CN102584139A - 一种自密实混凝土及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自密实混凝土，包括以重量份计水泥100份、粉煤灰20-100份、多孔细骨料20-120份、非多孔细骨料150-250份、粗骨料150-300份、吸水树脂0.1-3份、聚合物乳液5-40份、膨胀剂1-12份、减水剂0.5-3份、水10-90份、钢渣5-50份、引气剂0-2份和消泡剂0-2份。本发明还提供了该自密实混凝土的制备方法，以及该自密实混凝土在制备用于铺设无碴轨道板下充填层中的应用。

Description

一种自密实混凝土及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种自密实混凝土，具体地，涉及一种用于板式无碴轨道充填层的自密实混凝土，以及该混凝土的制备方法和用途。

背景技术

随着高速铁路网建设规划的逐步付诸实施，以及科学技术水平的提高，我国已成功地自主研发了CRTS III型板式无碴轨道结构，该轨道具有整体性好等诸多优点。

自密实混凝土充填层是CRTS III型板式无碴轨道的关键组成部分，一方面可充填板下空间、调整轨道施工误差，另一方面可使轨道具有合理的弹性，因此自密实混凝土充填层材料的使用对于提高列车高速行驶的安全性与乘坐的舒适性均具有非常重要的作用。此外，与水泥乳化沥青砂浆相比，它还具有与轨道板底面接触好、整体性优、性价比高、易于施工单位掌握等优点，因此自密实混凝土充填层在CRTS III型轨道结构中具有广阔的应用前景。

目前制备的自密实混凝土虽然能满足灌注要求，但在自身硬化和后期使役过程中，充填层材料会收缩，直接影响轨道的标高，还会影响与轨道板底部界面之间粘结，在列车高速通过的振动条件下，该界面易剥离产生缝隙，导致雨水等有害物进入。在有冻融现象的地区，将会影响充填层和轨道板的整体性，甚至影响铁路的使用寿命。因此如何降低甚至消除充填层混凝土的自身收缩，继而提高自密实混凝土充填层与轨道板的整体性和耐久性至关重要。在中国专利CN101186476中公开了一种无碴轨道的自流平混凝土，该混凝土包含水泥、矿粉、细骨料、粗骨料、膨胀剂、外加剂和水，其中水泥所占重量百分比为15-18％，矿粉所占重量比为8-11％，细骨料所占重量百分比为35-38％，粗骨料所占重量百分比27-30％，膨胀剂所占重量百分比为2-2.5％，外加剂所占重量百分比为0.33-0.37％，水所占重量百分比为7-7.5％，该混凝土具有高流动性，能够自流密实成型、流动及停放过程中不离析。然而，该混凝土充填后还存在着收缩裂纹较多，致使其耐久性和抗裂性差的缺点。在公开号为CN101767966的中国专利申请中公开了一种无碴轨道道岔自密实混凝土，该混凝土中包含水泥、矿粉、细骨料、粗骨料、水、减水剂和膨胀剂，并且该混凝土中含有水泥14-17％、矿碴粉11-14％、细骨料36-39％、粗骨料25-27％、水8-9％、减水剂0.2-0.3％和膨胀剂0.04-0.06％。然而，该混凝土对超过56天后的长龄期收缩补偿效果不佳。

以上混凝土体积稳定性和使用寿命还有待于提高。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于克服目前自密实混凝土在无碴轨道板下充填层密闭空间灌注时，存在的在自身硬化和后期使役过程中充填层材料会收缩的问题，提供一种均质性和充填体积稳定性更好的自密实混凝土。

本发明的另一个目的在于提供本发明的自密实混凝土的制备方法。

本发明的再一个目的在于提供本发明的自密实混凝土的用途。

除非另外说明，本文中的“U型膨胀剂”又称为“UEA膨胀剂”，是一种低碱膨胀剂。

除非另外说明，本文中的“硫铝酸钙类膨胀剂”又称为“CSA膨胀剂”，是用回转窑烧制的以无水硫铝酸钙和氧化钙为主要矿物的熟料，配入适量天然硬石膏，通过粉磨工艺制成的膨胀剂。

本发明一方面提供了一种自密实混凝土，以重量份计，包括水泥100份、粉煤灰20-100份、多孔细骨料20-120份、非多孔细骨料150-250份、粗骨料150-300份、吸水树脂0.1-3份、聚合物乳液5-40份、膨胀剂1-12份、减水剂0.5-3份、水10-90份、钢渣5-50份、引气剂0-2份和消泡剂0-2份。

