公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料及其一体化浇筑方法与流程

本发明涉及混凝土，尤其涉及一种公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料及其一体化浇筑方法。

背景技术：

1、桥梁伸缩装置是公路桥梁结构中协调梁体因温度变化、混凝土收缩徐变、活载作用等因素产生纵向变位的关键部件。伸缩装置锚固区作为伸缩装置与梁体连接的核心部位，其混凝土材料的性能直接决定了伸缩装置的服役寿命与行车安全。长期以来，国内桥梁伸缩装置锚固区普遍采用普通钢纤维混凝土或常规c50混凝土。然而，锚固区混凝土直接承受车轮荷载的反复冲击，且长期暴露于自然环境中，受力与服役条件极为复杂。受车辆重载冲击、环境温度循环、材料收缩等多因素耦合作用，锚固区开裂、破损、界面脱粘等病害频发。相关调查数据显示，伸缩装置锚固区混凝土的过早破坏已成为困扰公路养护管理部门的一大难题。

2、根据目前的研究分析锚固区混凝土的损伤机理可知，除车辆荷载的冲击疲劳外，温度应力是导致锚固区开裂的另一关键诱因。一方面，混凝土浇筑后水泥水化反应释放大量热量，水化温升可达60~70℃，随后降温过程中产生显著的收缩拉应力；另一方面，伸缩装置中的钢梁具有远高于混凝土的热膨胀系数，夏季钢梁升温膨胀对周边混凝土产生挤压，冬季钢梁降温收缩则在界面处产生拉应力。此外，锚固区混凝土自身的干燥收缩与温度收缩进一步加剧了开裂风险。上述温度效应与荷载效应相互叠加，使得锚固区混凝土在服役初期即出现温缩裂缝，为外界水分及腐蚀介质的渗入提供了通道，严重缩短了伸缩装置的使用寿命。

3、为应对上述问题，已有技术尝试从多个方向进行改进。在材料层面，部分专利提出通过掺入纤维增强材料提升混凝土的抗裂性能，或采用硫铝酸盐快硬水泥实现早期快速通车；在施工层面，有方案通过外部蒸汽或热风养护装置调控锚固区的温湿度条件；在结构层面，也有通过优化伸缩缝结构设计以减小温度应力影响的技术路线。然而，上述现有技术均存在明显的局限性：纤维增强方案仅被动抵抗开裂而未能从源头削减温度应力来源；外部养护装置需要额外设备和能源供给，野外桥梁施工条件受限；结构优化方案仅适用于特定类型的伸缩装置，通用性不足。更为关键的是，现有技术中尚无针对伸缩装置锚固区混凝土温度应力问题的系统性解决方案，无法在混凝土水化温升阶段主动削减温升峰值并施加预压应力，也难以在服役期环境温度变化时持续调控温度场、补偿收缩损失。这一技术空白导致锚固区混凝土的温度裂缝问题长期未能得到有效解决。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料及其一体化浇筑方法，用于解决现有技术中尚无针对伸缩装置锚固区混凝土温度应力问题提出系统性解决方案的问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料，包括以下组分，相变储能骨料，以多孔陶粒或膨胀珍珠岩为载体，内部负载有机相变材料，相变温度为35~45℃；热缩型预应力纤维，采用经拉伸取向处理的热缩性聚烯烃或聚酰胺纤维。

3、在以上技术方案的基础上，优选的，相变储能骨料的制备方法包括以下步骤，s11，将载体干燥并真空抽空，将有机相变材料熔融为液态，在保持负压的条件下，将熔融态相变材料注入载体孔隙内部；s12，将负载相变材料的载体离心分离；s13，在负载相变材料的载体表面喷涂或浸渍封装层。

4、更进一步优选的，有机相变材料为石蜡、脂肪酸、聚乙二醇中的一种或多种的共混物。

5、在以上技术方案的基础上，优选的，热缩型预应力纤维的制备方法包括以下步骤，s21，将聚烯烃树脂单体和改性无机填料共混，经挤出造粒，得到聚烯烃母粒；s22，将聚烯烃母粒经熔融挤出，通过喷丝板形成初生纤维；s23，采用多段递进式热拉伸工艺对初生纤维进行拉伸取向处理；s24，拉伸后的纤维进行热定型处理；s25，纤维表面经等离子体处理或偶联剂涂覆改性。

