[发明专利]具有自粗化特性的自密实混凝土结构

说明书

将少量轻质骨料加入正常重量的混凝土混合物中以产生干净粗糙的顶表面，从而不需要手工或机械粗糙化该顶表面。轻质粗骨料将浮到该表面，并形成一个粗糙表面，从而使之前填筑的混凝土和新填筑的混凝土之间的界面(冷缝)的粘结和剪切阻力与手动粗糙化的接缝一样强。

相关申请的交叉引用

本申请要求申请号为62/163,772，申请日为2015年5月19日的美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引用包含在本文中。

发明背景

技术领域

本发明涉及一种混凝土系统和方法，更具体而言涉及在自密实混凝土中包含轻质粗骨料，以便使混凝土结构形成粗糙表面。

背景技术

自密实混凝土(SCC)的发展在混凝土技术上已经取得了重大进步，并且，随着过去15年的越来越多的应用，使得其从根本上改变了建设实践，同时又节省了劳动力、成本和时间。在示例性的情形例如核结构的建设中，SCC用于填筑在可达90英尺高的钢板模块间。连续填筑混凝土以避免在混凝土中出现冷缝。

然而，连续填筑混凝土不但成本高而且有时无法实现。经常难以按时间和空间组织好足够多的搅拌车，特别是在边远地区。一辆车延迟两三个小时送达就会导致出现冷缝。进而，高位填筑导致对钢板的高静液压荷载，最终不是为了抵抗设备运转施加的荷载，而只为了进行混凝土填筑就需要使用粗壮的加强件来加固。

允许出现冷缝可以减缓而非消除对周密安排搅拌车的需求并减少钢板上负担的拥挤的结构，其中每减少一项都会降低成本和简化设计。这不仅在示例性的核建设中，在所有的大体积混凝土施工项目中都适用。冷缝已经应用在后张混凝土防护墙的构建中。缝的强度由跨冷缝产生的剪切摩擦来决定。该“摩擦”取决于表面粗糙度，新料与之前填筑的混凝土的粘合，穿过该缝的加强件，以及垂直于该缝的荷载。

由于其通常为高净浆或砂浆分数以及需要非常精细的颗粒(例如硅粉、偏高岭土、石灰石和其它矿物粉末)，并由于SCC的“自水平(self-levels)”，所以SCC的表面一旦设置通常是非常光滑的。导致预期跨普通的SCC的冷缝难以产生剪切摩擦。

美国混凝土协会(ACI)核安全相关混凝土结构规范(ACI 349-06)及条文说明规定剪切摩擦加强件是垂直于剪切面的，该剪切面(该冷缝)的名义剪切能力V_n可通过公式(1)计算：

V_n＝μA_vf_y(1)

其中μ是摩擦系数，A_v是剪切加强件跨剪切面的面积，以及f_y是产生的加强件屈服强度(≤60ksi)。

一些示例性的摩擦系数包括应用于整体式混凝土连接的1.4，应用于紧靠有意粗化为1/4英寸幅值(粗糙冷缝)的已硬化混凝土填筑混凝土的1.0，用于通过带头螺柱或钢筋将混凝土锚定到轧制结构钢的0.7，以及紧靠未有意粗化(平滑冷缝)的已硬化混凝土填筑混凝土的0.6。

根据《高强度混凝土剪切摩擦试验》，卡恩，L.F.和A.D.米歇尔，2002，ACI结构期刊99(1)：98-103，ACI 349-06将V_n限定为混凝土面积乘以800psi，而ACI 318-11将强度限定为混凝土面积乘以1600psi。抗剪加强件面积A_v包括模块中的任何竖直钢筋和表面钢板。