CN101289302A - 无碴轨道预应力构件用高性能混凝土材料及其制备方法 - Google Patents

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姜忠仁
曹凤洁
孟国珍
李广坤
李强
朱勇更
吴玉树
朱蕾
韩占峰
许子龙
金鹏伟
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Abstract

一种无碴轨道预应力构件用高性能混凝土材料及其制备方法，以水泥为胶凝材料，以砂、石为骨料，以一种复合矿粉为掺合料、添加高效减水剂和水经搅拌振捣而成。所述的复合掺合料组分为硅铝酸盐、碳酸盐和硫酸盐，其相对重量比为硅铝酸盐15～80％，碳酸盐15～80％，硫酸盐5～20％，其总重量为混凝土组分总量的2～6％。可使混凝土早期强度达到无碴轨道用预应力混凝土构件所要求的技术指标，使混凝土构件综合性能、工作性和耐久性获得明显提高。以普通硅酸盐水泥替代料源缺乏、价格昂贵的超细水泥，可提高规模生产时的产品质量，解决了我国无碴轨道用预应力混凝土预制件生产成本居高不下的难题。

Description

无碴轨道预应力构件用高性能混凝土材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高性能混凝土材料及其制备方法，特别是一种用于高速铁路无碴轨道预应力构件制造的高性能混凝土材料及其配制方法。
背景技术
随着现代交通建设技术的发展，高速铁路无碴轨道预应力构件的制造需要使用高性能混凝土材料。为使混凝土较快获得较高的早期强度，从而使脱模时间和生产周期缩短，以提高生产效率，目前国际标准要求生产预制轨枕、轨道板预制件的高性能混凝土材料采用比表面积为500～600m2/kg的超细水泥。然而，超细水泥在我国属于非常规产品，料源奇缺，价格昂贵。同时，采用以超细水泥为基础材料的混凝土预应力构件其后期力学性能和构件耐久性能也受到了质疑。我国既有铁路预应力混凝土轨枕行业标准允许使用的常规混凝土材料不能满足无碴轨道用混凝土预制件产品性能的要求，特别是16h早期强度达不到无碴轨道用混凝土预制件48MPa抗压强度的要求。究竟采用什么样的混凝土原材料可以达到既满足高性能混凝土材料枕的技术要求，又不必大幅度提高成本，是一个急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种无碴轨道预应力构件用高性能混凝土材料及其制备方法，要解决以普通水泥替代超细水泥配制高性能混凝土材料的技术问题；并同时解决既保证高性能混凝土材料后期力学性能和构件耐久性能、满足高性能混凝土材料枕的技术要求，又不必大幅度提高成本的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种无碴轨道预应力构件用高性能混凝土材料，是以水泥为胶凝材料，以砂、石为粗细骨料，以一种复合矿粉为掺合料，添加高效减水剂和水的混合物，其特征在于其组分和每立方米重量配合比如下：
细骨料：700～800份；
粗骨料：1170～1270份的连续级配碎石，其中5～10mm粒径约占40％，10～20mm粒径占60％；
胶凝材料：300～400份的普通硅酸盐水泥；
掺合料：总重量为混凝土组分总量2～6％的复合矿粉掺合料，复合矿粉掺合料的比表面积＞450m2/kg；
复合掺合料组分为硅铝酸盐、碳酸盐和硫酸盐，其相对重量比为硅铝酸盐15～80％，碳酸盐15～80％，硫酸盐5～20％，其总重量为混凝土组分总量的2～6％；复合掺合料中允许掺入的磨细矿渣掺量不超过混凝土组分总量的3％。
高效减水剂：减水剂为与混凝土掺合料相容性良好的聚羧酸型减水剂，添加量为胶凝材料总量的1％～1.3％。
上述高性能混凝土材料的制备方法，其特征在于：上述混合物经搅拌混合、浇筑入模、振捣成型、养护硬化而成，搅拌温度是10℃～30℃，搅拌混合和浇筑入模的时间为15～20分钟；养护制度：静停3h，升温，升温速率不超过15℃/h，温度达50℃时保持恒温，恒温时间为6～7h，降温，降温速率不超过15℃/h。
本发明具有以下技术特点：
