一种持续精细膨胀控制钢管混凝土制造技术

本发明专利技术公开了一种持续精细膨胀控制钢管混凝土，主要由硅酸盐水泥、矿物掺和料、级配碎石、河砂、减水组分和膨胀稳定组分制备而成。本发明专利技术通过将减水剂与消泡剂和引气剂进行复配可以将新拌混凝土的含气量有效控制在1.0‑2.5％范围内，改善了混凝土的初始流动性能；同时根据实际工程需要，采用将膨胀剂与减缩剂和/或内部湿度补偿剂进行复合的方式有效解决钢管混凝土存在的塑性收缩、自收缩和徐变大、钢管混凝土内部自干燥效应以及膨胀剂中后期膨胀率不足的问题，并进一步改善钢管混凝土含气量大的问题；所得钢管混凝土的膨胀率随龄期持续稳定增长，有利于混凝土与钢管的粘结和混凝土后期强度的强化，且可减少膨胀剂的使用量，适合推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于建筑材料领域，具体涉及一种持续精细膨胀控制钢管混凝土。
技术介绍
钢管混凝土是指将混凝土填充到钢管中，由钢管和核心混凝土共同承担荷载的组合结构构件，其技术核心在于利用混凝土与钢管相结合产生的“套箍”效应。由于钢管的套箍，核心混凝土处于三轴受压状态，承载能力和抗变形能力得到极大提升。同时核心混凝土对钢管具有支撑作用，改善了钢管的局部失稳变形，具有承载力高、耐久性好、体积稳定性高、便于施工及经济等优点。因而在现代高层建筑和大跨径拱桥中得到了广泛的应用，包括钢管拱桥、钢管短柱和钢管桁架梁等形式。但是在钢管混凝土结构中，核心混凝土收缩大，易与钢管发生脱空。核心混凝土由于存在着塑性收缩、自收缩、温度收缩和徐变等收缩，因而容易在混凝土与钢管壁之间出现脱空形成缝隙，使钢管混凝土的弹性模量和承载能力大幅下降，下降幅度可达10％～30％，纵向和侧向变形加剧，对工程造成潜在的安全隐患。高强度和超高强度等级的钢管混凝土由于水灰比低、胶凝材料用量高，混凝土单方用水量小，混凝土的自收缩值相当大，并且发展迅速，对其体积收缩的控制更加困难，更容易在核心混凝土与钢管壁之间形成空腔。其次，核心钢管混凝土水分消耗大，钢管混凝土密闭结构无法又从外界获取胶凝材料水化需水量，易造成内部的自干燥效应而影响胶凝材料特别是膨胀剂的水化，导致混凝土中后期膨胀率不足甚至倒缩，产生不良效果。与此同时，核心混凝土的含气量对钢管壁与混凝土的粘结有很大影响：若核心混凝土气体量过大，在进行钢管混凝土的泵送顶升施工过程中，这些气体极易在泵送压力和混凝土自身重力的作用下吸附于钢管内壁并富集而形成一层气体膜，抵消了核心混凝土的膨胀量，易造成钢管壁与混凝土脱粘。因此，提出一种持续精细膨胀控制的钢管混凝土具有重要的实际应用意义。
技术实现思路
针对上述钢管混凝土在制备和实际施工中存在的钢管-混凝土“脱空”的问题，本专利技术提出了一种持续精细膨胀控制钢管混凝土，可有效降低新拌混凝土的含气量，增加混凝土浆体保塑能力，增加混凝土中后期内部湿度和水化能力，保证混凝土持续稳定膨胀效果，确保钢管-混凝土复合组合构件的高承载力和高耐久性。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种持续精细膨胀控制钢管混凝土，各组分及用量为：硅酸盐水泥300-500kg/m3、矿物掺和料50-100kg/m3、级配碎石900-1100kg/m3、河砂700-900kg/m3、减水组分5-12kg/m3、
