專利名稱:膨脹可設計的高強鋼管混凝土及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于無機非金屬材料類,具體涉及一種高強鋼管混凝土及其制備方法。
背景技術(shù):
現(xiàn)代工程中使用的普通高強鋼管混凝土,其核心混凝土強度高,強度等級普遍在C40以上,其水膠比低于0.40,自收縮大,在使用過程中鋼管與混凝土之間易脫粘,鋼管對混凝土的套箍作用減弱,結(jié)構(gòu)承載力下降。
高強鋼管膨脹混凝土中的核心混凝土雖摻有膨脹劑,但由于所使用的膨脹劑膨脹反應需要大量水,而核心混凝土處于密閉狀態(tài),無法得到水分補充,核心混凝土僅在早期產(chǎn)生膨脹,后期由于收縮而與鋼管脫粘。
制備鋼管混凝土所用外加劑的引氣量對鋼管與混凝土的粘結(jié)有很大影響。在混凝土灌注過程中,混凝土中的空氣在壓力作用下排出并粘附在鋼管壁上,形成一層氣膜,使混凝土與鋼管產(chǎn)生間隙,抵消膨脹劑產(chǎn)生的膨脹,進一步加大核心混凝土與鋼管的脫粘。以鋼管混凝土直徑1000mm計算,如有混凝土體積0.2%的氣體粘附在鋼管壁上,產(chǎn)生的間隙為0.5mm,混凝土必須產(chǎn)生10×10-4的膨脹量才能抵消這個間隙,要達到這個膨脹量對于密閉條件下的膨脹混凝土來說比較困難。
發(fā)明內(nèi)容
針對以上問題,本發(fā)明的目的在于提供一種混凝土與鋼管壁緊密結(jié)合性好的膨脹可設計的高強鋼管混凝土及其制備方法,以及膨脹可設計的高強鋼管混凝土的配合比設計方法。
膨脹可設計的高強鋼管混凝土,其特征在于包括普通硅酸鹽水泥、水、砂、碎石、粉煤灰、緩凝高效減水保塑劑(WUT-G)和封閉混凝土高能延遲膨脹劑,其中普通硅酸鹽水泥用量為420-480kg/m3,水用量為163-195kg/m3,砂用量為591-730kg/m3,碎石用量為967-1082kg/m3,粉煤灰用量50-70kg/m3,封閉混凝土高能延遲膨脹劑用量為45-90kg/m3,緩凝高效減水保塑劑摻量所占總質(zhì)量的百分比為0.9-1.5%;所述的封閉混凝土高能延遲膨脹劑,它由硫鋁酸鹽水泥熟料、鋼渣、CaO、MgO、硬石膏、多孔礦粉和多孔材料混合而成,其各組份所占封閉混凝土高能延遲膨脹劑質(zhì)量配比為硫鋁酸鹽水泥熟料∶鋼渣∶CaO∶MgO∶硬石膏∶多孔礦粉∶多孔材料=(20~35%)∶(10~20%)∶(3~8%)∶(3~8%)∶(20~35%)∶(5~10%)∶(5~10%),各組份之和為100%;其中硫鋁酸鹽水泥熟料質(zhì)量配比范圍為C4A3S50~82%、C4AF3~13%、C2S5~37%;鋼渣RO相Km(MgO/(FeO+MnO))>1;CaO經(jīng)過900℃~1100℃鍛燒,MgO經(jīng)過1100℃~1200℃鍛燒;硬石膏為天然或人工硬石膏;多孔礦粉為孔隙率為30~40%的天然多孔沸石或650℃~800℃鍛燒的煤矸石粉碎、磨細至≥280m2/kg的粉料,其需水量比在120%以上;多孔材料為多孔天然或人造集料,粒徑范圍為5~9mm,孔隙率為20~30%,吸水率為10~20%,表觀密度1200-1500kg/m3,堆積密度700-1100kg/m3,筒壓強度≥2.5MPa;所述的緩凝高效減水保塑劑,它是由聚羧酸減水劑、葡萄糖酸鈉、硫酸鋅復合而成的水劑,固含量為30-36%;其中聚羧酸減水劑、葡萄糖酸鈉、硫酸鋅的固體質(zhì)量配比為聚羧酸減水劑∶葡萄糖酸鈉∶硫酸鋅=(87-94.5)%∶(5-10)%∶(0.5-3)%,各組份之和為100%。