1、与现有技术相比：本发明的高性能混凝土材料允许以普通硅酸盐水泥替代超细水泥，通过掺入复合矿粉掺和料及其与之相匹配的高效减水剂，在合理设计配合比和严格执行生产工艺的前提下，可保证规模生产时的产品质量满足客运专线无碴轨道用预应力混凝土预制件的技术要求。经实践证明，本发明的早期抗压强度、静载抗裂强度等各项技术性能均满足规范要求和使用要求。设计的混凝土配合比既满足了力学性能、工作性、耐久性的要求，又使选择的原材料资源充足，成本合理。
2、本发明与原采用超细水泥生产无碴轨道用预应力混凝土预制件方案的不同之处在于：以超细水泥为基本胶凝材料的混凝土材料是靠超细水泥本身的粉体颗粒改善混凝土内部结构的密实度，减少用水量以达到水泥基混凝土的早强和混凝土构件整体力学性能要求的；而本发明则是以普通硅酸盐水泥为基本胶凝材料，靠复合掺合料改善混凝土中粉体材料的粒度分布，促进水泥中主要矿物硅酸钙的水化，大幅度减少用水量，降低水化温升，减小收缩，达到混凝土早强要求和提高混凝土综合性能的目的。
3、采用超细水泥方案和本发明方案都可以用于我国客运专线无碴轨道用预应力混凝土预制件的制造。采用超细水泥方案时，其混凝土组分中超细水泥重量百分比约占18％，由于超细水泥在我国属于非常规产品，料源奇缺，价格昂贵，导致无碴轨道用预应力混凝土预制件生产成本居高不下；而本发明方案采用的混凝土原材料以普通硅酸盐水泥替代昂贵的超细水泥，掺加的复合掺合料也是料源丰富、价格不高的材料，可根据铁路建设沿线具体情况采购加工，根据实际生产线的不同进行配合比设计和工艺参数控制，即可制造出质量、性能满足所规定技术条件的无碴轨道预应力混凝土预制件。所以采用本发明混凝土材料制造预应力混凝土构件，成本下降幅度明显，对于我国客运专线建设中需求量巨大的预应力混凝土枕、板来说，具有显著的生产成本节约空间。
(四)具体实施方式
实施例：这种无碴轨道预应力构件用高性能混凝土材料，是以普通硅酸盐水泥为胶凝材料，以砂、石为骨料，添加复合掺合料、高效减水剂和水的混合物。复合掺合料组分为硅铝酸盐、碳酸盐和硫酸盐，其相对重量比为硅铝酸盐15～80％，碳酸盐15～80％，硫酸盐5～20％，其总重量为混凝土组分总量的2～6％；复合掺合料中允许掺入的磨细矿渣掺量不超过混凝土组分总量的3％，其细度应满足比表面积＞450m2/kg的要求。
水泥：本发明采用强度等级不低于42.5R的普通硅酸盐水泥。
粗骨料：本发明采用5-20mm连续级配碎石，其中5～10mm粒径约占40％，10～20mm粒径占60％，其它技术要求应符合TB10210的规定。
细骨料：本发明采用洁净河砂，细度模数范围为2.5-3.0。
外加剂：本发明采用聚羧酸型高性能减水剂。添加量为胶凝材料总量的1％～1.3％。
拌合水：本发明采用饮用水，水胶比：20％～40％。
复合矿粉掺合料：本发明在以普通硅酸盐水泥为基的混凝土材料中，掺加了一种复合矿粉掺合料，可促进水泥中主要矿物枛硅酸钙的水化，可使混凝土中粉体材料的粒度分布得到改善，以减少用水量，提高密实度，降低水化温升，减小收缩，不仅使混凝土获得较高的早期强度，而且在硬化后具有良好的综合性能。
本发明的制备方法：混凝土拌合时必须测定砂的含水率，确定粗骨料的含水率，根据配合比进行适度调整，准确称量各种原材料，拌合和浇筑入模的时间约为15～20分钟，浇筑时应注意混凝土在模具中的均匀分布；使用振动器或振动台进行振捣，振捣时间视混凝土干、稠程度而定；静停3h，升温，升温速率不超过15℃/h，温度达50℃时保持恒温，恒温时间为6～7h，降温，降温速率不超过15℃/h，养护过程必须采用养护温度数控设备进行自动控制。本发明的混凝土新材料配合比既满足了混凝土力学性能、生产工艺和耐久性的要求，又使选择的原材料资源充足，成本合理。
采用本发明高性能混凝土材料在长线台座生产线上生产的无碴轨道用混凝土预制件静载强度如下：
表1无碴轨道用弗莱德尔岔枕静载抗裂强度试验记录表
采用本发明高性能混凝土材料在机组流水生产线上生产的无碴轨道用60-18号混凝土预制件静载强度：
表2无碴轨道用60-18号岔枕静载抗裂强度试验记录表
Figure A20081030203300072
经试验证明：本发明的混凝土新材料配合比可以满足混凝土力学性能、生产工艺和耐久性的要求，可使混凝土早期强度达到无碴轨道用预应力混凝土构件所要求的技术指标，使混凝土构件综合性能、工作性和耐久性获得明显提高。选用的原材料资源充足，成本合理。以普通硅酸盐水泥替代料源缺乏、价格昂贵的超细水泥，可提高规模生产时的产品质量，解决了我国无碴轨道用预应力混凝土预制件生产成本居高不下的难题。

