超高韧性混凝土(STC)是一种具有超高性能、超高韧性的水泥基复合材料。它由水泥、矿物掺合料、细集料、钢纤维和减水剂等材料加水拌合,再经凝结硬化后形成,具有显著的高抗弯强度、高韧性、高耐久性等特点。以下从多个方面对STC混凝土进行详细的阐述。
1. 定义与制备原理
STC混凝土是基于最大堆积密度理论制备的,即不同粒径颗粒的组成材料以极佳比例形成紧密堆积。毫米级颗粒(骨料)堆积的间隙由微米级颗粒(水泥、粉煤灰、矿粉)填充,而微米级颗粒堆积的间隙则由亚微米级颗粒(硅灰)填充。掺加微细的钢纤维以提高其韧性和延性。这种制备原理与UHPC相似,但STC在抗弯拉性能上要求更高,体现了其“高韧性”的特点。
2. 使用环境
STC混凝土主要应用于钢桥面铺装。通过在钢桥面板上焊接剪力钉及绑扎钢筋网,再在上面浇筑STC,使钢桥面板和STC组合成一体,形成钢-超高韧性混凝土(STC)组合桥面。这种组合桥面结构显著提高了桥面刚度和抗疲劳寿命,改善了沥青面层的工作条件,降低了粘结层失效、车辙、推移等破坏风险。
3. 产品优点
STC混凝土的超高物理性能体现在组合桥面上,具有多重优点。它大幅提高了桥面刚度,减小了面板和纵横肋在轮载下的应力,从而延长了钢桥面的抗疲劳寿命。STC层改善了沥青面层的工作条件,降低了粘结层失效、车辙、推移等破坏风险。STC层还使钢桥面处于良好的耐腐蚀状态,延长了桥面的使用寿命。
4. 性能指标
STC混凝土的性能指标包括立方体抗压强度、抗弯拉强度、不配筋轴拉强度、抗压/抗拉弹性模量、极限拉伸应变等。以STC120、STC140、STC160为例,其立方体抗压强度标准值分别不低于120MPa、140MPa、160MPa,抗弯拉强度标准值分别不低于22MPa、25MPa、28MPa。这些指标确保了STC混凝土在实际应用中的高性能和可靠性。
5. 施工工艺
STC混凝土的施工工艺流程主要包括搅拌、浇筑和养护三个部分。搅拌过程中需经过试拌合、指标验收、调整后拌合等步骤,确保拌合物的坍落度和扩展度符合要求。浇筑时采用整平机进行,确保连续浇筑并及时收面、喷雾覆膜养护。养护期间需加强巡查,确保养护到位,以保证STC混凝土的最终性能。
6. 施工设备与材料
STC混凝土施工所需的设备包括行星式高速搅拌机、摊铺机、整平机、覆膜机等。材料方面,STC材料为工厂预拌形成的干混料,需参照相关技术规范进行拌合料质量验收。施工过程中还需注意材料的配比和搅拌时间,以确保拌合物的质量和性能。
7. 搅拌与浇筑
在搅拌过程中,需严格控制材料的投料顺序和搅拌时间。预混料投入搅拌机后加水湿混合5~8分钟,再加入钢纤维混合5~8分钟。搅拌完成后需进行坍落度和扩展度指标检测验证,符合要求后方可进行浇筑。浇筑时采用整平机进行,确保连续浇筑并及时收面、喷雾覆膜养护。
8. 养护与后期处理
STC混凝土的养护过程至关重要。浇筑过程中应边浇筑、边进行抹面收光和洒水覆膜养护作业。施工完毕后需覆膜保湿养护3天,并封闭作业面。养护期间需加强巡查,确保养护到位。养护完成后进入防水黏结层施工作业工序,确保桥面结构的整体性能和耐久性。
9. 应用领域
STC混凝土因其卓越的性能而被广泛应用于多个领域。在桥梁工程中,它可用于制作预制构件、桥面铺装、桥墩等;在高层建筑中,可用于制作核心筒、剪力墙等关键结构部件;在隧道工程、水利水电工程、海洋工程等领域也有广泛应用。STC混凝土在提高工程结构的安全性、耐久性和经济性方面具有重要作用。
10. 经济效益与社会价值
STC混凝土的应用不仅提高了工程结构的质量和性能,还带来了显著的经济效益和社会价值。它延长了工程结构的使用寿命,减少了后期的维护和修复成本。STC混凝土的应用还促进了建筑行业的科技进步和产业升级,推动了绿色、可持续建筑的发展。
STC混凝土是一种具有超高性能、超高韧性的水泥基复合材料,在多个领域具有广泛的应用前景。其制备原理独特、性能卓越、施工工艺成熟,为工程结构的安全性、耐久性和经济性提供了有力保障。