所述的聚羧酸減水劑的平均分子量在11000-15000,所用聚羧酸分子結(jié)構(gòu)中作為側(cè)鏈之一的聚氧乙烯基大于60,且分子中羧酸基與酯基的摩爾比為1.9-2.1。
普通硅酸鹽水泥選用P.O.42.5或P.O.52.5水泥,其中C50鋼管混凝土選用P.O.42.5水泥,C60鋼管混凝土選用P.O.52.5水泥;砂為中粗河吵,細度模數(shù)2.4-2.8;碎石集料粒徑范圍4.75-19mm,含泥量<1%;粉煤灰選用符合國家標準的一級粉煤灰。
膨脹可設計的高強鋼管混凝土的制備方法,其特征在于包括如下步驟1).封閉混凝土高能延遲膨脹劑的制備按各組份質(zhì)量配比為硫鋁酸鹽水泥熟料∶鋼渣∶CaO∶MgO∶硬石膏∶多孔礦粉∶多孔材料=(20~35%)∶(10~20%)∶(3~8%)∶(3~8%)∶(20~35%)∶(5~10%)∶(5~10%),各組份之和為100%;進行混合、均化,得產(chǎn)品;2).緩凝高效減水保塑劑的制備按固體質(zhì)量配比為聚羧酸減水劑∶葡萄糖酸鈉∶硫酸鋅=(87-94.5)%∶(5-10)%∶(0.5-3)%,各組份之和為100%,選取聚羧酸減水劑∶葡萄糖酸鈉∶硫酸鋅,將葡萄糖酸鈉、硫酸鋅和水依次溶于已稱量好的聚羧酸減水劑,配成固含量為30-36%,充分攪拌使之混合均勻,得產(chǎn)品;3).原材料的選取按普通硅酸鹽水泥用量為420-480kg/m3,水用量為163-195kg/m3,砂用量為591-730kg/m3,碎石用量為967-1082kg/m3,粉煤灰用量50-70kg/m3,封閉混凝土高能延遲膨脹劑用量為45-90kg/m3,緩凝高效減水保塑劑摻量所占總質(zhì)量的百分比為0.9-1.5%;選取普通硅酸鹽水泥、水、砂、碎石、粉煤灰、封閉混凝土高能延遲膨脹劑和緩凝高效減水保塑劑;4).將普通硅酸鹽水泥、砂、碎石、粉煤灰、封閉混凝土高能延遲膨脹劑放入混凝土強制式攪拌機預先攪拌20~30秒,其中C50鋼管混凝土用普通硅酸鹽水泥為42.5普通硅酸鹽水泥,C60鋼管混凝土用普通硅酸鹽水泥為52.5普通硅酸鹽水泥;5).緩凝高效減水保塑劑倒入水中攪拌均勻;然后倒入步驟4)的攪拌機中與其余原材料攪拌60~90秒;6).放出攪拌好的混凝土并泵入鋼管中。
本發(fā)明的封閉混凝土高能延遲膨脹劑水化中有足夠的堿度維持AFt以后種形式產(chǎn)生,從而具有高效能的膨脹能力;經(jīng)過900℃~1100℃鍛燒的CaO和1100℃~1200℃鍛燒的MgO,其中CaO大部分水化反應發(fā)生在混凝土體系水化的早期,MgO大部分水化反應發(fā)生混凝土體系水化的中期;鋼渣中RO相可以使得膨脹劑具有后期膨脹性能,對該發(fā)明體系中的AFt、CaO、MgO、RO相作為膨脹源而言,其膨脹時間的不同從而保證了該膨脹劑能夠持續(xù)膨脹,因為AFt的生成及CaO水化反應主要發(fā)生在混凝土體系的水化早期,而氧化鎂的水化反應膨脹時間可以認為是在中期,而RO相的水化反應膨脹時間則可以認為是在后期,利用三種水化反應速度的不同,來調(diào)整膨脹速率,從而到達可持續(xù)膨脹的功能。