[發(fā)明專利]用于高原地區(qū)橋梁薄壁空心墩的高性能混凝土及制備方法

有效

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• 申請日: 2022-10-19
• 公開（公告）號(hào): CN115745528B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸俊;韓旭東;何智海;李靜;桑偉;徐浩;何彬
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江永堅(jiān)新材料科技股份有限公司
• 主分類號(hào): C04B28/06
• 分類號(hào): C04B28/06;C04B111/20;C04B111/34;C04B111/76
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

一種用于高原地區(qū)橋梁薄壁空心墩的高性能混凝土，按質(zhì)量份計(jì)，包括以下原材料：硫鋁酸鹽水泥396～432份，碳化硼粉16～20份，天然砂358～509份，碳化硼微珠218～358份，碎石1036～1072份，改性聚丙烯纖維8～12份，納米SiO₂4～6份，不銹鋼酸洗污泥16～20份，正十九烷20～24份，水158～185份，減水劑4.6～5.6份。以及提供一種用于高原地區(qū)橋梁薄壁空心墩的高性能混凝土的制備方法。本發(fā)明通過加入碳化硼材料、不銹鋼酸洗污泥、正十九烷、納米SiO2和改性聚丙烯纖維可有效強(qiáng)化混凝土的這部分性能，并在高原環(huán)境下表現(xiàn)良好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于高原地區(qū)橋梁薄壁空心墩的高性能混凝土及制備方法。

背景技術(shù)

橋梁薄壁空心墩是橋梁跨越復(fù)雜地形的主要墩身形式，該類橋墩為中空結(jié)構(gòu)，其墩身壁厚通常為0.5～0.6m，因其擁有較高的強(qiáng)度/質(zhì)量比和剛度/質(zhì)量比，常出現(xiàn)于現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)中。一般橋梁設(shè)計(jì)使用壽命較長，混凝土的耐久性是保證橋梁壽命的關(guān)鍵指標(biāo)，而橋梁薄壁空心墩墩身厚度較小，因此在溫度應(yīng)力或者混凝土收縮作用下，墩身在早期會(huì)有開裂的風(fēng)險(xiǎn)，這會(huì)使橋梁薄壁空心墩的力學(xué)性能和耐久性受到影響。

隨著施工技術(shù)的進(jìn)步，我國已經(jīng)積累了相當(dāng)豐富的極端環(huán)境施工經(jīng)驗(yàn)，特別是在高原環(huán)境下不斷有新的技術(shù)突破。高原地區(qū)環(huán)境惡劣，由于空氣稀薄且潔凈，絕大部分地區(qū)的年日照時(shí)長達(dá)到2600h以上，太陽年輻射總量則在5000mJ/m²以上，這使得高原地區(qū)年蒸發(fā)量較大。橋梁薄壁空心墩的施工過程中混凝土使用量巨大，混凝土作為一種水硬性材料，內(nèi)部水分流失導(dǎo)致的收縮是產(chǎn)生裂縫的主要原因之一。此外，如青藏高原等地區(qū)年平均氣溫為-6℃～8℃，年溫差在16℃～28℃間，晝夜溫度大幅度交替的頻率明顯高于同緯度的平原地區(qū)。大溫差環(huán)境對于混凝土性能的發(fā)展不利，如溫度應(yīng)力導(dǎo)致的裂縫，內(nèi)部自由水產(chǎn)生的凍脹應(yīng)力，低溫條件下水化過程遲緩，影響力學(xué)性能發(fā)展等。因此，高原地區(qū)可用的橋梁薄壁空心墩混凝土需要具備可靠的抗收縮性能、抗凍融性能以及早期強(qiáng)度發(fā)展能力。

為解決以上問題，傳統(tǒng)的方法為采用外加劑調(diào)控混凝土性能，通過加入氯鹽類外加劑可改善混凝土的抗凍融性能和早期強(qiáng)度發(fā)展能力，但氯鹽的加入會(huì)極大的增加橋梁薄壁空心墩中鋼筋銹蝕的風(fēng)險(xiǎn)。此外，已有相關(guān)專利將石蠟作為相變材料用于提高混凝土的抗凍融性能，但石蠟在相變后容易泄露，導(dǎo)致混凝土儲(chǔ)熱能力下降，因此需要采用封裝措施，導(dǎo)致工藝流程復(fù)雜化。通過加入纖維可以提高混凝土的抗裂性能，但是由于纖維表面與水泥間基本不存在反應(yīng)性，導(dǎo)致纖維與混凝土基體間存在明顯的界面過渡區(qū)。

2018年中國不銹鋼產(chǎn)量超過2600萬噸，不銹鋼酸洗污泥為不銹鋼生產(chǎn)的副產(chǎn)物，其產(chǎn)量通常為不銹鋼產(chǎn)量的3％左右。不銹鋼酸洗污泥因含有大量重金屬而處理困難，但其中含有可觀的CaSO₄成分，因此可應(yīng)用于水泥基材料，并且水泥的凝結(jié)硬化可有效封存重金屬。碳化硼材料因具有高彈性模量和高耐磨性，常被用作研磨介質(zhì)，該類材料性質(zhì)穩(wěn)定，在混凝土中表現(xiàn)為惰性，不同尺度的碳化硼材料可以起到惰性填料或者優(yōu)化級配的作用。正十九烷作為一種相變材料，常應(yīng)用于化工領(lǐng)域，相比于石蠟，正十九烷在表面張力的作用下，可以很好的留存于混凝土毛細(xì)孔中，并具有較為不錯(cuò)的相變儲(chǔ)能作用。納米SiO₂被認(rèn)為可以作為成核劑，加快水泥的水化速率，通過在聚丙烯纖維表面涂覆納米SiO₂，也可提高纖維與混凝土基體間的粘結(jié)強(qiáng)度，從而進(jìn)一步抑制裂縫的產(chǎn)生。

高原地區(qū)低溫干燥、日照輻射強(qiáng)、晝夜溫差大等嚴(yán)酷環(huán)境條件意味著橋梁薄壁空心墩的開裂更為頻繁且嚴(yán)重。因此，作為墩身主要組成材料的混凝土在滿足強(qiáng)度等基本性能的前提下，還需要克服高原嚴(yán)酷環(huán)境所帶來的影響，具備較為優(yōu)秀的抗收縮性能、抗凍融性能以及早期強(qiáng)度發(fā)展能力等。

發(fā)明內(nèi)容