桥梁墩塔施工用掺有黏度改性材料的混凝土及其制备方法与流程

本发明属于一种混凝土建筑材技术领域，涉及一种掺用黏度改性材料并用于桥梁墩塔施工的混凝土及其制备方法。

背景技术：

1.桥梁墩塔等混凝土结构，受承载能力以及景观设计需求限制，设计上往往需要采用较高强度等级的混凝土，除有利于实现钢筋混凝土柱、梁及拱等构件以受压为典型服役状态外，还能够使得混凝土构件的承载能力大幅度提高，同是其相同承载能力下结构自重也能够降低进而满足景观设计需求的复杂外形结构。然而，中高强度等级混凝土用于墩塔等高耸结构，使得混凝土质量控制水平和施工难度显著增加，尤其是混凝土的抗裂性控制就更难进行处理。经调查，桥梁墩台身、主塔塔柱及锚索区是混凝土裂缝多发部位。

2.为确保混凝土制备质量，施工工地中要求建设混凝土拌合站进行混凝土统一制备，并根据现场施工环境设置混凝土输送管道，大大提高了混凝土施工效率，降低了混凝土制备质量风险。然而，受现场施工环境因素的影响，以及随着施工进度的推进，混凝土输送距离逐渐增大，泵送压力增强，在混凝土输送过程中容易造成泵管堵塞。经调查，高大墩身、塔柱、混凝土远距离泵管输送施工极易造成泵管堵塞。

3.混凝土养护作业是混凝土施工中的关键环节，良好的混凝土养护作业可减少混凝土表面出现裂纹的概率，提高混凝土表面强度，确保混凝土外观质量。然而，受施工条件、施工部位、季节、天气等环境因素影响，高大混凝土墩身、塔柱、横梁养护难度大，难以确保混凝土进行常规养护。

申请人参与施工建设的公铁大桥为高低混凝土塔钢桁梁斜拉桥的结构，高大墩身(墩身高度≥25m)数量大，输送距离远(超过500m)，施工环境较一般斜拉桥更为复杂，从而面临混凝土抗裂、输送及养护的控制更为困难的现实情况。经过检索并向专业机构咨询，现有技术都不能满足建设方对按设计施工的墩塔的混凝土质量要求。

技术实现要素：

1.本发明是为了达到保证桥梁墩塔施工用混凝土的高强度的同时又不开裂或少开裂、易泵送、易养护的技术效果而进行的，目的在于提供一种掺用黏度改性材料并用于桥梁墩塔施工的混凝土及其制备方法。

2.本发明的技术方案：一种掺用黏度改性材料并用于桥梁墩塔施工的混凝土，由下述材料按重量份数配比计：

其中，所述黏度改性材料由气相二氧化硅、碳酸钙、低黏型羟乙基纤维素、高黏型羟乙基纤维素、触变改性剂和水溶性聚合物胶粉均匀混合而成，按质量百分数计，各组分比例依次为：气相二氧化硅45～55％、纳米级碳酸钙43～55％、低黏型羟乙基纤维素0～0.5％、高黏型羟乙基纤维素0～0.5％、触变改性剂0～2％、水溶性聚合物胶粉2～4％。优选的，使用中国专利申请cn104829160a(一种crtsⅲ型板自密实混凝土专用黏度改性材料，公开日2015年08月12日)中公开的黏度改性材料，效果好。

本发明提供的桥梁墩塔施工用混凝土，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，水泥为硅酸盐水泥，性能要求为比表面为300-350m²/kg，碱含量不超过0.60％，28天抗压强度不低于42.5mpa。

本发明提供的桥梁墩塔施工用混凝土，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，粉煤灰为ⅰ级灰。

本发明提供的桥梁墩塔施工用混凝土，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，细骨料为混凝土用天然河沙，其细度模数不小于2.6，含泥量不大于2％。

本发明提供的桥梁墩塔施工用混凝土，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，连续级配粗骨料为连续级配的混凝土用碎石，其最大公称粒径不超过25mm，含泥量不超过0.5％，针片状颗粒总含量不超过5％。

本发明提供的桥梁墩塔施工用混凝土，还可以具有这样的特征，其特征在于：

其中，所述减水剂由下述材料复配而成：

⑴型缓释型聚羧酸减水剂母液

⑵型缓释型聚羧酸减水剂母液

⑶型缓释型聚羧酸减水剂母液、缓释控制剂、缓凝剂、液相混凝土触变剂、稳泡剂、消泡剂和引气剂

性能要求为：

减水率不小于25％，含气量不超过3.0％，压力泌水率比不超过90％，收缩率比不超过110％。

3.本发明还提供一种桥梁墩塔施工用混凝土制备方法，其特征在于，包括以下的步骤：

步骤一，第一次搅拌制备砂浆，将规定重量份数配比的水泥、粉煤灰、细骨料、连续级配粗骨料、水、黏度改性材料一次性加入，预搅拌15-25s。

步骤二，第二次搅拌砂浆与骨料混合，再加入重量配比的缓凝型聚羧酸高性能减水剂，搅拌180-240s至搅拌均匀。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的桥梁墩塔施工用混凝土，添加了黏度改性材料,制备的混凝土经过试验和测试证明添加了该黏度改性材料后具有良好的抗裂性，同时屈服应力(表征强度的大小)也比较高，完全满足项目方和建设方的要求，同时工作性(混凝土拌合物的施工操作难易程度和抵抗离析作用程度的性质，也称为和易性)、可泵性经过测试也能够满足建设方的施工要求。