本發(fā)明封閉混凝土高能延遲膨脹劑中一個重要組成多孔材料即多孔礦粉與多孔材料,在膨脹混凝土體系中起到一個水源“補給站”的作用。封閉混凝土高能延遲膨脹劑的優(yōu)點是膨脹效能高、膨脹時間長;可以對封閉混凝土產(chǎn)生2.0~5.0MPa的自應力,其14天限制膨脹率0.03~0.05%;90d(天)限制膨脹率0.02~0.04%并開始穩(wěn)定。本發(fā)明利用聚羧酸高減水率、低引氣量的特點,復合緩凝保塑成分,高效緩凝減水保塑劑WUT-G的優(yōu)點是引氣量低、減水率高,使混凝土含氣量≤1.5%,減少因氣體粘附在鋼管內(nèi)壁而造成鋼管與混凝土的脫粘。本發(fā)明將封閉混凝土高能延遲膨脹劑、高效緩凝減水保塑劑兩種技術(shù)復合應用于C50、C60鋼管混凝土中,封閉混凝土高能延遲膨脹劑產(chǎn)生膨脹量抵消空隙,高效緩凝減水保塑劑因引氣量低,減少混凝土與鋼管的空隙,二者共同作用的結(jié)果使混凝土與鋼管壁緊密結(jié)合性好,實現(xiàn)核心混凝土的持續(xù)穩(wěn)定膨脹。
膨脹可設計的高強鋼管混凝土的配合比設計方法,包括以下步驟1)自由膨脹率與限制膨脹率的確定膨脹可設計的高強鋼管混凝土中核心混凝土的自應力值σc與混凝土的限制膨脹率εR由下式給出σc=Ec((ε0-0.00012)-εR)ξ (1)其中Ec—混凝土彈性模量Es—鋼管彈性模量ε0—混凝土自由膨脹率εR-混凝土限制膨脹率ξ—應力松馳影響系數(shù),ξ=1.51+0.3(1000ϵ0)4]]>膨脹可設計的高強鋼管混凝土的核心混凝土自由膨脹率ε0與鋼管限制下的限制膨脹率εR關(guān)系由公式(2)給出ϵ0=24.5Ec+Es24.5EcϵR+0.00012...(2)]]>
根據(jù)設計的鋼管混凝土自應力值,由以上兩式計算出混凝土的自由膨脹率與限制膨脹率;2)膨脹劑基準摻量的測定對于選定的原材料,選取混凝土水膠比0.31、砂率40%、水泥用量440kg/m3,粉煤灰用量60kg/m3,膨脹劑摻量分別取30、35、40、45kg/m3制備混凝土,測試其90d自由膨脹率(90d時混凝土的膨脹已基本穩(wěn)定)ε0,并找出ε0值最接近零的膨脹劑摻量W0,作為膨脹劑的基準摻量;3)膨脹劑摻量-自由膨脹率曲線的測定在基準摻量的基礎上,以同樣的混凝土配合比,每次增加膨脹劑摻量10kg/m3直至90kg/m3,測試各個摻量下混凝土密閉條件下90d自由膨脹率,作出膨脹劑摻量-自由膨脹率曲線;4)膨脹劑摻量-自由膨脹率曲線的修正根據(jù)設計的混凝土水膠比、砂率按以下公式對膨脹劑各摻量下混凝土的自由膨脹劑進行修正,并作出經(jīng)過修正的膨脹劑摻量-自由膨脹率曲線;ε0′=8.06ε0·(W/C)·ρs(3)其中(W/C)—混凝土水膠比ρs—砂率5)膨脹劑摻量的確定根據(jù)修距的膨劑摻量—自由膨脹率曲線求出設計膨脹率的膨脹劑摻量;6)根據(jù)水膠比、砂率、膨脹劑摻量,選定水泥和粉煤灰用量,計算出混凝土配合比。
膨脹可設計的高強鋼管混凝土實現(xiàn)鋼管高強混凝土膨脹率可調(diào)的原理如下封閉混凝土高能延遲膨脹劑中的不同膨脹組份水化速率不一致,為混凝土不同齡期的膨脹提供膨脹動力。其中一個重要組成多孔惰性礦粉,在膨脹混凝土體系中起到一個水源“補給站”的作用,其在混凝土硬化早期作為微集料提高混凝土的密實度;而混凝土硬化后期,由于混凝土體系中毛細孔的水被不斷消耗,在毛細孔產(chǎn)生負壓的作用下,惰性礦粉孔中的自由水進入毛細孔為膨脹劑繼續(xù)水化反應提供水,解決了鋼管混凝土核心混凝土處于密閉條件下無法得到外部水源而無法完成后期膨脹的問題。封閉混凝土高能延遲膨脹劑的應用保證了鋼管混凝土核心混凝土的持續(xù)穩(wěn)定膨脹,使混凝土的膨脹量可設計。