Claims (5)

1.一种无碴轨道预应力构件用高性能混凝土材料，是以水泥为胶凝材料，以砂、石为粗细骨料，以一种复合矿粉为掺合料，添加高效减水剂和水的混合物，其特征在于其组分和每立方米重量配合比如下：
细骨料：700～800份；
粗骨料：1170～1270份的连续级配碎石，其中5～10mm粒径约占40％，10～20mm粒径占60％；
胶凝材料：300～400份的普通硅酸盐水泥；
掺合料：总重量为混凝土组分总量2～6％的复合矿粉掺合料，复合矿粉掺合料的比表面积＞450m2/kg；
所述的复合矿粉包括硅铝酸盐、碳酸盐、硫酸盐组分，其相对重量比为硅铝酸盐15～80％、碳酸盐15～80％、硫酸盐5～20％，所述的复合掺合料中允许掺入不超过混凝土组分总量3％的磨细矿渣；
高效减水剂：添加量为胶凝材料总量的1％～1.3％；
水胶比：25％～40％。
2.根据权利要求1所述的无碴轨道预应力构件用高性能混凝土材料，其特征在于：上述水泥是强度等级不低于42.5R的普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的无碴轨道预应力构件用高性能混凝土材料，其特征在于：上述高效减水剂是与混凝土掺合料相容性良好的聚羧酸型减水剂。
4.根据权利要求1所述的无碴轨道预应力构件用高性能混凝土材料，其特征在于：上述复合矿粉包括硅铝酸盐、碳酸盐、硫酸盐组分，其相对重量比为硅铝酸盐15～80％、碳酸盐15～80％、硫酸盐5～20％，其总重量为混凝土总重量的2～6％。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的无碴轨道预应力构件用高性能混凝土材料的制备方法，其特征在于：上述混合物经搅拌混合、浇筑入模、振捣成型、养护硬化而成，搅拌温度是10℃～30℃，搅拌混合和浇筑入模的时间为15～20分钟；养护制度：静停3h，升温，升温速率不超过15℃/h，温度达50℃时保持恒温，恒温时间为6～7h，降温，降温速率不超过15℃/h。
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