膨胀稳定组分25-60kg/m3，水胶比为0.22-0.45；所述持续精细膨胀控制钢管混凝土的设计强度等级为C30-C80。上述方案中，所述普通硅酸盐水泥为42.5等级；所述矿物掺和料为粉煤灰、硅灰、矿粉中的一种或两种；所述级配碎石由粒径为5-10mm和10-25mm的碎石按4:6-2:8的质量比混合而成。上述方案中，所述减水组分由高效聚羧酸系减水剂母液、消泡剂和引气剂按100:(0.02-0.10):(0.001-0.005)的质量比复配而成，所述减水组分的有效固含为22-25％。上述方案中，所述聚羧酸系减水剂母液的有效固含为38-42％。上述方案中，所述消泡剂可选择环氧乙烷和环氧丙烷嵌段共聚物、聚有机硅氧烷、聚醚改性有机硅氧烷中的一种或多种；所述引气剂为松香树脂类、烷基和烷基芳烃磺酸类、脂肪醇磺酸盐中的一种或多种。上述方案中，所述膨胀稳定组分根据持续精细膨胀控制钢管混凝土在实际工程中对膨胀率δef的要求进行选择：1)60天自由膨胀率δef在0.1×10-4≤δef＜1.9×10-4范围内时，膨胀稳定组分由减缩剂和膨胀剂复合而成，其中膨胀剂占膨胀稳定组分的质量百分比为90-99％，其余为减缩剂；2)60天自由膨胀率δef在1.9×10-4≤δef＜2.5×10-4范围内时，膨胀稳定组分由内部湿度补偿剂和膨胀剂复合而成，其中膨胀剂占膨胀稳定组分的质量百分比为75-95％，其余为内部湿度补偿剂；3)60天自由膨胀率δef在2.5×10-4≤δef＜3.5×10-4范围内时，膨胀稳定组分由减缩剂、内部湿度补偿剂和膨胀剂复合而成，其中各组分所占质量百分比为：膨胀剂70-85％，内部湿度补偿剂5-20％，其余为减缩剂。上述方案中，所述减缩剂为丁醇、聚乙二醇、聚亚丙基二醇、环氧乙烷环氧丙烷无规共聚物、聚醚、聚氧乙烯醚中的一种或多种。上述方案中，所述内部湿度补偿剂为聚丙烯酸钠高吸水树脂、聚丙烯酰胺高吸水树脂、改性丙烯酸钠丙烯酰胺共聚物、羟乙基纤维素醚、多孔陶粒、硅藻土、浮石、膨胀珍珠岩中的一种或多种。上述方案中，所述改性丙烯酸钠丙烯酰胺共聚物由以下原料依次经淀粉糊化、自由基引发、接枝共聚(温度50～80℃，中和度50～80％，反应时间2.0～3.5h)、提纯、干燥和粉磨而成，各原料所占质量百分比为：淀粉15～25％、硝酸铈铵和过硫酸铵混合物0.4～2.0％(硝酸铈铵和过硫酸铵的质量比为1:9)、丙烯酰胺单体50～60％、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体15～25％、N,N`-亚甲基双丙烯酰胺0.04～0.16％。上述方案中，所述膨胀剂为氧化钙类、氧化镁类、硫铝酸盐类、铝酸盐类、硫铝酸钙-
氧化钙类复合膨胀剂、铝酸盐-硫铝酸盐类复合膨胀剂、复合纤维类膨胀剂中的一种。本专利技术的原理为：1)本专利技术通过将高效聚羧酸系减水剂母液、消泡剂和引气剂进行复配的方式来解决聚羧酸系高效减水剂易引起气泡以及气泡大小和含量不易控制的问题，控制新拌钢管混凝土中含气量在1.0-2.5％范围内，保证混凝土良好的初始流动性能，同时也能避免钢管和混凝土由于气泡聚集形成的“脱空”问题；消泡剂主要能削减混凝土拌合物中的大气泡数量，降低水表面张力，使气泡的润湿角减小到直至气泡脱离混凝土与模板界面的吸附而逸出或者破灭；引气剂的掺入可以在混凝土中引入大小均匀且稳定的小气泡，以保证混凝土的施工性能但同时不影响强度和混凝土外观；通过消泡剂和引气剂与高效聚羧酸系减水剂母液的复配，使混凝土中的小气泡因其自身浮力和所受的毛细孔压力小而不易从混凝土中溢出，包裹在内部形成滚珠效应，保障混凝土的流动性，有效避免空气富集形成气膜而造成的核心混凝土与钢管壁脱空的问题。