目前在進行鋼管混凝土的泵送頂升施工過程中,減水劑和機械攪拌引入的氣體在泵送壓力和混凝土自身重力的作用下排出混凝土并吸附于鋼管內(nèi)壁形成一層氣體膜,抵消了核心混凝土的膨脹量,極易造成鋼管壁與混凝土脫粘。通常應用萘系高效減水劑復合保塑成分葡萄糖酸鈉等或用萘系與氨基磺酸鹽類減水劑復合制備鋼管混凝土時,鋼管混凝土的含氣量較大,為2.3%~3.0%,當核心混凝土含氣量2.3%時,以直徑1m跨度200m的鋼管混凝土拱橋計算,施工過程中混凝土的泵送壓力達10MPa,在泵送壓力和混凝土的自重作用下將有占混凝土體積0.2%~0.5%的引氣量富集在鋼管內(nèi)壁處,造成混凝土與鋼管內(nèi)壁間會形成寬0.5mm的圓環(huán)形間隙,因而要求核心混凝土的膨脹率至少要大于10×10-4才能保證不發(fā)生脫粘現(xiàn)象。而在鋼管拱的拱頂附近,空氣因混凝土重力沉降等原因造成的吸附富集現(xiàn)象更為嚴重,因而脫粘產(chǎn)生機率更大,從而降低了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的整體性,劣化了其結(jié)構(gòu)力學性能。實驗研究表明,對直徑1m跨度200~300m的鋼管混凝土拱橋,其施工泵送壓力10~20MPa,當核心混凝土的含氣量小于1.5%時,吸附于鋼管壁處的空氣量僅占混凝土體積的0.02%~0.05%。以吸附空氣量0.05%計算是,造成的鋼管與混凝土間隙為0.12mm,混凝土只需產(chǎn)生2.4×10-4的膨脹量就可以抵消此間隙。應用本發(fā)明的緩凝高效減水保塑劑WUT-G可以使核心混凝土拌合物含氣量小于1.5%,進一步保證混凝土膨脹的持續(xù)穩(wěn)定,增加了核心混凝土膨脹率的可設計。
混凝土水膠比、砂率對混凝土的膨脹有顯著影響。水膠比不但影響混凝土的收縮,而且影響膨脹劑膨脹作用的發(fā)揮;砂率越小,碎石用量越大,碎石對混凝土膨脹的限制作用越大,砂率的大小反映了碎石對混凝土膨脹的限制作用;在小范圍內(nèi),可以認為水膠比、砂率與混凝土的膨脹率成正比,從而可以在試驗的基礎上對水膠比、砂率小幅變化的混凝土膨脹量進行計算。
圖1為C50鋼管混凝土密閉條件下90d自由膨脹率隨膨脹劑摻量變化曲線2為C60鋼管混凝土密閉條件下自由膨脹率隨膨脹劑摻量變化曲線圖具體實施方式
實例1膨脹可設計的高強鋼管混凝土及其制備方法,應用鋼管混凝土專用外加劑(緩凝高效減水保塑劑),減小因氣體粘附在鋼管壁上而造成的空隙;應用封閉混凝土高能延遲膨脹劑和鋼管混凝土專用外加劑實現(xiàn)鋼管高強混凝土的持續(xù)穩(wěn)定膨脹;以上兩種技術(shù)復合應用于C50、C60鋼管混凝土中,鋼管混凝土專用緩凝高效減水保塑劑WUT-G的摻量所占總質(zhì)量的百分比為0.9-1.5%,封閉混凝土高能延遲膨脹劑的用量為45-90kg/m3;根據(jù)混凝土水膠比、砂率大小,通過調(diào)整封閉混凝土高能延遲膨脹劑的用量,實現(xiàn)混凝土膨脹量的可設計。