6、更进一步优选的，改性无机填料为表面接枝功能基团的纳米二氧化硅或纳米碳酸钙。

7、在以上技术方案的基础上，优选的，按质量份计包括以下组分，水泥基体材料350~450份，粗细骨料1500~1900份，相变储能骨料50~200份，硅灰15~40份，拌合用水140~180份，减水剂2.0~4.5份，热缩型预应力纤维5~30份。

8、更进一步优选的，按质量份计还包括以下组分，膨胀剂20~70份。

9、更进一步优选的，膨胀剂按质量份计包括，钙质膨胀剂15~45份，mgo膨胀剂5~25份。

10、更进一步优选的，钙质膨胀剂为硫铝酸钙类膨胀剂；mgo膨胀剂经800~1200℃煅烧处理。

11、另一方面，本发明还提供了一种公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料的一体化浇筑方法，在向锚固区的锚固槽内浇筑上述的公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料时，采用分层浇筑，沿锚固槽深度方向自下向上设置至少两层不同相变储能骨料掺量的功能层，位于下层的功能层的相变储能骨料掺量大于位于上层的功能层的相变储能骨料掺量。

12、本发明的一种公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料及其一体化浇筑方法相对于现有技术具有以下有益效果：

13、（1）本发明通过相变储能骨料的潜热吸收与释放作用，在混凝土水化温升期将内部温升峰值降低8~15℃，有效削减了降温阶段的收缩拉应力；在服役期环境温度变化时，相变材料持续发挥平衡温度峰谷波动变化的调温功能，减小钢梁热胀冷缩对锚固区混凝土的挤压与拉拔作用力；热缩型预应力纤维在水化温升阶段受热触发收缩，通过纤维-基体界面粘结向混凝土基体施加0.5~3.0mpa的三维微预压应力；从相变储能骨料降低应力来源和热缩型预应力纤维增强混凝土抗裂能力两个维度协同作用，实现温度应力的主动调控而非被动抵抗。

14、（2）本发明通过钙质膨胀剂与mgo膨胀剂的分时复配，实现了对混凝土全生命周期收缩损失的分阶段精准补偿。相变储能骨料在服役期持续发挥温度调节功能，进一步减小了环境温变引起的附加收缩。上述三重机制协同作用，使锚固区混凝土的28d收缩率较常规混凝土降低40%以上，型钢-混凝土界面粘结强度≥2.5mpa，锚固区整体服役寿命可由常规5~8年延长至15年以上。

15、（3）本发明利用水泥水化自身产生的热量触发热缩型纤维收缩，利用相变储能骨料的被动式储放热实现温度调控，全过程无需外部加热、制冷或蒸汽设备，不依赖电力供应。配合比设计灵活，可根据模数式、无缝式tst、梳齿板式三类伸缩装置的受力与温度特征差异化调整各组分掺量。常温养护条件下即可达到设计性能要求，适配野外桥梁新建施工与在役养护作业场景，具有良好的工程推广价值。

1.一种公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料，其特征在于：包括以下组分，

2.根据权利要求1所述的一种公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料，其特征在于：所述相变储能骨料的制备方法包括以下步骤，

3.根据权利要求2所述的一种公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料，其特征在于：所述有机相变材料为石蜡、脂肪酸、聚乙二醇中的一种或多种的共混物。

4.根据权利要求1所述的一种公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料，其特征在于：所述热缩型预应力纤维的制备方法包括以下步骤，

5.根据权利要求4所述的一种公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料，其特征在于：所述改性无机填料为表面接枝功能基团的纳米二氧化硅或纳米碳酸钙。

6.根据权利要求1所述的一种公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料，其特征在于：按质量份计包括以下组分，

7.根据权利要求6所述的一种公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料，其特征在于：按质量份计还包括以下组分，膨胀剂20~70份。

8.根据权利要求7所述的一种公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料，其特征在于：所述膨胀剂按质量份计包括，

9.根据权利要求8所述的一种公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料，其特征在于：所述钙质膨胀剂为硫铝酸钙类膨胀剂；所述mgo膨胀剂经800~1200℃煅烧处理。

10.一种公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料的一体化浇筑方法，其特征在于：在向所述锚固区的锚固槽内浇筑权利要求1所述的公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土材料时，采用分层浇筑，沿所述锚固槽深度方向自下向上设置至少两层不同相变储能骨料掺量的功能层，位于下层的所述功能层的相变储能骨料掺量大于位于上层的功能层的相变储能骨料掺量。