一种大跨度CFST拱桥管内用自密实、无收缩混凝土制造技术

本发明专利技术公开了一种大跨度CFST拱桥管内用自密实、无收缩混凝土。本发明专利技术所述大跨度CFST拱桥管内用自密实、无收缩混凝土包括以下组分，各组分的重量为：水泥350‑450kg/m3，矿物掺合料100‑200kg/m3，细骨料750‑850kg/m3，粗骨料900‑1000kg/m3，聚羧酸高性能减水剂5‑15kg/m3，复合膨胀剂50‑60kg/m3，水150‑175kg/m3。本发明专利技术通过混凝土配合比优化设计，保证其力学性能；掺入复配有减水、保坍、缓凝、消泡、触变改性等功能组分的高性能减水剂，改善新拌混凝土流动性，保障拌合物在钢管内的密实填充，同时增强新拌混凝土触变性，显著改善拱顶水平段钢管上部脱空现象；掺入复合膨胀剂，分阶段、全过程补偿钢管混凝土的收缩变形，使得混凝土与钢管壁紧密贴合，协同受力，强化“套箍”效应，保障结构承载力。

A self compacting and non shrinkage concrete for long span CFST arch bridge

The invention discloses a self compacting and shrinkage free concrete in a large-span CFST arch bridge. The self-compacting and non-shrinkage concrete used in the tube of the long-span CFST arch bridge comprises the following components with the weight of cement 350 450 kg/m3, mineral admixture 100 200 kg/m3, fine aggregate 750 850 kg/m3, coarse aggregate 900 1000 kg/m3, polycarboxylic acid superplasticizer 5 15 kg/m3, composite expansive agent 50 60 kg/m3, etc. The water is 150 175kg/m3. The invention guarantees the mechanical properties by optimizing the mix proportion of concrete, and mixes the high performance water reducing agent with water reducing, slump retaining, retarding setting, defoaming, thixotropic modification and other functional components, improves the fluidity of fresh concrete, guarantees the compact filling of the mixture in the steel tube, and strengthens the thixotropy of fresh concrete. To improve the void phenomenon of the steel tube in the horizontal section of the vault roof, the composite expansive agent is added to compensate the shrinkage deformation of the concrete filled steel tube in stages and in the whole process, so that the concrete and the steel tube wall are tightly bonded, and the \hoop\ effect is strengthened to ensure the bearing capacity of the structure.