具體應用于C50鋼管混凝土中混凝土原材料如下水泥華新P.O.42.5水泥,粉煤灰武漢陽邏電廠一級粉煤灰,碎石粒徑4.75-19mm,含泥量<1%,砂中粗河砂,細度模數(shù)2.6-2.7,膨脹劑封閉混凝土高能延遲膨脹劑,外加劑鋼管混凝土專用緩凝高效減水保塑劑WUT-G,水泥用量為420-480kg/m3,自來水用量為163-195kg/m3,砂用量為591-730kg/m3,碎石用量為967-1082kg/m3,粉煤灰用量50-70kg/m3,鋼管混凝土專用緩凝高效減水保塑劑WUT-G摻量所占總質(zhì)量的百分比為0.9-1.5%,封閉混凝土高能延遲膨脹劑用量為45-90kg/m3。
鋼管尺寸為Φ180×3×630。
所述的封閉混凝土高能延遲膨脹劑,它由硫鋁酸鹽水泥熟料、鋼渣、CaO、MgO、硬石膏、多孔礦粉和多孔材料混合而成,其各組份所占封閉混凝土高能延遲膨脹劑質(zhì)量配比為硫鋁酸鹽水泥熟料∶鋼渣∶CaO∶MgO∶硬石膏∶多孔礦粉∶多孔材料=(20~35%)∶(10~20%)∶(3~8%)∶(3~8%)∶(20~35%)∶(5~10%)∶(5~10%),各組份之和為100%;其中硫鋁酸鹽水泥熟料質(zhì)量配比范圍為C4A3S50~82%、C4AF3~13%、C2S5~37%;鋼渣RO相Km(MgO/(FeO+MnO))>1;CaO經(jīng)過900℃~1100℃鍛燒,MgO經(jīng)過1100℃~1200℃鍛燒;硬石膏為天然或人工硬石膏;多孔礦粉為孔隙率為30~40%的天然多孔沸石或650℃~800℃鍛燒的煤矸石粉碎、磨細至≥280m2/kg的粉料,其需水量比在120%以上;多孔材料為多孔天然或人造集料,粒徑范圍為5~9mm,孔隙率為20~30%,吸水率為10~20%,表觀密度1200-1500kg/m3,堆積密度700-1100kg/m3,筒壓強度≥2.5MPa;所述的緩凝高效減水保塑劑,它是由聚羧酸減水劑、葡萄糖酸鈉、硫酸鋅復合而成的水劑,固含量30-36%;其中聚羧酸減水劑、葡萄糖酸鈉、硫酸鋅的固體質(zhì)量配比為聚羧酸減水劑∶葡萄糖酸鈉∶硫酸鋅=(87-94.5)%∶(5-10)%∶(0.5-3)%,各組份之和為100%;所述的聚羧酸減水劑的平均分子量在11000-15000,所用聚羧酸分子結(jié)構(gòu)中作為側(cè)鏈之一的聚氧乙烯基大于60,且分子中羧酸基與酯基的摩爾比為1.9-2.1。
具體實施結(jié)果見圖1及表1、2。
表1 C50鋼管高強混凝土配合比
表2 C50鋼管高強混凝土實施結(jié)果
實例2膨脹可設計的高強鋼管混凝土,應用鋼管混凝土專用外加劑(緩凝高效減水保塑劑),減小因氣體粘附在鋼管壁上而造成的空隙;應用封閉混凝土高能延遲膨脹劑和鋼管混凝土專用外加劑實現(xiàn)鋼管高強混凝土的持續(xù)穩(wěn)定膨脹;以上兩種技術(shù)復合應用于C50、C60鋼管混凝土中,鋼管混凝土專用緩凝高效減水保塑劑WUT-G的摻量所占總質(zhì)量的百分比為0.9-1.5%,封閉混凝土高能延遲膨脹劑的用量為45-90kg/m3;根據(jù)混凝土水膠比、砂率大小,通過調(diào)整封閉混凝土高能延遲膨脹劑的用量,實現(xiàn)混凝土膨脹量的可設計。
