一种桥梁伸缩缝区灌缝混凝土及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种桥梁伸缩缝区灌缝混凝土，包括FERRO纤维、玄武岩纤维、钢纤维、胶凝材料、玄武岩碎石、砂、水和外加剂，各组分的重量组份为：FERRO纤维1-3份、玄武岩纤维2-4份、钢纤维30-60份、胶凝材料400-550份、玄武岩碎石1000-1150份、砂650-800份、水140-160份和外加剂3-6份。本发明还公开了桥梁伸缩缝区灌缝混凝土的制备方法。本发明的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土保证提供较大的抗弯折能力的情况下，大幅提高混凝土抗冲击耗能能力，延长混凝土寿命，保障行车安全。
【专利说明】一种桥梁伸缩缝区灌缝混凝土及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于道路建筑材料【技术领域】，具体涉及一种桥梁伸缩缝区灌缝混凝土及其制备方法。
【背景技术】
[0002]现有桥梁为满足桥面在温度、混凝土收缩和徐变等的变形要求，通常均在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上设置伸缩缝。且要求伸缩缝在平行、垂直于桥梁轴线的两个方向，均能自由伸缩，牢固可靠，车辆行驶过时应平顺、无突跳与噪声，以此保证行车安全。但伸缩缝在桥梁结构中属于次要附属部位，投资额小，在多数情况下都被安排在工程临近结束前仓促施工，导致伸缩缝区灌缝混凝土得不到应有的养护而加速开裂破坏，造成桥梁刚通车运营不久，桥梁伸缩缝处就会出现跳车现象，接着锚固系统失效，最后整个伸缩缝产生变形，无法使用，影响交通安全。且后期维修处理时为压缩施工时间，常用一些耐久性差的早期高强混凝土做修补，致使伸缩缝处问题频发，形成较大的经济损失。
[0003]为改善和解决伸缩缝两侧锚固区混凝土承受车辆反复冲击的损坏，目前常选用钢纤维混凝土代替普通素混凝土的做法，用以提高锚固区混凝土的抗弯折能力，然而，由于常用的混凝土破坏都属于脆性破坏，一旦开裂，功能便基本丧失，特别是在后期反复的冲击荷载之下，即使使用钢纤维混凝土，其后期开裂耗能的能力也有限，最终将导致锚固区混凝土很快便出现大面积破坏；另外，为保证提高混凝土的力学性能，往往采用高强度的钢纤维配合较高的掺量用以加强混凝土，其可能导致的结果是成本较高和有钢纤维扎胎的风险，危害行车安全且不利于应用。
[0004]因此，需要一种新的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土以解决上述问题。
【发明内容】
[0005]发明目的:本发明针对现有技术中传统伸缩缝区灌缝混凝土在性能方面的缺陷，提供一种通过纤维混杂制备的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土。
[0006]技术方案:为解决上述技术问题，本发明的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土采用如下技术方案:
一种桥梁伸缩缝区灌缝混凝土，包括FERRO纤维、玄武岩纤维、钢纤维、胶凝材料、玄武岩碎石、砂、水和外加剂，各组分的重量组份为:FERR0纤维1-3份、玄武岩纤维2-4份、钢纤维30-60份、胶凝材料400-550份、玄武岩碎石1000-1150份、砂650-800份、水140-160份和外加剂3-6份。
[0007]更进一步的，所述的钢纤维为普通短切钢纤维。
[0008]更进一步的，所述的短切玄武岩纤维长度为6-20mm，单丝直径为7-15um ;所述的FERRO纤维长度为54mm ;所述钢纤维长度为20_40mm。
[0009]更进一步的，所述胶凝材料为水泥和粉煤灰的混合物，其中，水泥的重量百分比为75%-85%，粉煤灰的重量百分比为15%-25%。[0010]更进一步的，所述的水泥的强度为P.11.42.5或P.11.52.5，所述的粉煤灰为I级粉煤灰或II级粉煤灰。
[0011]更进一步的,所述的玄武岩碎石为5-20mm连续级配的玄武岩碎石。
[0012]更进一步的，所述的外加剂为引气减水剂，所述引气减水剂的减水率大于20%。
[0013]本发明还公开了一种桥梁伸缩缝区灌缝混凝土的制备方法，包括以下步骤:
(1)、称取FERRO纤维、玄武岩纤维、钢纤维、胶凝材料、玄武岩碎石、砂、水和外加剂，各组分的重量组份为=FERRO纤维1-3份、玄武岩纤维2-4份、钢纤维30-60份、胶凝材料400-550份、玄武岩碎石1000-1150份、砂650-800份、水140-160份和外加剂3_6份 (2)、将FERRO纤维、玄武岩纤维、钢纤维、玄武岩碎石和砂混合，通过搅拌将上述组分混合均匀；
(3)、将凝胶材料加入步骤(2)得到的混合材料中，搅拌使其混合均匀；
(4)、将外加剂和水加入步骤(3)得到的混合材料中，搅拌使其混合均匀，即得本发明的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土。
[0014]更进一步的，步骤(2)中搅拌时间为2-3分钟，步骤(3)中搅拌时间为1-2分钟，步骤(4)中搅拌时间为2-3分钟。
[0015]发明原理:经研究发现，通过采用FERRO纤维、玄武岩纤维与钢纤维混杂的办法，可在减少钢纤维使用量并保证不折减混凝土抗弯折能力的情况下，大幅提高混凝土开裂后期耗能能力，特别是在锚固区混凝土较注重的抗冲击能力上的提高，将延长混凝土寿命，从而保障行车安全并取得较大的经济利益。其材料体系配比及核心制备技术的系统研究尚未见报道，其创新性思路、理论及技术具有显著的原创性。
[0016]有益效果:本发明的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土保证提供较大的抗弯折能力的情况下，大幅提高混凝土抗冲击耗能能力，延长混凝土寿命，保障行车安全。
[0017]本发明生产产品可达到如下技术指标:
1、力学性能:28d抗压强度为65-75MPa，28d抗折强度为6_7MPa，满足C55/65要求；
2、混凝土抗弯韧性:依据美国材料协会标准(ASTMC 1018 ) 98)为基础进行试验结果分析可得:韧性指标最大值为15=4.9、110=9.2、120=18.9 (素混凝土 15=1.0、110=1.1、120=1.1);残余强度指标最大值为R5’^86^-=97 (素混凝土 R值趋近于0，而理想弹塑性材料的R=IOO);
3、混凝土抗冲击耗能能力:依据美国混凝土协会推荐规范进行标准落锤冲击试验，采用纤维混杂制备的各配方混凝土材料的初裂抗冲击耗能能力最大约为素混凝土的1.6倍，约为纯参钢纤维混凝土的1.2倍；最终破坏耗能能力最大约为素混凝土的7.6倍，约为纯参钢纤维混凝土的2.5倍。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0019]实施例1
桥梁伸缩缝区灌缝混凝土中各组分的重量含量为=FERRO纤维2份、玄武岩纤维2份、钢纤维60份、胶凝材料480份、砂780份、玄武岩碎石1036份、水154份、外加剂4份。其中，FERRO纤维长度为54mm ;钢纤维长度为20_40mm。胶凝材料为水泥和粉煤灰的混合物，其中，水泥的重量百分比为80%、粉煤灰的重量百分比为20%。水泥的强度为P.11.52.5。粉煤灰为一级粉煤灰。砂为中砂。玄武岩碎石为5-20_连续级配的玄武岩碎石。外加剂为引气减水剂。
[0020]桥梁伸缩缝区灌缝混凝土混凝土的制备方法如下: (1)、称取FERRO纤维、玄武岩纤维、钢纤维、胶凝材料、玄武岩碎石、砂、水和外加剂，各组分的重量组份为=FERRO纤维2份、玄武岩纤维2份、钢纤维60份、胶凝材料480份、砂780份、玄武岩碎石1036份、水154份、外加剂4份；
(2)、将FERRO纤维、玄武岩纤维、钢纤维、玄武岩碎石和砂混合,搅拌2min;如搅拌完后出现纤维结团现象，可继续搅拌Imin或至纤维完全分散为止；
(3)、将凝胶材料加入步骤(2)得到的混合材料中,搅拌Imin；
(4)、将外加剂和水加入步骤(3)得到的混合材料中，搅拌2min，即得本发明的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土。如试配过程中出现混凝土流动性过大或过小，可通过单方用水量和外加剂掺量进行调整。
[0021]依照实施例1所得的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土的测试结果:
1、力学性能:28d抗压强度为75MPa，28d抗折强度为7MPa，满足C65要求；
2、混凝土抗弯韧性:依据美国材料协会标准(ASTMC 1018 ) 98)为基础进行试验结果分析可得:韧性指标 15=4.9、110=9.2、120=18.9 (素混凝土 15=1.0、110=1.1、120=1.1)；残余强度指标Κ5Λ°=86、Ria20=97 (素混凝土 R值趋近于0，而理想弹塑性材料的R=IOO)；