【技术实现步骤摘要】
一种大跨度CFST拱桥管内用自密实、无收缩混凝土
本专利技术涉及一种大跨度CFST拱桥管内用自密实、无收缩混凝土，设计强度等级C60，具有优异的工作、力学和体积稳定性能，可显著改善核心砼在钢管内部的充填状态，保障结构承载力与服役寿命，特别适用于大型钢管混凝土桥梁。
技术介绍
钢管混凝土(CFST)拱桥由于钢与混凝土组合共同受力发挥各自优势，具有力学性能好、施工简便、核心混凝土延性增强、拉压强度增强、钢管失稳性能和防锈能力提高、施工方便等特点，因此自1991年我国建成第一座钢管混凝土公路拱桥—四川旺苍县东河大桥以来，钢管混凝土拱桥得到了井喷式的空前发展。到2016年为止，据不完全统计，钢管混凝土拱桥有400多座，其中跨径超过400m的就有7座。随着我国公路、铁路和城市桥梁的快速发展，钢管混凝土拱桥有广阔的应用前景，也将面对大跨径设计与施工的难题，因此开展相关研究工作显得尤为迫切。应用于CFST拱桥管内的混凝土强度等级一般不低于C50，当跨度增大至400m以上时，则达到C60甚至更高。在这类大跨度CFST拱桥建造面临的众多问题中，管内混凝土与外侧管壁之间不能紧密贴合、协同受力是关键之一，严重影响结构承载力和使用安全。这一问题的产生主要有以下3方面原因：①浇筑的高强混凝土水胶比低，粘度大，施工困难，无法有效充满整个钢管结构内部；②混凝土充填至相应部位后，其中的轻物质，尤其是气泡大量上浮聚集至混凝土与钢管壁接触处，产生空隙，这在钢管混凝土拱桥的拱顶处普遍存在，极难解决；③低水胶比和高胶凝材料用量导致高强混凝土早期沉降收缩、硬化后自生收缩与温降收缩变形大，严重影响混凝土的体积稳定性，造成管内混凝土与管壁的脱空，这在大跨径CFST拱桥的钢管结构中尤为明显。众所周知，钢管与其核心混凝土间的协同互补作用是钢管混凝土具有一系列突出优点的根本所在，钢管内混凝土的浇筑质量直接影响到构件的承载力和钢管混凝土的复合弹性模量，从而影响到构件的安全性及能否正常工作。为解决上述问题，既有研究的主要技术途径有：①优化混凝土配合比设计；②掺入高减水率的减水剂，提升高强混凝土流动性；③掺入消泡剂，降低混凝土含气量；④掺入铝粉和钙类混凝土膨胀剂。这些方法有一定可行性，但都存在不足之处。例如，通过强分散性减水剂的掺入可降低混凝土拌合物屈服应力，增加扩展度，但低水胶比下其塑性粘度仍然较高，拌合物流速缓慢；掺入消泡剂，可以降低混凝土含气量至2.0％以下，但大量工程实践表明，低含气量的高流态混凝土在静止后的相当长一段时间内，仍然存在小气泡聚合现象，形成大量跨度0.5mm-5mm的气泡不断上浮，聚集于拱顶部位造成脱空；掺入铝粉发气速度过快，且产生的氢气会带来钢结构氢脆破坏的风险；钙类膨胀剂膨胀较早，一般7d内即可完成整个膨胀量的90％以上，补偿钢管混凝土后期收缩变形的效果欠佳。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种大跨度CFST拱桥管内用自密实、无收缩混凝土，设计强度等级C60，具有优异的工作、力学和体积稳定性能，可显著改善核心砼在钢管内部的充填状态，保障结构承载力与服役寿命，特别适用于大型钢管混凝土桥梁。本专利技术提供了一种大跨度CFST拱桥管内用自密实、无收缩混凝土，包括以下组分，各组分的重量为：前述各混凝土原材料的重量之和为2400-2500kg/m3；所述水泥为硅酸盐或普通硅酸盐42.5级或52.5级水泥；所述矿物掺合料为国标II级以上粉煤灰及S95级以上矿粉以任意比例混合；所述细骨料为含泥量不超过2％，细度模数2.3-3.0的中河砂；所述粗骨料为5-20mm的级配石灰岩、花岗岩或玄武岩碎石；所述聚羧酸高性能减水剂为江苏苏博特新材料股份有限公司生产PCA-I聚羧酸高性能减水剂，减水率26％；所述复合膨胀剂为江苏苏博特新材料股份有限公司生产HME-II高性能混凝土氧化镁复合膨胀剂。所述一种大跨度CFST拱桥管内用自密实、无收缩混凝土，在满足力学性能要求的前提下，使用较多的粉煤灰和矿粉双掺取代水泥，可利用不同粒径粉体颗粒的级配效应，提高颗粒堆积密度，优化混凝土拌合物工作性，降低粘度；减少混凝土水泥用量，降低自收缩与温度收缩变形，提升其体积稳定性。所述聚羧酸高性能减水剂由以下各组分按重量百分比组成：前述各组分的重量百分比之和为100％；所述减水组分为重均分子量2万～8万的聚丙烯酸类醚型共聚物；所述保坍组分为重均分子量2万～5万的酯型共聚物；所述缓凝组分为葡萄糖、葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、多聚磷酸钠中的任意一种或几种混合；所述消泡组分为有机硅类、聚醚改性有机硅类消泡剂中的任意一种或几种混合；所述触变改性组分为江苏苏博特新材料股份有限公司生产的VM1002混凝土流变改性剂，所述VM1002混凝土流变改性剂为重均分子量300-500万两性离子聚合物，水溶性佳，耐盐碱性强。本专利技术所述触变改性组分在水相中均匀分散，使其水溶液具有极高的时间触变性，所述触变性由静切力法和滞后环法评价；采用静切力法评价触变性时，剪切移除后，体系静切力极速回复重建；所述体系静切力极速回复重建是指：所述触变剂的0.5％水溶液，采用美国Brookfield公司产旋转布氏粘度计测试，100s-1速率下剪切60s后移除剪切，溶液静切力于60s内应回复至未剪切时值的90％以上；所述静切力测试方法参见GB/T16783.1-2006《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》；采用滞后环法评价触变性时，滞后环法采用滞后换的面积反映流体触变能的储存大小，即其结构拆散与形成所需能量之差，详见刘崇建、刘孝良《触变性水泥的评价方法及其应用》，钻井工程，2001年第21卷第2期。所述复合膨胀剂由以下各组分按重量百分比组成：前述各组分的重量百分比之和为100％。所述塑性发气剂为偶氮二甲酰胺，商品名AC发泡剂，在碱性环境中缓慢分解，产生N2、CO2等气体，补偿混凝土硬化前塑性阶段的凝缩；所述轻烧氧化钙熟料江苏苏博特新材料股份有限公司生产，其氧化物组成中CaO含量不低于80％；所述轻烧氧化镁熟料江苏苏博特新材料股份有限公司生产，其氧化物组成中MgO含量不低于95％，活性指数为100-240s；所述石膏为市售半水石膏，其氧化物组成中SO3含量不低于48％。本专利技术提供的一种大跨度CFST拱桥管内用自密实、无收缩混凝土，其拌合物具有良好的工作性与较低的粘度，并具有2h以上的工作性保持能力，通过高抛、顶升等施工方法灌注入钢管结构，可保障拌合物在钢管内的密实填充；本专利技术提供的一种大跨度CFST拱桥管内用自密实、无收缩混凝土，具备良好的触变性，拌合物填充至相应部位后，从运动状态变为静止状态，体系静切力可迅速回复提升，使内部气泡运动所受粘滞阻力大大增加，从而无法上浮聚集，显著改善钢管顶部脱空现象；本专利技术提供的一种大跨度CFST拱桥管内用自密实、无收缩混凝土具备的高触变性来源于其中掺入的高分子量两性离子聚合物，利用其疏水缔合作用，带来的拌合物触变性远高于纤维素醚、淀粉醚、聚丙烯酰胺、层片状硅酸盐等传统保水增稠材料，并解决了生物胶类物质水溶性与离子稳定性差，无法与减水剂中其它功能组分复配的难题；同条件下采用滞后环法评价，掺入本专利技术提供的外加剂后混凝土滞后环面积高出采用纤维素醚、淀粉醚、聚丙烯酰胺、层片状硅酸盐等传统保水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大跨度CFST拱桥管内用自密实、无收缩混凝土，其特征在于，包括以下组分，各组分的重量为：

