由超高性能水泥基復(fù)合材料澆筑的超高性能水泥基π形梁的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種輕質(zhì)、高強(qiáng)31形梁體，更具體的說(shuō)，涉及一種由超高性能水泥基 復(fù)合材料饒筑的超尚性能水泥基π形梁。
【背景技術(shù)】
[0002] 公路、鐵路等領(lǐng)域中小型橋梁的梁體結(jié)構(gòu)多采用鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土 結(jié)構(gòu)的空心板梁、Τ梁或箱梁，其中公路中小型橋梁中以空心板梁結(jié)構(gòu)居多，華東地區(qū)空心 板梁結(jié)構(gòu)至少占比80%以上，空心板梁一般適用于跨徑在8~20m之間的橋梁，而Τ梁適用 于單孔跨徑在30~40m之間，箱梁的適用范圍則相對(duì)較廣。普通混凝土由于其廉價(jià)易得，成 為梁體結(jié)構(gòu)（包括空心板梁、T梁和箱梁）的主要結(jié)構(gòu)材料，但其缺點(diǎn)也十分顯著，如：（1) 強(qiáng)度低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)尺寸大、自重大、施工周期長(zhǎng)；（2)脆性大、韌性差，極易出現(xiàn)裂縫，成為侵 蝕介質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部的途徑；（3)耐久性差，體現(xiàn)在滲透系數(shù)大、抗凍性能差、不耐腐蝕 等；(4)耐疲勞性能差，在反復(fù)荷載下易出現(xiàn)疲勞裂縫。我國(guó)自改革開放以來(lái)就開始大規(guī) 模的橋梁建設(shè)，過(guò)去的30年共建造了 50多萬(wàn)座橋梁，據(jù)不完全調(diào)查統(tǒng)計(jì)，近1/4存在各種 類型的病害，其中涉及到梁體的病害占有較大比例，包括梁的開裂、破損、鹽類侵蝕、鋼筋銹 蝕、下?lián)稀㈩A(yù)應(yīng)力損失、接縫滲漏等，后期的維護(hù)加固費(fèi)用驚人，單座橋梁的維護(hù)加固費(fèi)用盡 可超過(guò)建設(shè)費(fèi)用，對(duì)于損壞嚴(yán)重的梁體需要重新更換，此時(shí)需鑿除橋面鋪裝及橋面板并使 用大型設(shè)備才能將笨重的梁體移走，費(fèi)用驚人，從梁結(jié)構(gòu)的全生命周期來(lái)看，建設(shè)費(fèi)用相對(duì) 較低的鋼筋混凝土梁其經(jīng)濟(jì)性是大打折扣的。目前橋梁建設(shè)需要一種輕質(zhì)高強(qiáng)、耐久性高、 施工周期短、維護(hù)費(fèi)用低的新型梁體結(jié)構(gòu)，來(lái)克服現(xiàn)有梁結(jié)構(gòu)的各種弊端，提高橋梁整體的 服役性能、安全性能和使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種由超高性能水泥基 復(fù)合材料饒筑的超尚性能水泥基π形梁。
[0004] 本發(fā)明的由超高性能水泥基復(fù)合材料澆筑的超高性能水泥基π形梁，該π形梁 由頂板（1)、對(duì)稱布置的腹板⑵及球緣（3)、高強(qiáng)筋材⑷構(gòu)成，將該梁的高度設(shè)為&、頂 板⑴寬度設(shè)為隊(duì)、頂板⑴厚度設(shè)為?\、腹板⑵厚度設(shè)為T2、球緣（3)內(nèi)側(cè)間距設(shè)為B2、 球緣⑶高度設(shè)為氏、球緣（3)寬度設(shè)為&、頂板⑴和腹板⑵內(nèi)側(cè)倒角半徑設(shè)為&、頂 板⑴和腹板⑵外側(cè)倒角半徑及腹板⑵和球緣⑶倒角半徑設(shè)為R2、球緣⑶上部邊 緣倒角半徑設(shè)為R3、梁跨度設(shè)為L(zhǎng)時(shí)，滿足0· 2~1 ;T 0· 01~0· 3 ;T 2/B3 = 0· 1 ~0· 5 ^/1^= 0· 2 ~0· 8 ;B 3/B2= 0· 1 ~0· 5 ;T 2/^= 0· 02 ~0· 2 ;R 2/1^= 0· 3 ~ 0· 8 ;R3/R2= 0· 1 ~0· 5 ; 1500mm < B 5000mm ；500mm H ^ 3000mm ;L = 10m ~200m ;
