一种减少拱桥管内混凝土脱空现象的混凝土制备方法及其灌注工艺与流程

本技术涉及高性能混凝土及其施工工艺的领域，尤其是涉及一种减少拱桥管内混凝土脱空现象的混凝土制备方法及其灌注工艺。

背景技术：

1、cfst(concretefilledsteeltube，钢管混凝土)拱桥属于钢—混凝土组合结构中的一种，是指使用缆索吊装系统将钢管分段吊装，合龙形成拱肋，然后在拱肋两端弦管上开设灌注孔，向灌注孔内灌注混凝土，连续灌注至拱顶而形成的拱桥。

2、相关技术中，拱肋的顶端开设排浆孔，向灌注孔内灌注混凝土，连续灌注至排浆孔有混凝土溢出，一方面便于排出钢管内气体，另一方面便于观测灌注状态，提高了灌注的效率。

3、在桥梁施工完成后检查发现，在钢管内壁的顶端与混凝土的界面处出现脱粘，导致钢管内存在局部脱空现象，造成钢管混凝土的耐久性、极限承载力和刚度降低，从而缩短了拱桥的使用寿命。

技术实现思路

1、为了减少钢管内脱空现象，本技术提供一种减少拱桥管内混凝土脱空现象的混凝土制备方法及其灌注工艺。

2、第一方面，本技术提供的一种减少拱桥管内混凝土脱空现象的混凝土制备方法采用如下的技术方案：

3、一种减少拱桥管内混凝土脱空现象的混凝土制备方法包括以下步骤：

4、s1、将卵碎石、机制砂、粉煤灰和硅灰混合均匀，得到粗混料；

5、s2、在粗混料中添加水泥和保水剂，搅拌10-20min后，加入拌合水，搅拌均匀得到初混料；

6、s3、将降脱粘填料均匀添加至初混料中，搅拌均匀得到混凝土。

7、通过采用上述技术方案，先将卵碎石、机制砂、粉煤灰和硅灰混合均匀后再加入水泥和保水剂，之后再加拌合水，拌合水在各粉体材料之后添加，减小了水与胶凝材料形成塑性粘度高的物质以阻碍粉体分布的概率，提高了粉煤灰、硅灰、水泥和保水剂分散的均匀性；卵碎石与机制砂作为粗颗粒，在粉煤灰、硅灰、水泥和保水剂分散时起到支撑和润滑作用；将降脱粘填料最后放入，减小了降脱粘填料在混凝土制备环节的损耗。

8、通过上述制备方法制备的混凝土，在灌注入钢管后，形成cao-mgo-al2o3混合膨胀源，养护初期，氧化钙作为水化的主力，得到的钙矾石填充孔隙，混凝土硬化，随着时间的推移，氧化镁、氧化铝逐步水化，进一步加强混凝土强度。因氧化钙、氧化镁和氧化铝水化速度不同，对混凝土连续膨胀，抵御混凝土在形成过程中不同时期的收缩力，减小了因混凝土收缩而导致混凝土与钢管内壁脱粘的概率，减少了钢管内脱空现象。

9、通过粉煤灰的滚珠减水效应和保水剂对水的吸附作用，降低了混凝土离析的概率，养护期间，混凝土不易因离析而坍塌，减少钢管内脱空现象。

10、可选的，混凝土中各原料配比如下：硅酸盐水泥21-30份；卵碎石50-70份；机制砂37-53份；粉煤灰4-6份；硅灰2-3份；拌合水6.5-9.5份；保水剂0.15-0.3份；降脱粘填料2.1-3.3份。

11、通过采用上述技术方案，制备得到的混凝土性能稳定，混凝土中的钙离子与钢管内壁中的氯离子反应，生成氯化钙和水，导致钢管内壁钝化，提高了混凝土与钢管内壁的接触面积，提高了混凝土与钢管的粘结强度，减少了钢管内脱空现象。

