适用于波形钢腹板的微膨胀混凝土的制作方法

本申请涉及建筑材料技术领域，具体而言，涉及一种适用于波形钢腹板的微

膨胀混凝土。

背景技术：

波形钢腹板预应力混凝土箱形梁桥又称波形钢腹板pc桥，是指用波形钢板取代预应力混凝土箱梁的混凝土腹板作腹板的箱形梁，其显著特点是用10～20mm厚的钢板取代厚30～80cm厚的混凝土腹板。波形钢腹板预应力混凝土箱形梁桥包括混凝土顶板和位于混凝土顶板下的混凝土底板，两者之间通过波形钢腹板连接，舍弃了原有易开裂的混凝土腹板，采用波形钢腹板，彻底解决了混凝土腹板易开裂的问题，同时采用了体外预应力，预应力效率大大提升，因此逐渐成为中大型桥梁主要桥型之一，具有自重轻、材料利用率够、预制程度高、耐久性强等优点。

混凝土顶板内部设置体内束，而混凝土底板仲放置预应力束，混凝土顶板和底板可以用来抗弯，而波形钢腹板用来抗剪切，弯矩与剪切力分别由顶板、底板和波形钢腹板来承担，其腹板内的应力分布均匀，提高材料的使用效率；波形钢腹板的纵向刚度较小，在导入预应力时不受抵抗，纵向预应力可以集中加载在顶板和底板上，有效的提高预应力效率。然而由于钢腹板的厚度远小于混凝土腹板，其钢腹板抗畸变和抗扭性能降低较大，易发生屈曲破坏。

针对上述问题，工程人员一般在桥梁中支点采用钢腹板内侧浇筑内衬混凝土，形成组合腹板结构，钢腹板和内衬混凝土形成一整体共同受力，有效避免波形钢腹板与地板混凝土连接部位因截面突变而产生过大的集中应力，提高了腹板的抗屈曲能力，同时保证腹板荷载有效地传递到底板及下部结构。现有技术中常用自密实混凝土来施工，自密实混凝土是指在不需要附加振捣的条件下，混凝土利用自身自重，能够自由流动，完全填充模板，即使在钢筋密集区也且具有高度匀质性。

波形钢腹板的破坏通常是屈曲稳定的问题，而非强度问题，故对内衬混凝土的强度要求不高，但对其整体性能和对腹板的支撑要求较高。而普通混凝土受到温缩和干燥收缩的影响，易发生脱空而丧失整体性，且由于内衬混凝土存在于钢腹板内侧，箱梁的内部，施工时很难振捣，故内衬混凝土常出现均匀性差、空洞多等缺点。因此，有必要发明一种无收缩微膨胀，高流动性的新型内衬混凝土。

本发明因此而来。

技术实现要素：

本申请旨在提供一种免疫组合物，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种混凝土组合物，所述混凝土组合物按重量分数计算原料组分为：