[0005] 所述超尚性能水泥基n形梁由超尚性能水泥基復(fù)合材料饒筑而成；所述超尚性 能水泥基復(fù)合材料包含膠凝材料、外加劑和水，所述膠凝材料為水泥和礦物摻合料，所述水 泥為強(qiáng)度等級(jí)為42. 5及以上的P · I、P · II或P · 0代號(hào)水泥，所述礦物摻合料為硅灰、粉 煤灰或礦粉的兩種或三種；
[0006] 其中，水泥用量占超尚性能水泥基復(fù)合材料體積的20~70%，所述礦物慘合料占 超尚性能水泥基復(fù)合材料體積的10~60% ;
[0007] 所述膠凝材料各組分的配比分?jǐn)?shù)通過(guò)理想堆積曲線和膠凝材料各組分的粒徑累 計(jì)分布曲線進(jìn)行數(shù)值分析計(jì)算；
[0008] 1)所述理想堆積曲線公式為：
[0009] Psd= Α+(1· 00-Α) · (d/D _) "/2e;
[0010] 其中，Psd為顆粒通過(guò)篩孔的百分比，A為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，d為篩孔直徑，D _為顆粒的最 大粒徑；
[0011] 經(jīng)驗(yàn)常數(shù)A的取值根據(jù)超高性能水泥基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)坍落度或設(shè)計(jì)擴(kuò)展度要 求通過(guò)公式確定：
[0012] 當(dāng) h < 220mm 時(shí)，A = 5 · h/h0，
[0013] 當(dāng) h > 220mm 時(shí)，A = 5 · (l_h)/h0，
[0014] 1為擴(kuò)展度設(shè)計(jì)值，h為坍落度設(shè)計(jì)值，h。為坍落度桶的高度300mm ;
[0015] 2)膠凝材料各組分的粒徑累計(jì)分布曲線：
[0016] 對(duì)膠凝材料中所需的組分水泥、硅灰、粉煤灰和礦粉經(jīng)測(cè)試的得到各自累計(jì)分布 曲線 (d)、fsf (d)、ffa (d)和 fbs (d);
[0017] 3)數(shù)值分析計(jì)算如下：
[0018] 設(shè)水泥占膠凝材料總量的體積分?jǐn)?shù)為X。、硅灰占膠凝材料總量的體積分?jǐn)?shù)為Xsf、 粉煤灰占膠凝材料總量的體積分?jǐn)?shù)為XfJP礦粉占膠凝材料總量的體積分?jǐn)?shù)為X bs，且滿足 XCG [0· 250, 0· 875]、（X sf+Xfa+Xbs) G [0· 125, 0· 750]、Xc+Xsf+Xfa+Xbs= 1 ;
[0019] 設(shè)定混合后膠凝材料的粒徑累計(jì)分布曲線為：
[0020] P = Xcfc (d) +Xsffsf (d) +Xfaffa (d) +Xbsfbs (d),
[0021] 對(duì)各組分的體積分?jǐn)?shù)X。、Xsf、&3和X 0. 001~0. 01為步長(zhǎng)，在各自的取值范 圍內(nèi)窮舉計(jì)算P，比較曲線p和psd，計(jì)算相同縱坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)粒徑d的標(biāo)準(zhǔn)差，取標(biāo) 準(zhǔn)差最小的X。、Xsf、XfdP X JI作為膠凝材料的各組分配比分?jǐn)?shù)；
[0022] 水的用量與膠凝材料的質(zhì)量比W/B為0. 1~0. 4,其中W表示水的用量，B表示膠 凝材料質(zhì)量；
[0023] 按計(jì)算所得配比配制的超高性能水泥基復(fù)合材料拌和后，流動(dòng)性性能如下：
[0024] 坍落度 GB/T50080 : 彡 10mm ;
[0025] 或擴(kuò)展度 GB/T 50080 :彡 450mm ;