12、可选的，所述降脱粘填料的制备包括以下步骤：在干燥且温度低于零下20℃的环境中将α-氰基丙烯酸乙酯和缓释膨胀剂混合均匀，得到混合物；将混合物沾附于氨纶丝上，常温干燥，得到负载丝；聚四氟乙烯纤维包覆负载丝，形成包覆纱；包覆纱浸渍于液体硅凝胶中，取出干燥后得到改性纱；将改性纱热切得到复合纤维，即为降脱粘填料。

13、通过采用上述技术方案，复合纤维在混凝土中作为细筋结构，限制混凝土中各组分的相互移动，从而减小了混凝土在养护和使用期间变形的概率，减少了钢管内脱空现象。因为液体硅凝胶和氨纶丝的作用，复合纤维具备一定的韧性和回弹性，此外聚四氟乙烯纤维的作用，提高了复合纤维的耐磨性和强度，在混凝土制备和灌注期间，复合纤维不易断裂；在混凝土定型后，复合纤维分布在混凝土中并于卵碎石等粘结，混凝土变形时，复合纤维拉伸，液体硅凝胶形成的固化物破裂，缓释膨胀剂泄露，参与剩余水泥的水化，此时保水剂为水化提供部分水分，混凝土膨胀力增加了混凝土与钢管内壁之间的挤压力，减少了钢管内脱空现象。

14、热切工艺，使复合纤维的切面因氨纶丝的熔融和黏连，减小了氨纶丝与聚四氟乙烯分离的概率。

15、可选的，所述α-氰基丙烯酸乙酯与缓释膨胀剂的重量比为1：(3-4)。

16、通过采用上述技术方案，α-氰基丙烯酸乙酯将缓释膨胀剂沾附在氨纶丝表面，之后又被聚四氟乙烯和液体硅凝胶形成的固化物包覆，减小了缓释膨胀剂在混凝土制备、灌注和养护期间参与反应的概率，硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰和缓释膨胀剂配合，抵御混凝土在形成过程中不同时期的收缩力，减少了钢管内脱空现象。

17、可选的，所述α-氰基丙烯酸乙酯与缓释膨胀剂的重量比为1：(3-4)。

18、通过采用上述技术方案，α-氰基丙烯酸乙酯与缓释膨胀剂的重量比过大，缓释膨胀剂不易释放；α-氰基丙烯酸乙酯与缓释膨胀剂过小，缓释膨胀剂负载牢度低，负载量小。采用上述比重，α-氰基丙烯酸乙酯与缓释膨胀剂，提高了缓释膨胀剂的负载量和释放效率。

19、可选的，所述包覆纱的捻度为100-160捻/10cm。

20、通过采用上述技术方案，通过调整包覆纱捻度，调整聚四氟乙烯对氨纶丝和缓释膨胀剂的包覆率，捻度过大，缓释膨胀剂不易释放，捻度过小，复合纤维易断裂，且缓释膨胀剂易在混凝土制备和养护期间释放，降低了缓释膨胀剂的作用，采用上述捻度，提高了复合纤维的综合性能。

21、可选的，所述缓释膨胀剂包括霰石粉和聚氨酯微粉，霰石粉和聚氨酯微粉的重量比为5：(1-3)。

22、通过采用上述技术方案，霰石粉负载聚氨酯微粉，减小了复合纤维制备过程中，聚氨酯微粉的消耗；缓释膨胀剂释放后，保水剂提供水分，粉煤灰提供铝离子，水泥提供钙离子和镁离子，聚氨酯微粉与上述物质配合，形成胶体颗粒并产生气泡，对混凝土产生膨胀力，胶体颗粒与水反应形成泡沫状结构，一方面消耗钢管内水分，减小钢管的腐蚀，另一方面提高了钢管混凝土的强度；霰石粉逐步转化为方解石，填充泡沫状结构，提高了混凝土的自密性，降低了混凝土在重力作用下变形的概率，减少了钢管内脱空现象。

