CN101475353B - 一种无砟轨道板用混凝土 - Google Patents

一种无砟轨道板用混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明一种无砟轨道板用混凝土，由普通硅酸盐水泥组配早强掺合料、早强聚羧酸盐减水剂以及砂、石和水得到，且控制水灰比为0.25～0.35。具体由430～500kg/m3水泥(A)、占水泥用量的8wt％～15wt％早强掺合料(B)、占A和B总量的1.0wt％～1.5wt％的早强聚羧酸盐减水剂(C)、占水泥用量的25wt％～35wt％的水(D)和砂、石混配而成，砂石用量为每m3混凝土总重量扣除A、B、C、D后的重量，其中砂在砂石总量中占35％～40％。本发明配制的混凝土，满足坍落度140～200mm，16h抗压强度＞48MPa的要求，并且相对耐久性指标较对照样有明显提高，制造的无砟轨道板完全满足《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的技术要求。

Description

一种无砟轨道板用混凝土
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种用于无砟轨道板的减水剂。
背景技术
无砟轨道是以混凝土或沥青混合料等取代散粒道砟道床而组成的轨道结构形式，具有轨道平顺性高、刚度均匀性好、轨道几何形位能持久保持、维修工作量显著减少等特点，列车在上面行驶速度更快，更平稳，是高速铁路工程技术的发展方向，也是当今世界先进的轨道技术。
混凝土混合料一般是以水泥、砂、碎石和水按比例混配得到。京津客运专线施工中采用的德国BOGL公司无砟轨道技术就属于板式无砟轨道技术，BOGL技术对混凝土性能指标有以下要求：①混凝土设计标号C60，弹性模量大于35700MPa，抗弯强度6～7MPa；②在生产工艺条件下，16h混凝土抗压强度大于48MPa；③混凝土芯部温度55℃为宜，不宜超过60℃。按照德方要求，在实际生产博格板的过程中，要用比表面积为550～600m2/kg的超细P.I 52.5水泥配制混凝土，在水灰比为0.4的条件下达到16h混凝土抗压强度大于48MPa。在中国利用超细水泥配制博格板，在水泥品种的选择上遇到下述问题：
(1)超细水泥不属于常规供应品种，必须和水泥厂进行协商专门生产，因此其价格是普通水泥的3～4倍，大大增加了博格板的生产成本。
(2)由于特种加工的超细水泥不属于大宗产品，当博格板生产有大量需求时，有潜在的供不应求的危机；
(3)混凝土的胶凝材料全部为超细水泥会导致其后期强度的增长有限，耐久性存在问题。而且利用BOGL技术配制的混凝土耐久性指标(电通量)不能满足《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的要求。
因此，利用国内现有的原材料，研发出技术指标满足德国博格板技术要求，长期性能符合我国现有的铁路混凝土耐久性标准要求，同时适合我国国情的混凝土技术非常必要。
发明内容
本发明的目的是利用易于得到的原材料，提供一种提高混凝土结构耐久性能并降低混凝土生产成本的无砟轨道板用混凝土。
本发明提供的无砟轨道板用混凝土，由普通硅酸盐水泥组配早强掺合料、早强聚羧酸盐减水剂以及砂、石和水得到，且控制水灰比为0.25～0.35。
具体的，由以下几类组分组配而成：
水泥(A)：按430～500kg/m3的比例使用；早强掺合料(B)：占水泥用量的8wt％～15wt％；早强聚羧酸盐减水剂(C)：占A和B总量的1.0wt％～1.5wt％；水(D)：占水泥用量的25wt％～35wt％；砂、石：每m3混凝土总重量扣除A、B、C、D后的重量；其中砂在砂石总量中占35％～40％。
其中，所述早强掺合料(B)为特殊调配的组分，其由50％～70wt％硅质增强材料(B1)、0～20wt％碳酸盐增强材料(B2)、0～20wt％铝硅质增强材料(B3)、0～20wt％硅质填充材料(B4)、0～20wt％铝质填充材料(B5)以及激发剂(B6)混合组配而成，其中B2、B3、B4、B5不同时为0，激发剂(B6)使用量为(B 1+B2+B3+B4+B5)总量的0～5wt％。
早强掺合料(B)中，硅质增强材料(B1)选用硅灰和/或比表面积为600m2/kg～1200m2/kg的磨细矿渣粉；碳酸盐增强材料(B2)为选自熟石灰粉、生石灰粉、氧化钙等中的一种或多种；铝硅质增强材料(B3)为比表面积为400m2/kg～800m2/kg的磨细沸石粉；硅质填充材料(B4)为选自矿渣粉(比表面积为400m2/kg～500m2/kg)、粉煤灰中的一种或多种；铝质填充材料(B5)为选自偏高岭土、高岭土、铝矾土、明矾石等中的一种或多种；激发剂(B6)为选自石膏粉、元明粉和醇胺类物质中的一种或多种。
无砟轨道板用混凝土中，早强聚羧酸盐减水剂(C)由1％～5wt％早强组分C1、5～10wt％降粘组分C2、1～50wt％减缩组分C3和80～93wt％母液C4组配并分散在水中而成，C1～C4总重量和水按1∶5的比例混合。其中：母液C4为聚羧酸高性能减水剂聚乙二醇单甲醚或马来酸酐；早强组分C1选用无机盐类(硝酸钙或亚硝酸钠)和/或有机类(三异醇胺或三异丙醇胺；降粘组分C2为聚乙二醇；减缩组分C3选用脂肪族聚氧化乙烯醚或甲醇聚氧乙烯醚。
以上所述的无砟轨道板用混凝土，满足混凝土坍落度140～200mm，16h抗压强度＞48MPa，电通量＜800C的要求。
本发明采取早强矿物掺合料和优质聚羧酸盐高效减水剂双掺的技术路线，利用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制出的混凝土不仅满足博格板生产高早强(16h抗压强度＞48MPa)的要求，还满足我国《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》高耐久性的要求(电通量＜800C)的要求，较国外引进技术有明显进步。本发明实现了国外先进技术的国产化，为无砟轨道板生产技术提供了新的选择，而且在充分利用国内现有原材料的同时，降低混凝土能成本40％，大大节省工程造价，使工程资金更加有效和充分的利用。