[0026] 擴(kuò)展度的值只有在高流動(dòng)度即坍落度> 220mm時(shí)才測(cè)試，此時(shí)混凝土流動(dòng)性以擴(kuò) 展度為準(zhǔn)；
[0027] 材料硬化后性能如下：
[0028] 抗壓強(qiáng)度，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d :彡170MPa。
[0029] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案：
[0030] 所述的超高性能水泥基31形梁，所述縱坐標(biāo)依最大值100%等分選取，至少取5 個(gè)值；所述的W/B為0. 12至0. 28 ;所述水泥符合國(guó)標(biāo)《通用硅酸鹽水泥》GB175 ;所述硅 灰符合《砂漿和混凝土用硅灰》GB/T 27690 ;所述粉煤灰符合《用于水泥和混凝土的粉煤 灰》GB/T 1596 ;所述礦粉符合《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》GB/T 18046 ;水符 合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 63 ;所述超所述外加劑為減水劑、消泡劑、增稠劑、早強(qiáng)劑、緩凝 劑或減縮劑一種或者幾種的組合，減水劑選用減水率25%以上的減水劑，摻量為所述膠凝 材料質(zhì)量的〇. 5%~5%，消泡劑摻量為膠凝材料的0. 08%~2%，增稠劑摻量為膠凝材料 的0. 005 %~0. 5 %，緩凝劑摻量為水泥材料0. 005 %~1. 5 %，減縮劑摻量為膠凝材料的 0· 1%~5%〇
[0031] 所述的超高性能水泥基π形梁，所述減水劑的減水率為30%以上，摻量為所述膠 凝材料質(zhì)量的0.8%~3%。
[0032] 所述的超尚性能水泥基：π形梁，所述超尚性能水泥基復(fù)合材料中還添加骨料，為 細(xì)骨料或者細(xì)骨料和粗骨料的混合物；所述骨料與所述膠凝材料的體積比為〇. 5~2. 5 ;
[0033] 細(xì)骨料為天然砂或人工砂，細(xì)度模數(shù)為1. 2~3. 5,堆積密度為1. 1~2. lg/cm3; 表觀密度為1. 8~3. Og/cm3;
[0034] 粗骨料為碎石或卵石，粒徑為5~15mm ;堆積密度為1. 1~2. lg/cm3;表觀密度為 1. 8 ~3. Og/cm3;
[0035] 對(duì)于使用連續(xù)級(jí)配的骨料，配制細(xì)骨料和粗骨料的混合物時(shí)，計(jì)算出細(xì)骨料正好 填充粗骨料空隙的砂率值，以此砂率值確定粗骨料和細(xì)骨料的比例；
[0036] 對(duì)于使用間斷級(jí)配的骨料，骨料的比例通過(guò)理想堆積曲線和各種骨料的累計(jì)分布 曲線進(jìn)行數(shù)值分析計(jì)算；
[0037] 1)所述堆積曲線公式為：
[0038] PsbA= B+(100-B) · (dA/DA_r/2e;
[0039] 其中，PsdA為骨料顆粒通過(guò)篩孔的百分比，b為骨料經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，dA為骨料篩孔直徑， Dtaax為骨料顆粒的最大粒徑；
[0040] 經(jīng)驗(yàn)常數(shù)b的取值根據(jù)超高性能水泥基復(fù)合材料的坍落度或擴(kuò)展度要求通過(guò)公 式確定：
[0041 ]當(dāng) h < 220mm 時(shí)，b=5 · h/h0，
[0042] 當(dāng)〉220mm 時(shí)，b = 5 · (l_h)/h0，
[0043] 1為擴(kuò)展度設(shè)計(jì)值，h為坍落度設(shè)計(jì)值，h。為坍落度桶的高度300mm ;
[0044] 2)各種骨料的顆粒累計(jì)分布曲線：
[0045] 對(duì)骨料中所需的砂和石子經(jīng)篩分測(cè)試得到各自的累計(jì)分布曲線fsni(d)和f； n(