23、第二方面，本技术提供的一种减少拱桥管内混凝土脱空现象的混凝土的灌注工艺采用如下的技术方案：

24、一种减少拱桥管内混凝土脱空现象的混凝土的灌注工艺包括以下步骤：

25、s1、在拱顶的钢管上开设排浆孔；

26、s2、由拱肋两端弦管上开设的灌注孔，向灌注孔内灌注上述方法制备的混凝土，直至排浆孔流出的混凝土量不少20kg，灌注过程中振捣处理；

27、s3、密封灌注孔，对钢管进行敲击振荡，同时在钢管外侧对钢管进行加热，加热温度为280-300℃；

28、s4、在排浆孔上密封连接密封袋，密封袋内灌装上述方法制备的混凝土，停止加热，冷却钢管；

29、s5、养护14天，密封排浆孔，完成混凝土的灌注。

30、通过采用上述技术方案，灌注混凝土后，通过敲击振荡和加热，混凝土充分沉降密实，因降脱粘填料的存在，混凝土不易离析；此后通过冷却，使钢管内形成负压，混凝土被吸入钢管内填充钢管内空间，提高了混凝土的密实性，减小了混凝土成型后在重力作用下与钢管内壁脱粘的概率，减少了钢管内脱空现象。钢管导热系数大于混凝土，在加热时，钢管膨胀大于混凝土膨胀，混凝土空间增加，沉降增加；冷却时，钢管收缩快于混凝土，但钢管内空气体积减小，仍旧产生负压，使密封袋中的混凝土可以进入钢管内；且因为钢管收缩快于混凝土，钢管对混凝土的挤压力，使两者间粘结强度增强，减小了混凝土与钢管内壁脱粘的概率，从而减少了钢管内脱空现象。通过加热，α-氰基丙烯酸乙酯恢复粘性，特别是与钢管内壁离得近的复合纤维中的α-氰基丙烯酸乙酯，将复合纤维和混凝土中的胶黏填料黏在钢管内壁上，提高了混凝土与钢管内壁的粘结强度，减少了钢管内脱空现象。

31、可选的，对灌注孔和排浆孔进行防水密封。

32、通过采用上述技术方案，水分不易进入钢管内侵蚀混凝土和钢管内壁，同时减小了钢管内壁与混凝土界面脱粘的概率，减少了钢管内脱空现象。

33、可选的，s5中向钢管外表面喷洒低于10℃的水，以完成降温。

34、通过采用上述技术方案，通过冷水急速降温，使混凝土中的氢原子等向钢管内壁渗透，提高混凝土与钢管内壁的粘结强度，减少了钢管内脱空现象。

35、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

36、1.粉煤灰、硅灰、硅酸盐水泥和缓释膨胀剂配合，形成cao-mgo-al2o3-缓释膨胀剂混合膨胀源，混凝土养护期间cao-mgo-al2o3膨胀源先后水化膨胀，减小了混凝土粘流态塌落的概率；缓释膨胀剂在混凝土使用期间发挥作用，阻挡混凝土引重力变形，cao-mgo-al2o3-缓释膨胀剂混合膨胀源不同时间膨胀，抵御混凝土在不同时期的收缩力，从而减小了混凝土收缩导致混凝土与钢管内壁脱粘的概率，减少了钢管内脱空现象；

37、2.缓释膨胀剂沾附在氨纶丝外表面，制备被聚四氟乙烯纤维包缠、液体硅凝胶包覆，之后热切形成复合纤维，该复合纤维因聚四氟乙烯、液体硅凝胶和氨纶丝的配合，具有韧性、回弹性和强度，使其在混凝土制备和灌注过程中不易断裂，不易将缓释膨胀剂释放；混凝土成型后，因重力作用变形，此时复合纤维收到拉扯逐渐断裂，释放缓释膨胀剂，缓释膨胀剂产生膨胀力，阻碍混凝土变形，从而减少了钢管内脱空现象；

38、3.减少拱桥管内混凝土脱空现象的混凝土与灌注工艺配合，钢管加热并振荡，便于让混凝土充分沉降，之后通过降温，使钢管内形成负压，便于向钢管内补充混凝土，提高了钢管你混凝土的密实性，降低混凝土沉降的概率，减少了钢管内脱空现象。