【技术特征摘要】
1.一种大跨度CFST拱桥管内用自密实、无收缩混凝土，其特征在于，包括以下组分，各组分的重量为：所述水泥为硅酸盐或普通硅酸盐42.5级或52.5级水泥；所述矿物掺合料为国标II级以上粉煤灰及S95级以上矿粉以任意比例混合；所述细骨料为含泥量不超过2％，细度模数2.3-3.0的中河砂；所述粗骨料为5-20mm的级配石灰岩、花岗岩或玄武岩碎石；所述聚羧酸高性能减水剂为江苏苏博特新材料股份有限公司生产PCA-I聚羧酸高性能减水剂，减水率26％；所述复合膨胀剂为江苏苏博特新材料股份有限公司生产HME-II高性能混凝土氧化镁复合膨胀剂。2.根据权利要求1所述的一种大跨度CFST拱桥管内用自密实、无收缩混凝土，其特征在于，所述聚羧酸高性能减水剂由以下各组分按重量百分比组成：所述减水组分为重均分子量2万～8万的聚丙烯酸类醚型共聚物；所述保坍组分为重均分子量2万～5万的酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘加平，王睿，李永亮，王勇，魏志强，徐文，王毅，
申请(专利权)人：东南大学，中国铁路青藏集团有限公司拉林铁路建设总指挥部，
类型：发明
国别省市：江苏,32