CN102320798A - 一种低弹模高性能混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混凝土材料，具体为一种低弹模高性能混凝土。本发明解决了现有高速铁路Ⅱ型板式无砟轨道的底座板混凝土弹性模量太高导致变形困难的问题。一种低弹模高性能混凝土，其是由下述重量比配比的原料制成：P.042.5水泥220-240份，I级粉煤灰100-120份，S95矿渣粉30-40份，中砂850-900份，10-20mm单粒级碎石1000-1050份，水148-152份，聚羧酸减水剂3.3-3.5份。本发明采用较大的碎石空隙率和提高混凝土砂率实现降低弹性模量的要求，用较大胶凝材料用量弥补混凝土强度的降低，满足高性能混凝土指标要求，可广泛适用于类似高速铁路底座板等对缓冲要求比较高的特殊结构。

Description

一种低弹模高性能混凝土

技术领域

本发明涉及混凝土材料，具体为一种低弹模高性能混凝土。

背景技术

高速铁路Ⅱ型板式无砟轨道的结构为钢轨铺设在扣件垫板上，扣件垫板放在Ⅱ型板承轨槽上，其中扣件垫板的主要作用是调节钢轨的标高。Ⅱ型板是长6.45m、宽2.55m、厚0.2m且混凝土强度C55的混凝土结构，弹性模量很大，但Ⅱ型板不具有缓冲作用，Ⅱ型板之间用张拉锁纵向连接，构成一个纵向整体结构。Ⅱ型板的下面是乳化沥青砂浆填充层（简称CA砂浆），乳化沥青砂浆填充层是28天抗压强度≥15.0 MPa、厚度30mm、弹性模量7000-10000 MPa的填充结构，具有明显缓冲作用；乳化沥青砂浆填充层的下面是底座板，底座板是厚度2m、宽度2.95m的混凝土纵连结构；底座板的下面是两布一膜滑动层、再下面是梁面防水层。底座板混凝土的设计要求是强度等级C30、弹性模量≤3.15×10⁴MPa；底座板的低弹性模量是从轨道的的受力结构方面提出的要求，这样与乳化沥青砂浆填充层能形成一个低弹性模量的缓冲结构，在列车轮轨高速冲击时，两者变形量接近，不容易脱落；同时在底座板下部梁体因温度变化移位变形时，本身可以有较大的变形，而不会发生混凝土脆断。

铁路上使用的混凝土多为高性能混凝土，高性能混凝土的一般要求是在耐久性得到保障、配制技术水平得到认可的前提下，配制时采用较少的水泥用量、掺用适宜的掺合料、采用较低的水胶比；高性能混凝土的技术条件中对掺合料的掺量、水胶比和最小胶凝材料用量的限值作出了规定。配制混凝土时优先选用中级细骨料，当采用粗级细骨料时，应提高砂率，并保持足够的水泥或胶凝材料用量，选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固的洁净碎石，以满足混凝土的和易性；当采用细级细骨料时，宜适当降低砂率。高性能混凝土粗骨料应采用二级或多级级配，其松散堆积密度应大于1500kg/m³，紧密空隙率宜小于40%；粗骨料的级配和粒形不好，必然要加大混凝土的胶凝材料总量和用水量，这样不仅增加混凝土收缩，而且会增加混凝土的渗透性和有害介质在混凝土中的扩散系数；所以配制混凝土的骨料都要经过粒形和级配的严格选择。骨料的堆积密度和表观密度是骨料级配的反映，堆积密度越大，则级配越好，空隙率越小。对粗级细骨料来说，40%左右的空隙率应该是最低要求；减少单方混凝土中胶凝材料用量有利于降低混凝土的渗透性，减少收缩量，所以有最高用量的限制。在高性能混凝土中，减少浆体量，增加骨料所占的比例，是提高混凝土耐久性的重要手段。

   目前，高性能混凝土采用规范要求的原材料配制的理论思想是：混凝土中大粒径的碎石构成骨架，大粒径的碎石由小一级粒径的碎石填充，中间空隙再由更小粒径的碎石填充，让碎石间空隙最小，也就是规范要求的粗骨料级配和粒形良好，空隙率小；碎石间的空隙再由级配较好的砂子填充，砂子填充量小，说明碎石骨架间空隙就小，比较致密；砂子间的空隙再由水泥、粉煤灰、矿粉等粉体材料填充，粉体材料加上水、外加剂等是碎石、砂子间的胶结材料；胶结材料具有活性，能够与碎石、砂子界面间粘结，使得材料之间相互粘结，整体就具有了强度。但是这样的高性能混凝土中碎石构成的骨架间空隙小，比较致密，变形量小，脆性接近于岩石一样大，也就是所说的弹性模量大，经大量试验验证，弹性模量都在4.0×10⁴MPa以上，这样就达不到底座板混凝土弹性模量的设计要求。如果降低混凝土强度等级，弹性模量有下降趋势，但是混凝土的耐久性指标同时有不同幅度降低，如混凝土强度等级降低到C30以下，混凝土的电通量、抗裂等耐久性指标一般都达不到设计要求，这样就称不上是高性能混凝土。