水泥150-250重量份数；

钢渣微粉15-100重量份数；

细骨料250-400重量份数；

天然粗骨料100～150重量份数；

轻骨料100～200重量份数；

再生粗骨料50～150重量份数；

氧化镁膨胀剂5～50重量份数；

减水剂0.5～10重量份数；

水50-100重量份数。

优选的技术方案中，所述混凝土组合物按重量分数计算原料组分为：

水泥150-250重量份数；

钢渣微粉15-50重量份数；

细骨料250-400重量份数；

天然粗骨料100～150重量份数；

轻骨料100～200重量份数；

再生粗骨料50～150重量份数；

氧化镁膨胀剂5～50重量份数；

减水剂0.5～10重量份数；

水50-100重量份数。

优选的技术方案中，所述混凝土组合物按重量分数计算原料组分为：

水泥150-250重量份数；

钢渣微粉15-100重量份数；

细骨料250-400重量份数；

天然粗骨料100～150重量份数；

轻骨料100～200重量份数；

再生粗骨料50～150重量份数；

氧化镁膨胀剂5～30重量份数；

减水剂0.5～10重量份数；

水50-100重量份数。

优选的技术方案中，所述混凝土组合物按重量分数计算原料组分为：

水泥150-250重量份数；

钢渣微粉15-50重量份数；

细骨料250-400重量份数；

天然粗骨料100～150重量份数；

轻骨料100～200重量份数；

再生粗骨料50～150重量份数；

氧化镁膨胀剂5～30重量份数；

减水剂0.5～10重量份数；

水50-100重量份数。

优选的技术方案中，所述混凝土组合物按重量分数计算原料组分为：

水泥150-220重量份数；

钢渣微粉15-50重量份数；

细骨料250-350重量份数；

天然粗骨料100～150重量份数；

轻骨料100～200重量份数；

再生粗骨料50～150重量份数；

氧化镁膨胀剂5～30重量份数；

减水剂0.5～10重量份数；

水50-100重量份数。

优选的技术方案中，所述混凝土组合物中再生粗骨料是通过将建筑垃圾中的建筑废物经分拣、破碎和筛分，去除小于9.50mm和大于20mm的颗粒后，加工制成骨料粒径范围在10～20mm的粒径段即为再生粗骨料。

优选的技术方案中，所述混凝土组合物中所述细骨料为中砂；所述水泥为p·o42.5普通硅酸盐水泥。

本发明的另一目的在于提供一种所述的混凝土组合物的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

(1)再生粗骨料的制备：将建筑垃圾中的废弃混凝土经分拣、破碎和筛分，去除小于9.50mm和大于20mm的颗粒后，以骨料粒径在10～20mm粒径段加工制成再生粗骨料；

(2)按配合比称取水泥、钢渣细粉、再生粗骨料、天然粗骨料、轻骨料、细骨料、减水剂、氧化镁膨胀剂，按照水泥、钢渣细粉、再生粗骨料、天然粗骨料、轻骨料、细骨料、减水剂、氧化镁膨胀剂的顺序投料然后启动搅拌机，干拌1～2min；

(3)加入已经称量好的水，继续搅拌1～2min即得所述的混凝土组合物。

本发明的另一目的在于提供一种所述的混凝土组合物作为用于制备波形钢腹板方面的用途。

优选的技术方案中，所述的混凝土组合物作为波形钢腹板的内衬混凝土。

无收缩微膨胀混凝土是在混凝土中加入膨胀剂或者膨胀水泥，利用膨胀组分的水化补充混凝土的收缩，保持体积稳定性。

本发明针对传统的内衬混凝土难振捣，收缩脱空等缺陷，发明一种轻质，无收缩微膨胀、再生骨料绿色高性能内衬混凝土，有效提高了内衬混凝土的均匀性和体积稳定性，避免内衬混凝土和钢腹板的脱空而丧失整体性；轻质陶粒代替了天然粗骨料，减小了自重，提供桥梁的跨越能力；针对内衬混凝土对强度要求不高的特性，采用再生粗骨料，满足绿色混凝土的要求。

采用上述方案后，本发明与现有技术相比较具有以下突出的优点和效果：

本发明的混凝土组合物无收缩微膨胀，复合添加mgo和钢渣微粉，混凝土全生命周期内都保持了良好的体积稳定性，有效避免了收缩导致的开裂及脱空，保证了波形钢腹板和内衬混凝土的整体性。

本发明的混凝土组合物轻质，使用容重小的陶粒替代了部分天然组骨料，减小了混凝土自重，提高桥梁的跨越能力，同时由于具有较大的孔隙率，具有储水功能，为mgo和钢渣微粉提供了内养护，保证两者充分水化。

本发明的混凝土组合物节能环保。使用了钢渣和再生骨料两种废弃物，节约成本的同时也满足了绿色环保的要求。

本发明的混凝土组合物自密实。针对内衬混凝土在封闭的箱梁内部，难以振捣，且剪力钉和钢筋网较为密集这一实际情况，发明了自密实混凝土，提高了施工速度且避免了振捣不充分造成的露筋和空洞等病害。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明的混凝土组合物的制备方法流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明提供了一种混凝土组合物，所述混凝土组合物按重量分数计算原料组分为：