具体实施方式
本发明提供的无砟轨道板用混凝土，由以下几类组分组配而成：
水泥(A)：按430～500kg/m3的比例使用，选用普通硅酸盐水泥(P.O或P II)；
早强掺合料(B)：占水泥用量的8wt％～15wt％；
早强聚羧酸盐减水剂(C)：占A和B总量的1.0wt％～1.5wt％；
水(D)：占水泥用量的25wt％～35wt％；
砂、石：选用普通河砂与石子；按每m3混凝土重2400kg计算，砂石总量为2400扣除A、B、C、D后的重量；其中砂在砂石总量中占35％～40％(砂率)。
本发明中，早强掺合料(B)为特殊调配的组分，其由50％～70wt％硅质增强材料(B1)、0～20wt％碳酸盐增强材料(B2)、0～20wt％铝硅质增强材料(B3)、0～20wt％硅质填充材料(B4)、0～20wt％铝质填充材料(B5)以及激发剂(B6)混合组配而成，其中B2、B3、B4、B5不同时为0，激发剂(B6)使用量为(B1+B2+B3+B4+B5)总量的0～5wt％。其中：硅质增强材料(B 1)选用硅灰和/或比表面积为600m2/kg～1200m2/kg的磨细矿渣粉；碳酸盐增强材料(B2)为选自熟石灰粉、生石灰粉、氧化钙等中的一种或多种；铝硅质增强材料(B3)为比表面积为400m2/kg～800m2/kg的磨细沸石粉；硅质填充材料(B4)为选自矿渣粉(比表面积为400m2/kg～500m2/kg)、粉煤灰中的一种或多种；铝质填充材料(B5)为选自偏高岭土、高岭土、铝矾土、明矾石等中的一种或多种；激发剂(B6)为选自石膏粉、元明粉和醇胺类物质中的一种或多种。以上组分中，B1为必需组分，当B1活性不足或增强不够时，可根据当地资源情况，选择使用B2和/或B3进行联合增强，或用B6化学激发，而B4、B5为选择加入组分，根据所在地资源拥有状况，选择合适材料用以填充水化结构孔隙，补偿水化收缩。将B1～B6按比例混合即得到早强掺合料B。
本发明中，早强型聚羧酸盐减水剂(C)为特殊调配的组分，由1％～5wt％早强组分C1、5～10wt％降粘组分C2、1～50wt％减缩组分C3和80～93wt％母液C4组配并分散在水中而成，C1～C4总重量和水按1∶5的比例混合。其中：母液C4为聚羧酸高性能减水剂聚乙二醇单甲醚或马来酸酐；早强组分C 1选用无机盐类(硝酸钙或亚硝酸钠)和/或有机类(三异醇胺或三异丙醇胺；降粘组分C2为聚乙二醇；减缩组分C3选用脂肪族聚氧化乙烯醚，如聚亚丙基二醇、甲醇聚氧乙烯醚。将C1～C4按比例混合或分别均匀分散在水中，即得到早强聚羧酸减水剂C。
下面通过实施例进一步描述本发明，但本发明不仅限于所述的实施例。
实施例1：掺合料B的配制
以配制100kg掺合料(不包括激发剂)计算，参照表1的组成混合配制掺合料。
表1：掺合料组配
Figure G2009100775517D00041
实施例2：早强聚羧酸减水剂C的配制
按表2的组成分散在500L水中配制早强型聚羧酸盐减水剂。
表2：减水剂组配(按C1、C2、C3、C4总量100kg计算)
Figure G2009100775517D00051
实施例3：混凝土的配制
混凝土配制程序：将各物料按照石子、砂、水泥、早强掺合料的顺序依次加入强制性搅拌机中进行干拌，再将早强型聚羧酸减水剂加到水中，混合均匀后一起加入到强制性搅拌机内，并一起进行搅拌。
无砟轨道板的制造过程：将搅拌好的混凝土装入专用的无砟轨道板模板，并养护16h，拆模后即得无砟轨道板。
按照表3、表5组配参照以上程序，分别进行混凝土(GD1～GD6)的配制，并制造CRTS I、CRTS II型无砟轨道板。
混凝土性能指标检测试参照GB/T 50080和GB/T 50081进行，检测结果列于表3和表5中。无砟轨道板性能检测按照《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》要求进行，检测结果列于表4和表6中。
表中数据显示，本发明配制的无砟轨道板用高性能混凝土，满足坍落度140～200mm的要求；本发明制成的无砟轨道板16h抗压强度＞48MPa，相对耐久性指标以及电通量指标较对照样有明显提高，完全满足《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的技术要求。
Figure G2009100775517D00061
Figure G2009100775517D00071
混凝土成本分析
对目前丰台桥梁工厂按照德国技术使用超细水泥配制的混凝土及本发明提出的混凝土配合比的原材料成本进行了对比，如表7～表8所示。
表7混凝土原材料的价格
Figure G2009100775517D00081
表8混凝土原材料成本分析
序号   水泥kg/m3   掺合料kg/m3   河砂kg/m3   碎石kg/m3   水kg/m3   高效减水剂kg/m3   材料成本元/m3
  1   450P.O 42.5   44   678   1135   150   6.3   368
  2   430P.O 42.5   44   688   1145   145   6.0   360
  3   440超细水泥   0   700   1104   170   Sika 6.0   600
注：Sika为瑞士Sika公司产聚羧酸减水剂。
从表7～表8的成本分析可见，在相同性能指标条件下，本发明使用的早强型聚羧酸高效减水剂比格雷斯聚羧酸高效减水剂每吨便宜2100元；混凝土中本发明使用普通硅酸盐水泥和早强掺合料配制的的成本比使用超细水泥混凝土成本节省将近200～240元/m3，最高降低成本40％，有利于节省工程造价。