发明内容

本发明为了解决现有高速铁路Ⅱ型板式无砟轨道的底座板混凝土弹性模量太高导致变形困难的问题，提供了一种低弹模高性能混凝土。

 本发明是采用如下技术方案实现的：一种低弹模高性能混凝土，其是由下述重量比配比的原料制成：P.042.5水泥220-240份,I级粉煤灰100-120份，S95矿渣粉30-40份，中砂850-900份，10-20mm单粒级碎石1000-1050份，水148-152份，聚羧酸减水剂3.3-3.5份。

所述的水泥至少可采用南京海螺水泥厂生产的P.042.5水泥；所述的粉煤灰至少可采用淮沪煤电有限公司集电厂I级粉煤灰，烧失量1.08%，需水量比93%，细度8.7%；所述的S95矿渣粉至少可采用安徽马钢嘉华有限公司生产的S95矿渣粉，比表面积410 m²/㎏，烧失量1.23%，流动度比101%；所述的碎石至少可采用安徽定远大山采石厂生产的10-20mm单粒级碎石，空隙率45%，含泥量0.4%；所述的中砂至少可采用安徽明光女山湖砂场的中砂，细度模数2.6，含泥量1.4%，泥块含量0.3%；所述的聚羧酸减水剂至少可采用武汉格瑞林建材科技股份有限公司生产的SP010型聚羧酸减水剂，减水率27%，28天抗压强度比154%。

本发明利用碎石弹性模量较大、浆体（浆体指水泥、粉煤灰、S95矿渣粉、水、以及外加剂聚羧酸减水剂）弹性模量较小的特点，突破了高性能混凝土碎石的空隙率要求，用较大的空隙率和砂率、较多的浆体填充碎石的空隙，实现降低混凝土的弹性模量；同时用较大胶凝材料（胶凝材料指水泥、粉煤灰、以及S95矿渣粉）用量弥补混凝土强度的降低，用S95矿渣粉、粉煤灰复合掺合技术弥补混凝土由于增大空隙率、增加浆体量对耐久性能的损害，实现高性能混凝土的强度要求，弹性模量较低，耐久性能指标达到设计要求。

   对本发明所述混凝土耐久性的各项技术指标进行了试验，结果见如下表1、表2：  

表1

表2

由表1、表2中数据可知，通过对新拌混凝土的坍落度、凝结时间、含气量、总碱含量、抗压强度、弹性模量、电通量、以及抗裂性等耐久性指标进行的试验表明，本发明所述的低弹模高性能混凝土拌和物性满足施工需要；混凝土的7天抗压强度大于设计强度的80%，能够满足工序转换时间内对强度的要求，56天抗压强度大于设计强度，符合要求；电通量、抗裂性等耐久性指标均满足高性能混凝土的要求。

   将本发明所述混凝土应用到混凝土结构施工中，如分10次浇筑一段长2000米、厚20m、宽2.95m的混凝土纵连结构，做了10组混凝土56天抗压强度试件和5组电通量试件，结果分别见如下表3、表4： 

表3 混凝土56天抗压强度

底座板长度

组数

平均值

标准差

最小值

最大值

结论

2000m

10组

36.2 Mpa

1.9

32.8 Mpa

39.1 Mpa

合格

表4  混凝土56天电通量

底座板长度	组数	平均值（C）	最小值（C）	最大值（C）	结论
						2000m	5组	962	918	994	合格

    由表3、表4中数据可知，本发明所述底座板混凝土56天抗压强度满足设计要求，标准差表明强度离散性较小，施工质量控制满足要求，强度评定符合规范要求，强度评定结论合格。混凝土电通量平均962库仑，低于《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》，混凝土耐久性满足要求。

    本发明采用较大的碎石空隙率和提高混凝土砂率来实现降低弹性模量的要求，用较大胶凝材料用量弥补混凝土强度的降低，满足高性能混凝土指标要求，解决了现有高速铁路Ⅱ型板式无砟轨道的底座板混凝土弹性模量太高导致变形困难的问题，可广泛适用于类似高速铁路底座板等对缓冲要求比较高的特殊结构。

具体实施方式

实施例1：

一种低弹模高性能混凝土，其是由下述重量比配比的原料制成：P.042.5水泥220份,I级粉煤灰100份，S95矿渣粉40份，中砂900份，10-20mm单粒级碎石1000份，水150份，聚羧酸减水剂3.4份。

实施例2：

一种低弹模高性能混凝土，其是由下述重量比配比的原料制成：P.042.5水泥240份,I级粉煤灰110份，S95矿渣粉30份，中砂850份，10-20mm单粒级碎石1050份，水152份，聚羧酸减水剂3.3份。

实施例3：

一种低弹模高性能混凝土，其是由下述重量比配比的原料制成：P.042.5水泥230份,I级粉煤灰120份，S95矿渣粉35份，中砂870份，10-20mm单粒级碎石1030份，水148份，聚羧酸减水剂3.5份。

Claims (3)

1.一种低弹模高性能混凝土，其特征在于：其是由下述重量比配比的原料制成：P.042.5水泥220-240份,I级粉煤灰100-120份，S95矿渣粉30-40份，中砂850-900份，10-20mm单粒级碎石1000-1050份，水148-152份，聚羧酸减水剂3.3-3.5份。

2.根据权利要求1所述的一种低弹模高性能混凝土，其特征在于：所述中砂的细度模数2.6，含泥量1.4%，泥块含量0.3%。

3.根据权利要求1或2所述的一种低弹模高性能混凝土，其特征在于：所述的聚羧酸减水剂是武汉格瑞林建材科技股份有限公司生产的SP010型聚羧酸减水剂。