水泥150-250重量份数；

钢渣微粉15-100重量份数；

细骨料250-400重量份数；

天然粗骨料100～150重量份数；

轻骨料100～200重量份数；

再生粗骨料50～150重量份数；

氧化镁膨胀剂5～50重量份数；

减水剂0.5～10重量份数；

水50-100重量份数。

优选的技术方案中：所述轻骨料采用5～20mm连续粒级的陶粒，表观密度为975kg/m³，堆积密度为1758kg/m³，1h吸水率为12.29％。

优选的技术方案中：所述天然粗骨料采用5～20mm连续粒级的碎石，表观密度为2.75g/cm³，堆积密度为1.35g/cm³，吸水率为0.45％。

优选的技术方案中：所述再生粗骨料的表观密度控制在2.60g/cm³，堆积密度控制在1.20g/cm³，吸水率控制在4.4％。

优选的技术方案中：所述细骨料为中砂；所述水泥为p·o42.5普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为i级粉煤灰。

优选的技术方案中：所述细骨料的细度模数为2.92；堆积密度控制在1579kg/m³；表观密度控制在2450kg/m³；空隙率控制在64.21％。

优选的技术方案中：所述mgo膨胀剂的比表面积15.8m²/g，活性在110-150s。

本发明的混凝土不但简化了加工工序，而且降低了成本。当前关于采用单粒级再生骨料制备高性能自密实混凝土的研究很少。因此，配制自密实再生骨料混凝土不但可以有效解决建筑垃圾造成的环境和社会问题，还有一定的经济效益，而且贯彻了国家节约资源、绿色生产的技术经济政策。

所述建筑拆除物中废弃的混凝土作为再生粗骨料替代部分天然碎石作为粗骨料的替代率为30％～70％。所述再生粗骨料为含有少量碎砖的废弃混凝土经颚式破碎机破碎后再经筛分而获得的粒径是10mm～20mm的单粒级配。

本发明产生的混凝土组合物，所用的材料除普通混凝土使用的水泥、石子、砂和水四种原料外，还包括含有少量碎砖的废弃混凝土单粒级再生粗骨料和高效聚羧酸减水剂。所制备的再生自密实混凝土的流动性、填充性、抗离析性、经时损失和强度均满足相关要求。便于施工的同时降低了混凝土生产成本。同时，还可以解决建筑垃圾处理的问题，缓解资源枯竭的压力，绿色环保，制备方法简单，适合工业化生产。

术语说明

本发明技术方案中水泥，包括但不限于硅酸盐水泥或其他混合水泥等。其中硅酸盐水泥，包括但不限于低热硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、早强硅酸盐水泥、超早强硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥等。另外，混合水泥，包括但不限于高炉水泥、硅石水泥、粉煤灰水泥等。作为水泥，硅酸盐水泥是优选的，其中，普通硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥或低热硅酸盐水泥是优选的。水泥的标号是水泥“强度”的指标。水泥的强度是表示单位面积受力的大小，是指水泥加水拌和后，经凝结、硬化后的坚实程度(水泥的强度与组成水泥的矿物成分、颗粒细度、硬化时的温度、湿度、以及水泥中加水的比例等因素有关)。p·o42.5普通硅酸盐水泥即为强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥。

作为用于混凝土的骨料，可列举出粗骨料和细骨料。这里，在自密实混凝土中添加作为骨料的粗骨料和细骨料。作为粗骨料，可列举出河砾石、海砾石、山砾石、碎石、矿渣碎石等，作为细骨料，可列举出河砂、海砂、山砂等。另外，粗骨料和细骨料可以根据通常的分类(筛分等)来区分。

此外，在这种混凝土中，从获得充分的强度的观点考虑，每1m³该混凝土优选为700～1000kg，更优选800～900kg，另外，粗骨料的含量每1m³混凝土优选为800～1100kg，更优选为850～950kg。这种混凝土例如可以通过如下方式获得：将水泥外加剂、粉煤灰添加到水泥中，形成水泥组合物，再将水和骨料添加到该水泥组合物中进行混合，由此获得。然而，由于本发明的混凝土只要在其组成中含有上述水泥外加剂即可，因此，可以在混凝土制备时添加。所述细骨料为中砂，所述外加剂为聚羧酸减水剂，所述水泥为p·o42.5普通硅酸盐水泥，所述粉煤灰为i级粉煤灰。