2)本专利技术根据实际工程施工对钢管混凝土膨胀率的要求，通过将膨胀剂与膨胀剂和/或内部湿度补偿剂进行复配，可有效解决钢管混凝土塑性收缩、自收缩和徐变大、钢管混凝土内部自干燥效应以及膨胀剂中后期膨胀率不足的问题：从减少混凝土收缩、增加混凝土内部湿度和持续膨胀三方面着手，首先，针对混凝土收缩是由于浆体毛细孔和凝胶孔隙中的水分损失而产生的毛细管张力所造成的，毛细管张力与溶液表面张力呈正比关系的问题，采用减缩剂可大幅减小混凝土孔溶液的表面张力，使混凝土的自收缩与干燥收缩均能受到抑制；在钢管混凝土中掺入内部湿度补偿剂，可保证混凝土内部湿度的供给，使膨胀组分能持续稳定水化；内部湿度补偿剂在早期吸收水分，而在混凝土养护期间，这些吸水材料形成的“微型水库”在适当时候自动释放所吸收水分，提高混凝土内部湿度，从而促进水泥更有效水化，抑制混凝土内部自干燥效应；最后，随着混凝土收缩率尤其是早期收缩率的降低和混凝土中后期内部湿度的增加，膨胀剂可以充分参与水化反应，实现混凝土膨胀持续稳定发展；并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种持续精细膨胀控制钢管混凝土，各组分及含量为：硅酸盐水泥300‑500kg/m3、矿物掺和料50‑100kg/m3、级配碎石900‑1100kg/m3、河砂700‑900kg/m3、减水组分5‑12kg/m3、膨胀稳定组分25‑60kg/m3，水胶比为0.22‑0.45；所述持续精细膨胀控制钢管混凝土的设计强度等级为C30‑C80。

【技术特征摘要】
1.一种持续精细膨胀控制钢管混凝土，各组分及含量为：硅酸盐水泥300-500kg/m3、矿物掺和料50-100kg/m3、级配碎石900-1100kg/m3、河砂700-900kg/m3、减水组分5-12kg/m3、膨胀稳定组分25-60kg/m3，水胶比为0.22-0.45；所述持续精细膨胀控制钢管混凝土的设计强度等级为C30-C80。2.根据权利要求1所述的持续精细膨胀控制钢管混凝土，其特征在于，所述硅酸盐水泥为42.5等级；矿物掺和料为粉煤灰、硅灰、矿粉中的一种或多种；级配碎石由尺寸为5-10mm和10-25mm的碎石按4:6-2:8的质量比混合而成。3.根据权利要求1所述的持续精细膨胀控制钢管混凝土，其特征在于，所述减水组分由聚羧酸系减水剂母液、消泡剂和引气剂按100:(0.02-0.10):(0.001-0.005)的质量比复配而成，所述减水组分的固含为22-25％。4.根据权利要求3所述的持续精细膨胀控制钢管混凝土，其特征在于，所述聚羧酸系减水剂母液的有效固含为38-42％；所述消泡剂可选择环氧乙烷和环氧丙烷嵌段共聚物、聚有机硅氧烷、聚醚改性有机硅氧烷中的一种或多种；所述引气剂为松香树脂类、烷基和烷基芳烃磺酸类、脂肪醇磺酸盐中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的持续精细膨胀控制钢管混凝土，其特征在于，所述膨胀稳定组分根据持续精细膨胀控制钢管混凝土实际工程中对...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄修林，卞周宏，黄绍龙，朱剑，彭波，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42