附图说明

图1是本发明的实施例中的桥梁墩塔施工用混凝土制备方法的第一步制备砂浆的照片。

图2是本发明的实施例中的桥梁墩塔施工用混凝土制备方法的第二步砂浆与骨料混合的照片。

图3是本发明的实施例中的桥梁墩塔施工用混凝土制备方法的第二步砂浆与骨料混合二次搅拌混凝土的照片。

具体实施方式

1.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的掺用黏度改性材料并用于桥梁墩塔施工的混凝土及其制备方法作具体阐述。

2.掺用黏度改性材料并用于桥梁墩塔施工的混凝土的制备方法，包括以下的步骤：

步骤一，第一次搅拌制备砂浆，如图1所示，将规定重量份数配比的水泥、粉煤灰、细骨料、连续级配粗骨料、水、黏度改性材料一次性加入，预搅拌15-25s。本次申请人参与的公铁大桥项目中经过优化的搅拌时间是20s：

步骤二，第二次搅拌砂浆与骨料混合，如图2所示，再加入重量配比的缓凝型聚羧酸高性能减水剂，搅拌180-240s至搅拌均匀。本次申请人参与的公铁大桥项目中经过优化的搅拌时间是180s：

如图3所示即得到所述桥梁墩塔施工用混凝土，得到均匀的混合物。

3.其中，水泥为硅酸盐水泥，性能要求为比表面为300-350m²/kg，碱含量不超过0.60％，28天抗压强度不低于42.5mpa。本次申请人参与的公铁大桥项目使用的是安徽海螺水泥股份有限公司白马山水泥厂生产的p·o42.5低碱水泥。

4.其中，粉煤灰为ⅰ级灰(采用45μm筛余量(％)为细度指标，本次申请人参与的公铁大桥项目使用的是国电安徽力源电力发展有限公司(铜陵项目部)生产的i级(f类)c50及以上粉煤灰。

5.其中，细骨料为混凝土用天然河沙，其细度模数不小于2.6，含泥量不大于2％。本次申请人参与的公铁大桥项目使用细骨料采用质地坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然中粗河沙，使用的是江西赣江ⅱ区中砂。

6.其中，粗骨料为级配5mm～32.5mm的混凝土用碎石，其最大公称粒径不超过32.5mm，含泥量不超过0.5％，针片状颗粒总含量不超过5％。本次申请人参与的公铁大桥项目使用的粗骨料采用安徽池州二级配碎石，最大粒径25mm。

7.其中，减水剂由下述材料复配而成：

⑴型缓释型聚羧酸减水剂母液

⑵型缓释型聚羧酸减水剂母液

⑶型缓释型聚羧酸减水剂母液、缓释控制剂、缓凝剂、液相混凝土触变剂、稳泡剂、消泡剂和引气剂

性能要求为：

减水率不小于25％，含气量不超过3.0％，压力泌水率比不超过90％，收缩率比不超过110％。

本次申请人参与的公铁大桥项目采用四川铁科新型建材有限公司生产的tk-pca2缓凝型聚羧酸高性能减水剂。

8.其中，所述黏度改性材料优选为专利公开号为：cn104829160a的黏度改性材料，由气相二氧化硅、碳酸钙、低黏型羟乙基纤维素、高黏型羟乙基纤维素、触变改性剂和水溶性聚合物胶粉均匀混合而成，按质量百分数计，各组分比例依次为：气相二氧化硅45～55％、纳米级碳酸钙43～55％、低黏型羟乙基纤维素0～0.5％、高黏型羟乙基纤维素0～0.5％、触变改性剂0～2％、水溶性聚合物胶粉2～4％。性能要求为：细度不超过12％，含水量不超过1.0％，28d活性指数不小于85％，黏度比不超过65％。

9.为了进一步证明使用上述的混凝土具有良好的抗裂性，同时屈服应力(表征强度的大小)也比较高，工作性、可泵性、保水性都比较优异，以下通过试验来进行实际验证。

10.试验一，黏度改性材料对比试验

采用圆环法研究工作性对硬化混凝土开裂性能的影响。与平板法评价混凝土(砂浆)塑性开裂性能有所不同，该方法侧重于评价混凝土(砂浆)硬化后在限制下受自收缩或干燥收缩作用的开裂性，与本发明制备的混凝土构筑物的情况比较适应，该方法所监测的钢环应变可间接反映混凝土(砂浆)试件受到限制应力的大小，且应变突变点就能表明试件会产生裂缝。