具體應用于C60鋼管混凝土中混凝土原材料如下水泥華新P.O.52.5水泥粉煤灰武漢陽邏電廠一級粉煤灰碎石粒徑4.75-19mm,含泥量<1%砂中粗河砂,細度模數(shù)2.6-2.7膨脹劑封閉混凝土高能延遲膨脹劑外加劑鋼管混凝土專用緩凝高效減水保塑劑WUT-G水泥用量為420-480kg/m3,自來水用量為163-195kg/m3,砂用量為591-730kg/m3,碎石用量為967-1082kg/m3,粉煤灰用量50-70kg/m3,封閉混凝土高能延遲膨脹劑用量為45-90kg/m3,鋼管混凝土專用緩凝高效減水保塑劑WUT-G摻量所占總質(zhì)量的百分比為0.9-1.5%。
鋼管尺寸為Φ180×3×630。
所述的封閉混凝土高能延遲膨脹劑,它由硫鋁酸鹽水泥熟料、鋼渣、Ca0、MgO、硬石膏、多孔礦粉和多孔材料混合而成,其各組份所占封閉混凝土高能延遲膨脹劑質(zhì)量配比為硫鋁酸鹽水泥熟料∶鋼渣∶CaO∶MgO∶硬石膏∶多孔礦粉∶多孔材料=(20~35%)∶(10~20%)∶(3~8%)∶(3~8%)∶(20~35%)∶(5~10%)∶(5~10%),各組份之和為100%;其中硫鋁酸鹽水泥熟料質(zhì)量配比范圍為C4A3S50~82%、C4AF3~13%、C2S5~37%;鋼渣RO相Km(MgO/(FeO+MnO))>1;CaO經(jīng)過900℃~1100℃鍛燒,MgO經(jīng)過1100℃~1200℃鍛燒;硬石膏為天然或人工硬石膏;多孔礦粉為孔隙率為30~40%的天然多孔沸石或650℃~800℃鍛燒的煤矸石粉碎、磨細至≥280m2/kg的粉料,其需水量比在120%以上;多孔材料為多孔天然或人造集料,粒徑范圍為5~9mm,孔隙率為20~30%,吸水率為10~20%,表觀密度1200-1500kg/m3,堆積密度700-1100kg/m3,筒壓強度≥2.5MPa;所述的緩凝高效減水保塑劑,它是由聚羧酸減水劑、葡萄糖酸鈉、硫酸鋅復合而成的水劑,固含量30-36%;其中聚羧酸減水劑、葡萄糖酸鈉、硫酸鋅的固體質(zhì)量配比為聚羧酸減水劑∶葡萄糖酸鈉∶硫酸鋅=(87-94.5)%∶(5-10)%∶(0.5-3)%,各組份之和為100%;所述的聚羧酸減水劑的平均分子量在11000-15000,所用聚羧酸分子結(jié)構(gòu)中作為側(cè)鏈之一的聚氧乙烯基大于60,且分子中羧酸基與酯基的摩爾比為1.9-2.1。
具體實施結(jié)果見圖2及表3、表4。
表3 C60鋼管高強混凝土配合比
表4 C60鋼管高強混凝土實施結(jié)果
本發(fā)明的硅酸鹽水泥、水、砂、碎石、粉煤灰、緩凝高效減水保塑劑、封閉混凝土高能延遲膨脹劑的上、下限的取值(包含取值范圍內(nèi)的取值),以及緩凝高效減水保塑劑、封閉混凝土高能延遲膨脹劑各組份的上、下限的取值(包含取值范圍內(nèi)的取值),都能實現(xiàn)本發(fā)明,不進行一一列舉實例。
權(quán)利要求
1.膨脹可設計的高強鋼管混凝土,其特征在于包括普通硅酸鹽水泥、水、砂、碎石、粉煤灰、緩凝高效減水保塑劑和封閉混凝土高能延遲膨脹劑,其中普通硅酸鹽水泥用量為420-480kg/m3,水用量為163-195kg/m3,砂用量為591-730kg/m3,碎石用量為967-1082kg/m3,粉煤灰用量50-70kg/m3,封閉混凝土高能延遲膨脹劑用量為45-90kg/m3,緩凝高效減水保塑劑摻量所占總質(zhì)量的百分比為0.9-1.5%;所述的封閉混凝土高能延遲膨脹劑,它由硫鋁酸鹽水泥熟料、鋼渣、CaO、MgO、硬石膏、多孔礦粉和多孔材料混合而成,其各組份所占封