3、混凝土抗冲击耗能能力:依据美国混凝土协会推荐规范进行标准落锤冲击试验，采用纤维混杂制备的混凝土材料的初裂抗冲击耗能能力约为素混凝土的1.4倍，约为纯参钢纤维混凝土的1.1倍；最终破坏耗能能力约为素混凝土的6.9倍，约为纯参钢纤维混凝土的
2.1 倍。
[0022]实施例2
桥梁伸缩缝区灌缝混凝土中各组分的重量含量为=FERRO纤维3份、玄武岩纤维2份、钢纤维30份、胶凝材料550份、砂800份、玄武岩碎石1150份、水160份、外加剂6份。其中，FERRO纤维长度为54mm ;玄武岩纤维长度为6_20mm，单丝直径为7_15um ;钢纤维的长度为20-40mm。胶凝材料为水泥和粉煤灰的混合物，其中，水泥的重量百分比为80%、粉煤灰的重量百分比为20%。水泥的强度为P.11.52.5。粉煤灰为一级粉煤灰。砂为中砂。玄武岩碎石为5-20_连续级配的玄武岩碎石。外加剂为引气减水剂。
[0023]上述混凝土的制备方法如下:
(1)、称取FERRO纤维、玄武岩纤维、钢纤维、胶凝材料、玄武岩碎石、砂、水和外加剂，各组分的重量组份为=FERRO纤维3份、玄武岩纤维2份、钢纤维30份、胶凝材料550份、砂800份、玄武岩碎石1150份、水160份、外加剂6份；
(2)、将FERRO纤维、玄武岩纤维、钢纤维、玄武岩碎石和砂混合,搅拌3min;如搅拌完后出现纤维结团现象，可继续搅拌Imin或至纤维完全分散为止；
(3)、将凝胶材料加入步骤(2)得到的混合材料中，搅拌2min；
(4)、将外加剂和水加入步骤(3)得到的混合材料中，搅拌3min，即得本发明的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土。如试配过程中出现混凝土流动性过大或过小，可通过单方用水量和外加剂掺量进行调整。
[0024]依照实施例2所得的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土的测试结果:
1、力学性能:28d抗压强度为65MPa，28d抗折强度为6MPa，满足C55要求；
2、混凝土抗弯韧性:依据美国材料协会标准(ASTMC 1018 ) 98)为基础进行试验结果分析可得:韧性指标 15=4.4、110=8.1、120=16.7 (素混凝土 15=1.0、110=1.1、120=1.1)；残余强度指标Κ5Λ°=74、Ria20=86 (素混凝土 R值趋近于0，而理想弹塑性材料的R=IOO)；
3、混凝土抗冲击耗能能力:依据美国混凝土协会推荐规范进行标准落锤冲击试验，采用纤维混杂制备的混凝土材料的初裂抗冲击耗能能力约为素混凝土的1.6倍，约为纯参钢纤维混凝土的1.2倍；最终破坏耗能能力约为素混凝土的7.6倍，约为纯参钢纤维混凝土的
2.5 倍。
[0025]实施例3
桥梁伸缩缝区灌缝混凝土中各组分的重量含量为=FERRO纤维1份、玄武岩纤维4份、钢纤维45份、胶凝材料400份、砂650份、玄武岩碎石1000份、水140份、外加剂3份。其中，FERRO纤维长度为54mm ;短切玄武岩纤维长度为6_20mm，单丝直径为7_15um ;钢纤维的长度为20-40mm。胶凝材料为水泥和粉煤灰的混合物，其中，水泥的重量百分比为80%、粉煤灰的重量百分比为20%。水泥的强度为P.11.52.5。粉煤灰为一级粉煤灰。砂为中砂。玄武岩碎石为5-20_连续级配的玄武岩碎石。外加剂为引气减水剂。
`[0026]上述混凝土的制备方法如下:
(1)、称取FERRO纤维、玄武岩纤维、钢纤维、胶凝材料、玄武岩碎石、砂、水和外加剂，各组分的重量组份为=FERRO纤维1份、玄武岩纤维2份、钢纤维30份、胶凝材料400份、砂650份、玄武岩碎石1000份、水140份、外加剂3份；
(2)、将FERRO纤维、玄武岩纤维、钢纤维、玄武岩碎石和砂混合,搅拌2.5min ;如搅拌完后出现纤维结团现象，可继续搅拌Imin或至纤维完全分散为止；
(3)、将凝胶材料加入步骤(2)得到的混合材料中,搅拌1.5min ；
(4)、将外加剂和水加入步骤(3)得到的混合材料中，搅拌2.5min,即得本发明的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土。如试配过程中出现混凝土流动性过大或过小，可通过单方用水量和外加剂掺量进行调整。
