能较差，容易发生脱空现象。
技术实现要素：
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管拱的混凝土及制备方法，该混凝土具有良好的综合性能(含填充性、流动性、强度、抗离析性、致密实性以及收缩性)，能够有效保证混凝土快速充分填充钢管拱，并且有效避免脱空及离析等问题。
为达到以上目的，采取的技术方案是：一种用于钢管拱的混凝土，按重量份数计，包含以下原料：水泥321-413份；粉煤灰55-118份；膨胀剂33-42份；粘度改性材料12-30份；河砂706-764份；碎石1016-1100份；减水剂5.95-7.7份；地下水165份。
优选的，按重量份数计，包含以下原料：水泥340-385份；粉煤灰58-95份；膨胀剂35-40份；粘度改性材料13-30份；河砂726-754份；碎石1036-1085份；减水剂6.31-7.15份；地下水165份。
优选的，所述水泥、粉煤灰、膨胀剂、粘度改性材料、河砂、碎石、减水剂以及地下水的比例为1：0.247：0.104：0.078：1.886：2.691：0.019：0.43。
优选的，所述混凝土配方按重量份数计，包括水泥385份、粉煤灰95份、膨胀剂40份、粘度改性材料30份、河砂726份、碎石1036份、减水剂7.15份以及地下水165份。
优选的，所述水泥为p.o52.5等级低碱水泥。
优选的，所述粉煤灰为ⅰ级粉煤灰，所述膨胀剂为uea-ⅰ型，所述粘度改性材料为bj-ⅰ型粘度改性材料。
优选的，所述河砂规格为ⅱ区中砂，所述碎石规格为5-20mm连续级配碎石。
优选的，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。
优选的，所述地下水为淡水，所述淡水的ph值大于6.5。
本发明还公开了一种上述的混凝土的制备方法，所述混凝土的制备方法为：将称取好的水泥、粉煤灰、膨胀剂、粘度改性材料、河砂和碎石加入到搅拌设备内搅拌均匀，然后依次加入称取好的水和减水剂，再次搅拌均匀。
本发明的有益效果如下：
本发明的混凝土具有良好的填充性、流动性、强度、抗离析性、致密实性以及收缩性；其良好的流动性避免混凝土填充一半会出现堵塞钢管拱的问题；其良好的填充性保证混凝土充分填充钢管拱，不会出现空隙现象；其良好的抗离析性避免混凝土在顶升的过程中，因高压而发生离析现象；其良好的致密实性以及收缩性能，保证混凝土与钢管拱之间的粘结性能良好，且不会发生收缩脱空的问题。本发明的混凝土相比于常规混凝土综合性能更加优良，可以保证钢管拱实现快速高质量施工，提高了施工效率及工程质量。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
一种用于钢管拱的混凝土，按重量份数计，包含以下原料：水泥321-413份；粉煤灰55-118份；膨胀剂33-42份；粘度改性材料12-30份；河砂706-764份；碎石1016-1100份；减水剂5.95-7.7份；地下水165份。
优选地，按重量份数计，钢管拱的混凝土包含以下原料：水泥340-385份；粉煤灰58-95份；膨胀剂35-40份；粘度改性材料13-30份；河砂726-754份；碎石1036-1085份；减水剂6.31-7.15份；地下水165份。
进一步地，水泥、粉煤灰、膨胀剂、粘度改性材料、河砂、碎石、减水剂以及地下水的比例为1：0.247：0.104：0.078：1.886：2.691：0.019：0.43。
优选地，混凝土配方按重量份数计，包括水泥385份、粉煤灰95份、膨胀剂40份、粘度改性材料30份、河砂726份、碎石1036份、减水剂7.15份以及地下水165份。
其中，水泥为p.o52.5等级低碱水泥，满足烧失量不大于5.0％，碱含量不大于0.60％，mgo含量不大于5.0％，游离cao含量不大于1.0％，so3含量不大于3.5％，满足3天抗折强度不小于4.0mpa,28天抗折强度不小于7.0mpa；3天抗压强度不小于23.0mpa,28天抗压强度不小于52.5mpa的力学性质指标要求.