閉混凝土高能延遲膨脹劑質(zhì)量配比為硫鋁酸鹽水泥熟料∶鋼渣∶CaO∶MgO∶硬石膏∶多孔礦粉∶多孔材料=20~35%∶10~20%∶3~8%∶3~8%∶20~35%∶5~10%∶5~10%,各組份之和為100%;其中硫鋁酸鹽水泥熟料質(zhì)量配比范圍為C4A3S50~82%、C4AF3~13%、C2S5~37%;鋼渣RO相Km(MgO/(FeO+MnO))>1;CaO經(jīng)過900℃~1100℃鍛燒,MgO經(jīng)過1100℃~1200℃鍛燒;硬石膏為天然或人工硬石膏;多孔礦粉為孔隙率為30~40%的天然多孔沸石或650℃~800℃鍛燒的煤矸石粉碎、磨細至≥280m2/kg的粉料,其需水量比在120%以上;多孔材料為多孔天然或人造集料,粒徑范圍為5~9mm,孔隙率為20~30%,吸水率為10~20%,表觀密度1200-1500kg/m3,堆積密度700-1100kg/m3,筒壓強度≥2.5MPa;所述的緩凝高效減水保塑劑,它是由聚羧酸減水劑、葡萄糖酸鈉、硫酸鋅復合而成的水劑,固含量為30-36%;其中聚羧酸減水劑、葡萄糖酸鈉、硫酸鋅的固體質(zhì)量配比為聚羧酸減水劑∶葡萄糖酸鈉∶硫酸鋅=87-94.5%∶5-10%∶0.5-3%,各組份之和為100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹可設計的高強鋼管混凝土,其特征在于所述的聚羧酸減水劑的平均分子量在11000-15000,所用聚羧酸分子結(jié)構(gòu)中作為側(cè)鏈之一的聚氧乙烯基大于60,且分子中羧酸基與酯基的摩爾比為1.9-2.1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹可設計的高強鋼管混凝土,其特征在于普通硅酸鹽水泥選用P.O.42.5或P.O.52.5水泥,其中C50鋼管混凝土選用P.O.42.5水泥,C60鋼管混凝土選用P.O.52.5水泥;砂為中粗河吵,細度模數(shù)2.4-2.8;碎石集料粒徑范圍4.75-19mm,含泥量<1%;粉煤灰選用符合國家標準的一級粉煤灰。
4.如權(quán)利要求1所述的膨脹可設計的高強鋼管混凝土的制備方法,其特征在于包括如下步驟1).封閉混凝土高能延遲膨脹劑的制備按各組份質(zhì)量配比為硫鋁酸鹽水泥熟料∶鋼渣∶CaO∶MgO∶硬石膏∶多孔礦粉∶多孔材料=20~35%∶10~20%∶3~8%∶3~8%∶20~35%∶5~10%∶5~10%,各組份之和為100%;進行混合、均化,得產(chǎn)品;2).緩凝高效減水保塑劑的制備按固體質(zhì)量配比為聚羧酸減水劑∶葡萄糖酸鈉∶硫酸鋅=87-94.5%∶5-10%∶0.5-3%,各組份之和為100%,選取聚羧酸減水劑∶葡萄糖酸鈉∶硫酸鋅,將葡萄糖酸鈉、硫酸鋅和水依次溶于已稱量好的聚羧酸減水劑,配成固含量為30-36%,充分攪拌使之混合均勻,得產(chǎn)品;3).原材料的選取按普通硅酸鹽水泥用量為420-480kg/m3,水用量為163-195kg/m3,砂用量為591-730kg/m3,碎石用量為967-1082kg/m3,粉煤灰用量50-70kg/m3,封閉混凝土高能延遲膨脹劑用量為45-90kg/m3,緩凝高效減水保塑劑摻量所占總質(zhì)量的百分比為0.9-1.5%;選取普通硅酸鹽水泥、水、砂、碎石、粉煤灰、封閉混凝土高能延遲膨脹劑和緩凝高效減水保塑劑;4).將普通硅酸鹽水泥、砂、碎石、粉煤灰、封閉混凝土高能延遲膨脹劑放入混凝土強制式攪拌機預先攪拌20~30秒,其中C50鋼管混凝土用普通硅酸鹽水泥為42.5普通硅酸鹽水泥,C60鋼管混凝土用普通硅酸鹽水泥為52.5普通硅酸鹽水泥;5).緩凝高效減水保塑劑倒入水中攪拌均勻;然后倒入步驟4)的攪拌機中與其余原材料攪拌60~90秒;6).放出攪拌好的混凝土并泵入鋼管中。