Claims (2)

1.一种无砟轨道板用混凝土，其特征在于：由普通硅酸盐水泥组配早强掺合料、早强聚羧酸盐减水剂以及砂、石和水得到，且控制水灰比为0.25～0.35；
所述无砟轨道板用混凝土由以下几类组分组配而成：
水泥A：按430～500kg/m3的比例使用；
早强掺合料B：占水泥用量的8wt％～15wt％；
早强聚羧酸盐减水剂C：占A和B总量的1.0wt％～1.5wt％；
水D：占水泥用量的25wt％～35wt％；
砂、石：每m3混凝土总重量扣除A、B、C、D后的重量；其中砂在砂石总量中占35％～40％；
其中：
所述早强掺合料B为特殊调配的组分，其由50％～70wt％硅质增强材料B1、0～20wt％钙质增强材料B2、0～20wt％铝硅质增强材料B3、0～20wt％硅质填充材料B4、0～20wt％铝质填充材料B5以及激发剂B6混合组配而成，其中B2、B3、B4、B5不同时为0，激发剂B6使用量为B1+B2+B3+B4+B5总量的0～5wt％；所述硅质增强材料B1选用硅灰和/或比表面积为600m2/kg～1200m2/kg的磨细矿渣粉；所述钙质增强材料B2为选自熟石灰粉、生石灰粉、氧化钙中的一种或多种；所述铝硅质增强材料B3为比表面积为400m2/kg～800m2/kg的磨细沸石粉；所述硅质填充材料B4为选自比表面积为400m2/kg～500m2/kg的矿渣粉、粉煤灰中的一种或多种；所述铝质填充材料B5为选自偏高岭土、高岭土、铝矾土、明矾石中的一种或多种；所述激发剂B6为选自石膏粉、元明粉和醇胺类物质中的一种或多种；
早强聚羧酸盐减水剂C由1％～5wt％早强组分C1、5～10wt％降粘组分C2、1～50wt％减缩组分C3和80～93wt％母液C4组配并分散在水中而成，C1～C4总重量和水按1∶5的比例混合；母液C4为聚羧酸高性能减水剂聚乙二醇单甲醚或马来酸酐；早强组分C1选用无机盐类硝酸钙或亚硝酸钠和/或有机类三异醇胺或三异丙醇胺；降粘组分C2为聚乙二醇；减缩组分C3选用脂肪族聚氧化乙烯醚或甲醇聚氧乙烯醚。
2.根据权利要求1所述的无砟轨道板用混凝土，其特征在于：混凝土满足坍落度140～200mm，16h抗压强度＞48MPa，电通量＜800C的要求。
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