优选地，粉煤灰为ⅰ级粉煤灰，满足细度不大于12.0％，需水量比不大于95％，含水量不大于1.0％，安定性不大于5mm的物理性质指标要求。
粉煤灰是矿物粉料，掺入混凝土中，可以弥补水泥用量和细骨料中细粉的不足，阻塞泌水通道，有利于泌水率的降低；同时因为增加了混凝土中的粉料，也增加了浆体体积，改善了混凝土的粘聚性，抑制了混凝土的离析现象。
同时，粉煤灰因为含有大量的玻璃球体，起到滚珠轴承作用，显著降低混合物料的屈服剪切应力，所以加入混凝土中，能够改善混凝土拌合物浆体的连续性，提高流动性。
优选地，膨胀剂为uea-ⅰ型，满足1.18mm筛筛余不大于0.5％，比表面积不小于200m2/kg，初凝时间不小于45min,终凝时间不大于600min的物理性质指标要求；满足7天水中限制膨胀率不小于0.025％，21天空气中限制膨胀率不小于-0.020％，7天抗压强度不小于20mpa,28天抗压强度不小于40mpa的力学性质指标要求。
优选地，粘度改性材料为bj-ⅰ型粘度改性材料，满足含水量不大于1.0％，流动度比不小于105％，安定性合格，粘度比不大于100％的物理性质指标要求；满足7天活性指数不小于80％，28天活性指数不小于90％的力学性质指标要求。
优选地，河砂规格为ⅱ区中砂，满足细度模数在2.3-3.0范围内，含泥量不大于2.0％，泥块含量不大于0.25％，吸水率不大于2％，云母含量不大于0.5％,轻物质含量不大于0.5％的物理性质指标要求。
优选地，碎石规格为5-20mm连续级配碎石，满足紧密空隙率不大于40％，满足5-20mm连续级配范围要求，含泥量不大于0.5％，泥块含量不大于0.2％，针片状含量不大于5％，吸水率小于2％的物理性质指标要求，满足压碎指标值不大于10％，岩石抗压强度不小于80mpa的力学性质指标要求。
优选地，减水剂为标准型高性能减水剂，满足减水率不小于25％，含气量不大于3.0％，泌水率比不大于20％，压力泌水率比不大于90％，一小时经时变化量不大于80mm的物理性质指标要求。
优选地，所述地下水为淡水，淡水的ph值大于6.5，满足不溶物小于2000mg/l,可溶物小于5000mg/l。
实施例一
一种用于钢管拱的混凝土，按重量份数计，原料组分如表1所示(试件编号1)。
实施例二
与实施例一的区别在于，按重量份数计，原料组分如表1所示(试件编号2)。
实施例三
与实施例一的区别在于，按重量份数计，原料组分如表1所示(试件编号3)。
实施例四
与实施例一的区别在于，按重量份数计，原料组分如表1所示(试件编号4)。
实施例五
与实施例一的区别在于，按重量份数计，原料组分如表1所示(试件编号5)。
表1
其中，w/b(w是水的英文单词water的首个字母，b是胶凝材料单词binder的首个字母)为水胶比，其分子为水，分母为水泥、粉煤灰、粘改料及膨胀剂之和；水胶比越大，混凝土的流动性越好；但相应的强度越低。
对上述五组试件进行多种性能指标的测试，其中包含t500流动时间、出机扩展度(mm)、停放300min坍落度(mm)、28天强度(mpa)、拌合物稳定性跳桌试验、l型仪h2/h1以及28天干缩率(10-6)，得出数据如表2所示。
表2
其中，当混凝土性能满足t500流动时间在2s-5s时，说明该混凝土具有良好的填充性。
当混凝土停放300min坍落度不小于220mm时，则说明该混凝土的流动性能满足钢管拱连续施工作业；当混凝土停放300min坍落度小于220mm时，说明该混凝土在钢管拱内施工过程中，具有施工一半就堵塞钢管的风险。
当混凝土满足28天强度满足不小于59.9mpa时，则说明混凝土的强度满足钢管拱施工要求。
当混凝土满足混凝土拌合物稳定性跳桌试验结果不大于10％时，说明混凝土具有良好的抗离析性。
当进行l型仪h2/h1试验时，若混凝土的h2/h1不小于0.8时,则说明混凝土具有良好的致密实性。