为进行对比，固定了混凝土水胶比(水：干物料的重量比)为0.32，g3和g4配合比中掺加了8％的黏度改性材料以降低塑性黏度和提高混凝土屈服应力和工作性稳定性，通过调整占胶凝材料总量0.1％的缓凝型聚羧酸高性能减水剂模拟施工过程中混凝土的波动状态。当试件成型后观察混凝土的裂纹数量和发展情况，具体情况如下表1所示。胶材为水泥、粉煤灰、细骨料、连续级配粗骨料、黏度改性材料、缓凝型聚羧酸高性能减水剂这些干物料的统称。

表1：试验用不同的配合比、不同工作性的混凝土的试验结果

在试验中配合比中g1和g2所拌制的混凝土塑性黏度较大，成型相对困难，其中g2配合比所拌制的混凝土存在浆骨分析的现象。g3和g4配合比所拌制的混凝土黏度小，混凝土松散，未出现浆骨分离和泌水现象。说明黏度改性材料的加入能显著提高混凝土的稳定性。

根据试验一种新拌混凝土的工作性(由扩展度mm的长度来表征，长度越长越好)对混凝土抗裂性影响试验结果可以看出，即使是同一配比，新拌混凝土工作性的不同将导致试验结果发生极大的变化。这是由于混凝土的工作性不良将会使新拌混凝土入模后产生不匀匀性，导致圆环上部砂浆比例高，产生较大的收缩而导致混凝土开裂。

11.试验二，本实施例的混凝土与传统的混凝土的泵送性能对比

为研究采用本发明所制备的混凝土和传统配合比混凝土的工作性、可泵性识别并明确塔柱混凝土施工质量控制重点，制作试验墩开展工艺试验。

混凝土可泵性能及工作性能验证：分别采用传统主塔塔柱配合比混凝土(胶凝材料用量497kg/m3，即1#试验墩)和本发明所制备的混凝土(胶凝材料用量440kg/m3，即2#试验墩)进行工艺性盘管泵送试验，观察混凝土的出机和入模混凝土温度，泵送压力，以及泵送前后的坍落度、含气量、塑性黏度等工作性及匀质性的变化情况，结果如下表2、3所示。

表2试验墩混凝土配合比

表3试验墩混凝土工作性能测试结果

通过分析表2和表3的配合比以及测试结果可知，本发明所制备的混凝土2#墩相比传统配合比混凝土1#墩，在经过长距离的泵送后依然能保持良好的工作性能，粘聚性良好。和泵送前相比，混凝土坍落度和扩展度均有部分损失，混凝土含气量略有上升，较之传统的成熟的配方几乎没有差别。

12.试验三，对比本发明所制备的混凝土和传统配合比混凝土浇筑的试件的抗裂性能等

为研究采用本发明所制备的混凝土和传统配合比混凝土浇筑的试件的抗裂性能等，识别并明确塔柱混凝土施工质量控制重点，制作试验墩开展工艺试验。

将试验二中搅拌的混凝土分别进行浇筑，3个月后进行现场目视观测，结果如下表4所示：

表4试验墩裂缝情况对比结果

采用常规配合比混凝土浇筑的试验墩，混凝土出现3种类型的裂缝，开裂严重；采用本发明混凝土浇筑的试验墩，混凝土开裂程度极小或未开裂。

13.以上对比试验结果表明：

本发明所制备的混凝土相比普通混凝土在工作性能上及混凝土裂缝控制上有显著提高。在经过长距离的泵送后依然能保持良好的工作性能，粘聚性良好。和泵送前相比，混凝土坍落度和扩展度均有部分损失，混凝土含气量略有上升，较之传统的成熟的配方在混凝土工作性上几乎没有差别。也就是说，本发明所制备的混凝土在工作性上和传统的成熟的配方在混凝土没有差别能够保持较高的强度，而混凝土的塑性黏度得到了降低，提高了混凝土的可泵性及抗裂能力，从而整体上提升了桥梁墩塔混凝土的施工质量。

进一步，按照本发明制备出的混凝土用于梁墩塔进行现场浇筑施工并进行常规的养护。施工完成的混凝土桥梁墩塔性能优异，能满足建设方和监理方的要求。

实施例的作用与效果

根据本发明所涉及的桥梁墩塔施工用混凝土添加了专利公开号为cn104829160a的黏度改性材料来进行制备。

经过试验和测试证明：

1.本发明所制备的混凝土中添加了专利公开号为cn104829160a的黏度改性材料，混凝土具有良好的抗裂性，同时屈服应力(表征强度的大小)也比较高，完全满足项目方和建设方的要求。

2.本发明所制备的混凝土工作性(混凝土拌合物的施工操作难易程度和抵抗离析作用程度的性质，也称为和易性)、可泵性经过测试也能够满足建设方的施工要求。

3.本发明所制备的混凝土浇筑完成的构筑物表面保水性强，有效降低混凝土失水，降低了混凝土养护压力。

4.进一步，本实施例中通过试验一(是否添加有黏度改性材料的对比试验)证明了在总的胶材用量中添加特殊配方的黏度改性材料是必须的。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。