[0027]依照实施例3所得的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土的测试结果:
1、力学性能:28d抗压强度为70MPa，28d抗折强度为6.5MPa，满足C60要求；
2、混凝土抗弯韧性:依据美国材料协会标准(ASTMC 1018 ) 98)为基础进行试验结果分析可得:韧性指标 15=4.7、110=8.8、120=18.1 (素混凝土 15=1.0、110=1.1、120=1.1)；残余强度指标Κ5Λ°=82、Ria20=93 (素混凝土 R值趋近于0，而理想弹塑性材料的R=IOO)；
3、混凝土抗冲击耗能能力:依据美国混凝土协会推荐规范进行标准落锤冲击试验，采用纤维混杂制备的混凝土材料的初裂抗冲击耗能能力约为素混凝土的1.3倍，与纯参钢纤维混凝土相当；最终破坏耗能能力约为素混凝土的4.5倍，约为纯参钢纤维混凝土的1.6倍。
【权利要求】
1.一种桥梁伸缩缝区灌缝混凝土，其特征在于，包括FERRO纤维、玄武岩纤维、钢纤维、胶凝材料、玄武岩碎石、砂、水和外加剂，各组分的重量组份为=FERRO纤维1-3份、玄武岩纤维2-4份、钢纤维30-60份、胶凝材料400-550份、玄武岩碎石1000-1150份、砂650-800份、水140-160份和外加剂3-6份。
2.如权利要求1所述的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土，其特征在于，所述的钢纤维为普通短切钢纤维。
3.如权利要求1所述的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土，其特征在于，所述的玄武岩纤维长度为6-20mm，单丝直径为7_15um ;所述的FERRO纤维长度为54mm ;所述钢纤维长度为20_40mm。
4.如权利要求1所述的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土，其特征在于，所述胶凝材料为水泥和粉煤灰的混合物，其中，水泥的重量百分比为75%-85%，粉煤灰的重量百分比为15%-25%。
5.如权利要求4所述的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土，其特征在于，所述的水泥的强度为P.1I.42.5或P.11.52.5，所述的粉煤灰为I级粉煤灰或II级粉煤灰。
6.如权利要求1所述的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土，其特征在于，所述的玄武岩碎石为5-20mm连续级配的玄武岩碎石。
7.如权利要求1所述的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土，其特征在于，所述的外加剂为引气减水剂，所述引气减水剂的减水率大于20%。
8.一种桥梁伸缩缝区灌缝混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)、称取FERRO纤维、玄武岩纤维、钢纤维、胶凝材料、玄武岩碎石、砂、水和外加剂，各组分的重量组份为=FERRO纤维1-3份、玄武岩纤维2-4份、钢纤维30-60份、胶凝材料400-550份、玄武岩碎石1000-1150份、砂650-800份、水140-160份和外加剂3_6份 (2)、将FERRO纤维、玄武岩纤维、钢纤维、玄武岩碎石和砂混合，通过搅拌将上述组分混合均匀； (3)、将凝胶材料加入步骤(2)得到的混合材料中，搅拌使其混合均匀； (4)、将外加剂和水加入步骤(2)得到的混合材料中，搅拌使其混合均匀，即得本发明的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土。
9.如权利要求8所述的桥梁伸缩缝区灌缝混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(2)中搅拌时间为2-3分钟，步骤(3)中搅拌时间为1-2分钟，步骤(4)中搅拌时间为2-3分钟。
【文档编号】C04B14/38GK103570285SQ201310316298
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月25日 优先权日:2013年7月25日
【发明者】谭生光, 吴刚, 唐煜, 吁新华, 蒋剑彪 申请人:江西赣粤高速公路股份有限公司, 东南大学, 北京特希达科技有限公司