5.如權(quán)利要求1所述的膨脹可設計的高強鋼管混凝土的配合比設計方法,其特征在于包括以下步驟1)自由膨脹率與限制膨脹率的確定膨脹可設計的高強鋼管混凝土中核心混凝土的自應力值σc與混凝土的限制膨脹率εR由下式給出σc=Ec((ε0-0.00012)-εR)ξ(1)其中Ec-混凝土彈性模量Es-鋼管彈性模量ε0-混凝土自由膨脹率εR-混凝土限制膨脹率ξ-應力松馳影響系數(shù),ξ=1.51+0.3(1000ϵ0)4]]>膨脹可設計的高強鋼管混凝土的核心混凝土自由膨脹率ε0與鋼管限制下的限制膨脹率εR關(guān)系由公式(2)給出ϵ0=24.5Ec24.5EcϵR+0.00012---(2)]]>根據(jù)設計的鋼管混凝土自應力值,由以上兩式計算出混凝土的自由膨脹率與限制膨脹率;2)膨脹劑基準摻量的測定對于選定的原材料,選取混凝土水膠比0.31、砂率40%、水泥用量440kg/m3,粉煤灰用量60kg/m3,膨脹劑摻量分別取30、35、40、45kg/m3制備混凝土,測試其90d自由膨脹率(90d時混凝土的膨脹已基本穩(wěn)定)ε0,并找出ε0值最接近零的膨脹劑摻量W0,作為膨脹劑的基準摻量;3)膨脹劑摻量-自由膨脹率曲線的測定在基準摻量的基礎上,以同樣的混凝土配合比,每次增加膨脹劑摻量10kg/m3直至90kg/m3,測試各個摻量下混凝土密閉條件下90d自由膨脹率,作出膨脹劑摻量-自由膨脹率曲線;4)膨脹劑摻量-自由膨脹率曲線的修正根據(jù)設計的混凝土水膠比、砂率按以下公式對膨脹劑各摻量下混凝土的自由膨脹劑進行修正,并作出經(jīng)過修正的膨脹劑摻量-自由膨脹率曲線;ε′0=8.06ε0·(W/C)·ρs(3)其中(W/C)-混凝土水膠比ρs-砂率5)膨脹劑摻量的確定根據(jù)修正的膨劑摻量-自由膨脹率曲線求出設計膨脹率的膨脹劑摻量;6)根據(jù)水膠比、砂率、膨脹劑摻量,選定水泥和粉煤灰用量,計算出混凝土配合比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種膨脹可設計C50和C60高強鋼管混凝土及其制備方法。膨脹可設計的高強鋼管混凝土及其制備方法,其特征是采用P.O42.5或P.O52.5普通硅酸鹽水泥、水、砂、碎石、粉煤灰、緩凝高效減水保塑劑(WUT-G)和封閉混凝土高能延遲膨脹劑制備含氣量低于1.5%、工作性能好、膨脹可設計的C50、C60高強鋼管混凝土,其中普通硅酸鹽水泥用量為420-480kg/m
文檔編號C04B28/14GK1772690SQ20051001947
公開日2006年5月17日 申請日期2005年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月22日
發(fā)明者胡曙光, 丁慶軍, 鄒定華, 呂林女, 彭艷周, 何永佳, 王紅喜, 王發(fā)洲, 彭波, 嚴愛國, 羅世東 申請人:武漢理工大學