此外，混凝土中进一步含有减水剂。作为减水剂，可以没有限制地应用减水剂、ae减水剂、高性能减水剂、高性能ae减水剂等作为混凝土中使用的减水剂所公知的材料。多元羧酸系的减水剂是优选的。减水剂在水泥组合物中的含量优选为0.8～3.0质量％。另外，减水剂可以不作为水泥外加剂含有，而是在制备混凝土时添加。

高性能减水剂，包括但不限于萘系高效减水剂，聚羧酸高效减水剂和脂肪族高效减水剂。其中萘系高效减水剂为萘磺酸盐甲醛缩合物。脂肪族高效减水剂是丙酮磺化合成的羰基焦醛。聚羧酸减水剂(polycarboxylatesuperplasticizer)是一种高性能减水剂，是水泥混凝土运用中的一种水泥分散剂，化学上可以分为两类，以主链为甲基丙烯酸，侧链为羧酸基团和mpeg(methoxypolyethyleneglycol)，聚酯型结构。另外一种为主链为聚丙烯酸，侧链为vinylalcoholpolyethyleneglycol，聚醚型结构。

骨料，即在混凝土中起骨架或填充作用的粒状松散材料。骨料作为混凝土中的主要原料，在建筑物中起骨架和支撑作用。粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料，俗称石。常用的有碎石及卵石两种。碎石是天然岩石或岩石经机械破碎、筛分制成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积而成的、粒径大于4.75mm的岩石颗粒。卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍者为针状颗粒；厚度小于平均粒径0.4倍者为片状颗粒(平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值)。建筑用卵石、碎石应满足国家标准gb/t14685－2001《建筑用卵石、碎石》的技术要求。

粒径4.75mm以下的骨料称为细骨料，俗称砂。砂按产源分为天然砂、人工砂两类。天然砂是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的、粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。天然砂包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。

本发明的天然粗骨料即为一般常用的粗骨料；而再生粗骨料为将建筑垃圾中的废弃混凝土经分拣、破碎和筛分，去除小于9.50mm和大于20mm的颗粒后，加工制成的骨料粒径范围在10～20mm的粒径段。利用再生骨料替代天然骨料，节约了成分，同时由于内衬混凝土对强度要求不高，也不会对桥梁结构安全带来任何负面影响。

粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。粉煤灰可作为混凝土的掺合料。

轻骨料，可分为轻粗骨料和轻细骨料。凡粒径大于4.75mm，堆积密度小于1100kg/m3的轻质骨料，称为轻粗骨料；凡粒径不大于4.75mm，堆积密度小于1200kg/m3的轻质骨料。称为轻细骨料(或轻砂)。轻骨料按其来源可分为：工业废渣轻骨料。如粉煤灰陶粒、自燃煤矸石、膨胀矿渣珠、煤渣及其轻砂；天然轻骨料，如浮石、火山渣及其轻砂；人造轻骨料，如页岩陶粒、黏士陶粒、膨胀珍珠岩及其轻砂。轻骨料的技术要求主要包括堆积密度、强度、颗粒级配和吸水率四项。本发明轻骨料采用陶粒。陶粒容重较低，能减小混凝土重量，提高桥梁的跨越能力；同时陶粒具有储水功能，能为钢渣微粉和mgo提供内养护，保证两者充分水化。

本发明采用钢渣微粉。新生钢渣中由于含有游离的cao和mgo，具有一定的膨胀性能，但其水化速率较慢，易引起混凝土安定性问题。但钢渣磨成微粉后，其水化活性大大提高，可用来配制无收缩微膨胀混凝土。本发明膨胀剂采用mgo膨胀剂，为轻烧mgo。钢渣粉的主要膨胀发生在中后期，不能有效补偿早期大体积混凝土在温降过程中产生的收缩，轻烧氧化镁其活性较大，早期就能产生较大膨胀。轻烧mgo和钢渣微粉结合，能保证全生命周期混凝土不收缩。

