用于钢-混组合梁负弯矩区的长寿命混凝土及其制备方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 一、提尚混凝土的抗裂性能
[0005] 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：
[0006] (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。
[0007] (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。
[0008] 二、提高混凝土结构耐久性
[0009] 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】
[0010] 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抗压强度多69.OMPa、 28d抗折强度彡7. 0MPa、28d劈裂抗拉强度彡5. 0MPa、28d弹性模量彡36. 0GPa、56d氯离子 扩散系数< 4.OXl(T12m2/s、抗裂等级达到L-IV级、28d弯曲韧性指数I2Q彡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。
[0011] 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抗压强度多69. 0MPa、28d抗折强度多7. 0MPa、28d劈裂抗拉强度多5. 0MPa、28d弹性模 量彡36.OGPa、抗裂等级达到L-IV级、56d氯离子扩散系数< 4.OX10_12m2/s、28d弯曲韧性 指数12。彡8。
[0012] 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。
[0013] 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 粉煤灰和〇. 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。
[0014] 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?20_级配碎石，所述细集料采用天然中砂。
[0015] 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，直径〇? 8?1. 2mm，长度30±2mm，比重0? 91?0? 93g/cm3,抗拉强度多500MPa〇
[0016] 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氣基甲fe醋结构，28d断裂能耗比〉160%。
[0017] 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，减水率多25%。
[0018] 本发明提供的用于上述钢-混组合梁负弯矩区的长寿命混凝土的制备方法，包括 以下步骤：
[0019] S1 :按质量份将456?520份胶凝材料和1748?1813份集料加入搅拌机，将胶凝 材料和集料均匀搅拌30s，转到步骤S2 ;
[0020] S2 :向搅拌机中撒入0. 80?1. 50份仿钢纤维，将胶凝材料、集料和仿钢纤维共同 搅拌30s，转到步骤S3 ;
[0021 ] S3 :将4. 10?5. 72份减水剂与142?148份水融合形成混合液；依次将混合液和 2. 05?2. 86份增韧材料加入搅拌机中，将胶凝材料、集料、仿钢纤维、混合液和增韧材料共 同搅拌3min，得到坍落度为180?220mm的可泵送混凝土拌和物。
[0022] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0023] (1)本发明的混凝土中增加了增韧材料，增韧材料能够吸收水泥水化产生的部分 钙离子，进而减少混凝土孔溶液中的钙离子。钙离子的减少使得水泥水化生成的C-S-H凝 胶的钙硅比降低，不仅能够提高C-S-H凝胶组分的强度，而且使得混凝土基体和界面过渡 区的粘结强度均有所提升。
[0024] 与此同时，本发明的增韧材料能够通过与水泥基体的空间网络结构抑制微裂纹的 萌生，本发明仿钢纤维能够通过缓慢拔出逐渐释放抵抗裂缝扩展的能量，在减缓应力集中 的同时改善了仿钢纤维-水泥基体、骨料-水泥基体间的界面结构，进而使得仿钢纤维在拔 出过程中需要克服较大的粘结力，以此得到具有抗疲劳性能、高韧性和高抗裂性的长寿命 混凝土。
[0025] 本发明的长寿命混凝土的28d抗压强度彡69. 0MPa、28d抗折强度彡7. 0MPa、28d 劈裂抗拉强度彡5. 0MPa、28d弹性模量彡36.OGPa、抗裂等级达到L-IV级、56d氯离子扩散 系数< 4.0X10_12m2/s、28d弯曲韧性指数12。彡8。
[0026] (2)本发明的增韧材料在混凝土中吸收水泥水化产生的部分钙离子形成了具有高 弹高强特性的聚合物膜，不仅改善了集料-硬化水泥浆体的界面过渡区的微观形貌和密实 度，而且提高了界面过渡区的粘结强度，使得原来在界面过渡区富集并定向生长的水泥水 化产物Ca(0H)2晶体的取向性减弱，晶粒尺寸细化，进而起到提高界面区密实度的作用。
[0027] (3)与现有技术中钢纤维相比，本发明采用仿钢纤维，在同样体积掺量下，仿钢纤 维重量仅是钢纤维重量的1/8,其成本较低，便于大量应用。
【具体实施方式】
[0028] 以下结合实施