28天干缩率(10-6)数值越大，说明混凝土凝固后收缩越大；当该数值不大于170时，说明混凝土的收缩性能满足钢管拱施工要求。
一一对照各组参数，最后确定试件编号2的各个原料组分的比值为最优配合比，即水泥385份、粉煤灰95份、膨胀剂40份、粘度改性材料30份、河砂726份、碎石1036份、减水剂7.15份以及地下水165份。；该组分的混凝土性能最优，能够满足各方面性能，保障混凝土具有良好的填充性、流动性、强度、抗离析性、致密实性以及较好的收缩性。
为对混凝土的各个性能指标有更加直观的认识，还提供了三组普通混凝土的对比例，如表3所示。
对比例一，按重量份数计，原料组分如表3所示(试件编号6)。
对比例二，按重量份数计，原料组分如表3所示(试件编号7)。
对比例三，按重量份数计，原料组分如表3所示(试件编号8)。
表3
对上述三组试件进行同样的性能指标测试，得出表4。
表4
根据实施例的五组成分的原料和对比例的三组成分的原料所做的混凝土各指标试验，可以看出：实施例中的混凝土性能明显优于对比例的普通混凝土配合比。普通混凝土无法保障混凝土具有良好的填充性、流动性、强度、抗离析性、致密实性以及较好的收缩性，无法应用于钢管拱的填充。
本发明的配合比的混凝土，具备良好的流动性，解决了现有技术常规混凝土填充一半容易出现堵塞钢管的技术问题；还具备良好的填充性，解决了现有技术中混凝土填充不充分，会出现空隙的技术问题；同时还具备良好的抗离析性，使得混凝土在顶升的过程中，混凝土不再因高压而发生离析现象；还具备良好的致密实性以及较好的收缩性能，解决了现有技术中混凝土与钢管拱之间的粘结性能较差，容易发生脱空现象。
本发明还公开了上述混凝土的制备方法，混凝土的制备方法为：将称取好的水泥、粉煤灰、膨胀剂、粘度改性材料、河砂和碎石加入到搅拌设备内搅拌均匀，然后将称取好的水和减水剂加入进去，再次搅拌均匀即可。
在特大桥的钢管拱施工工程中，为了能够保证保证钢管拱混凝土能够顺利快速施工，同时为了更好的控制钢管拱混凝土施工质量，避免因混凝土不能顺利完成顶升作业或者填充不密实而导致返工现象，可应用本实施例制备的混凝土。
具体施工方法如下：
采用泵送顶升压注法将混凝土送入钢管拱中，在钢管拱的拱脚开压注口，在钢管拱的拱顶开出浆孔，利用输送泵的压力，将混凝土沿钢管拱从下往上一次压注完成，保证混凝土的连续和均匀。由于本发明的混凝土具有良好的填充性、流动性、强度、抗离析性、致密实性以及较好的收缩性；能够一次性完成填充施工，施工后的钢管拱各方面性能优良。
在钢管拱混凝土施工过程中，试验人员及时对混凝土工作性能进行检测，数据见表5。
表5
除此之外，混凝土达到相应龄期后，试验人员继续对混凝土进行抗压强度试验，通过试验确定28天强度可以达到60mpa-63mpa,满足设计要求，到了56天强度仍有增长，抗压强度达到64mpa-67mpa。
混凝土达到56天龄期后，试验人员还进行56天电通量的耐久性能试验，电通量推定値为812v·m，满足耐久性要求。
钢管拱混凝土施工完成后，项目部委托第三方检测单位对钢管混凝土灌注的密实性进行了超声波无损检测，第三方的检测结果显示用该混凝土用于钢管拱施工时没有产生有缺陷的情况，可以反映出混凝土与钢管拱填充的密实性良好，未出现脱空现象，检测结果均合格。
通过上述工程实例的运用，充分验证了本发明一种用于钢管拱快速施工的混凝土在用于钢管拱施工时具备优良的性能。在超高压、大跨度钢管拱混凝土的应用是成功的，它具备良好的填充性、流动性、强度、抗离析性、致密实性以及较好的收缩性，有效降低了混凝土硬化体的收缩变形，提高混凝土与钢管的粘结性能，避免后期混凝土与钢管之间产生脱空现象，保证了钢管拱保持良好的施工质量。这为同类型或类似混凝土结构物的施工提供了很好的借鉴，值得进行大范围推广。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。