本发明的钢渣微粉是经回收利用后的废弃钢渣，再加工后形成的。本发明的钢渣微粉经破碎设备或者研磨设备对废弃钢渣进行循环粉碎处理，然后通过分拣设备对不同粒径进行分拣获取，粒径在1μm～15μm为钢渣微粉，粒径大于15μm为钢渣砂，两者物理性能迥异。经研究证实，钢渣粉的紧实率在40％～60％，其破碎指数小于15，可以与滑石粉配合，作为自密实混凝土中水泥的完美替代。破碎指数(shatterindex)通常为评定钢渣粉韧性的指标，常用方法是标准圆柱钢渣粉试样从规定高度坠落在6目筛网中部的钢砧上，残留在该筛网上钢渣粉的重量占总重量的百分数。

实施例1～7

(1)准备原料：

水泥：p·o42.5普通硅酸盐水泥，表观密度为3.10g/cm³。

细骨料:中砂，<5mm，级配合格。中砂性能指标如表1。

表1中砂性能指标

天然粗骨料：5～20mm连续粒级的碎石，表观密度为2.75g/cm³，堆积密度为1.35g/cm³，吸水率为0.45％。

再生粗骨料：将建筑垃圾中的废弃混凝土如建(构)筑废物中废混凝土、废弃砂浆、废砖瓦碎块等经过分拣、破碎和筛分，筛除小于9.50mm和大于20mm的颗粒后，以骨料粒径在10mm～20mm粒径段加工制成再生粗骨料。其性能见表2。

表2再生粗骨料性能指标

轻骨料：圆球形粉煤灰陶粒，粒径5～20mm，连续级配，性能指标如表3。

表3轻骨料性能指标

膨胀剂：mgo膨胀剂，活性为120s左右，比表面积15.8m²/g。

外加剂：聚羧酸高效减水剂，性能指标如表4。

表4聚羧酸高效减水剂性能指标

水：自来水。

(2)配合比如表5所示。

表5内衬混凝土的配合比

(3)制备步骤

为防止粘锅，称取各材料适量，拌制混凝土，待搅拌机内壁粘上水泥砂浆，取出新拌混凝土，按配合比称取水泥、再生粗骨料、天然粗骨料、细骨料、轻骨料和外加剂，按照再生粗骨料、天然粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰和外加剂的顺序投料然后启动搅拌机，干拌1min～2min；

加入已经称量好的水，继续搅拌1min～2min即可。

(4)测试数据

表6内衬混凝土的测试结果

实施例8-11混凝土变形性能测试试验

实验目的：分析不同掺量的mgo和钢渣微粉对混凝土变形性能的影响

试验方法：混凝土内埋应变计测其干燥收缩。具体做法：试件脱模后后在温度为(20±1)℃，相对湿度为(60±5)％(用nabr的饱和盐溶液控制其湿度)的干燥条件下养护。用于测混凝土的膨胀率la的计算公式：la＝[(l1-l0)/l]×100％，其中的l0为初始长度，l1为相应龄期混凝土的长度，l为试件的有效长度取250mm；用于测混凝土应变的计算公式如下：

εm＝k(f-f0)+(b-α)(t-t0)

式中：εm为被测物的应变量，单位10^-6/f；

k为应变计的测量灵敏度，单位10^-6/f；

b为应变计的温度修正系数，单位10-6/℃；

α为被测物的线膨胀系数，单位10-6/℃；

f和f0分别为应变计的实时测量值、基准值，单位f；

t和t0分别为温度的实时测量值、基准值，单位℃。

实验过程：试验配合比，实验各个分组中混凝土的配合比只改变内衬mgo和钢渣微粉的掺量其他不变，具体分组如表7。

表7各个实验分组的混凝土的配合比

试验结果

恒温绝湿条件下的混凝土变形(με)实验结果如表8所示。

表7各个实验分组的混凝土变形(με)实验结果

通过试验发现：单独添加mgo后，混凝土的早期收缩明显得到抑制，但后期由于mgo被大量消耗，补偿效果明显减弱，出现体积倒缩；单独添加钢渣微粉，由于钢渣微粉活性低，反应速率较慢，早期体积仍表现出低收缩的现象，早期收缩没有得到有效抑制，7天后，反应速率明显加快，由收缩转为微膨胀；复合添加mgo和钢渣微粉，混凝土早、中、后期的体积稳定性得到了明显改善，后期膨胀量保持在110个微应变，也没有出现任何裂缝，不影响混凝土的安定性。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。