优选地，以重量份计，所述的自密实混凝土包括水泥100份、粉煤灰40-60份、多孔细骨料50-80份、非多孔细骨料180-220份、粗骨料200-250份、吸水树脂0.6-1.5份、聚合物乳液15-30份、膨胀剂5-8份、减水剂1-2份、水10-90份、钢渣20-35份、引气剂0.01-1份和消泡剂0.01-1份。

优选地，所述多孔细骨料选自页岩陶粒、粉煤灰陶粒和粘土陶粒中的一种或几种。

优选地，所述的多孔细骨料的粒径为0.3-4.75mm。

优选地，所述的聚合物乳液选自丙烯酸乳液、苯丙乳液和丁苯胶乳中的一种或几种。

优选地，所述的吸水树脂选自聚丙烯酰胺树脂和聚丙烯酸钠树脂中的一种或几种。

优选地，所述的非多孔细骨料选自河砂、机制砂和山砂中的一种或几种。

优选地，所述的粗骨料选自卵石和碎石中的一种或几种。

更优选地，所述的粗骨料选自连续级配卵石。

优选地，所述的非多孔细骨料的细度模数为2.4-3.1，所述的粗骨料的粒径为5-16mm。

优选地，所述的膨胀剂含有铝粉和膨胀剂A。

优选地，所述的膨胀剂A选自U型膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂和氧化钙膨胀剂中的一种或几种；所述的铝粉为鳞片状铝粉，细度为80目-120目。

优选地，所述的铝粉和膨胀剂A的重量比为0.001-0.2∶1-12。

更优选地，所述的铝粉和膨胀剂A的重量比为0.001-0.1∶5-8。

优选地，所述的钢渣为磨细且自然贮存3-6个月以内的转炉钢渣，比表面积400m²-600m²/kg，且MgO含量6-12％。

优选地，所述的水泥为硅酸盐水泥，所述的减水剂选自聚羧酸减水剂、密胺减水剂和萘系减水剂中的一种或几种。其中，所述聚羧酸减水剂是指羧酸类接枝多元共聚物与其它有效助剂的复配产品，例如，上海卡耐尔化工有限公司的PC-466和PC-120、上海三瑞公司的vivid500减水剂。所述密胺类减水剂如苏州市金星混凝土外加剂研究所有限公司的金星1型密胺类高效减水剂。所述萘系减水剂如苏州市金星混凝土外加剂研究所有限公司的JN-2和JN-3减水剂。

优选地，所述的硅酸盐水泥选自P·II型硅酸盐水泥、P·O 42.5型普通硅酸盐水泥和P·O 52.5型普通硅酸盐水泥中的一种或几种。

优选地，其中所述的引气剂选自松香引气剂、三萜皂苷引气剂、十二烷基磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种；所述消泡剂为有机硅消泡剂和磷酸丁酯消泡剂中的一种或两种。

本发明的还提供了一种自密实混凝土的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

a.按照所述的重量份配比称取水泥、粉煤灰、多孔细骨料、非多孔细骨料、粗骨料、吸水树脂、聚合物乳液、膨胀剂、减水剂、水、钢渣、引气剂和消泡剂并加以混合；

b.将步骤a得到的混合物置于搅拌机中均匀搅拌30-300秒，得到所述的自密实混凝土。

本发明还提供了一种本发明自密实混凝土的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

a.按照所述重量份配比称取水泥、粉煤灰、多孔细骨料、非多孔细骨料、粗骨料、吸水树脂、膨胀剂、减水剂、钢渣、消泡剂和引气剂并加以混合，然后置于搅拌机中搅拌15-50秒；

b.向步骤a得到的搅拌产物中加入按照所述重量份配比称取的聚合物乳液和水，继续搅拌30-120秒，得到所述自密实混凝土。

本发明再一方面还提供了本发明所述的自密实混凝土在制备板式无碴轨道板充填层中的应用。

本发明的自密实混凝土用多孔骨料和吸水树脂作为内养护材料，能够有效保持板下充填层混凝土内部的湿度，选用的聚合物乳液在内部破乳成膜，同时堵塞内部的毛细孔道，阻止混凝土内部水分蒸发，在硬化混凝土内部能为MgO和膨胀剂提供产生体积膨胀所需的水分，整体上保证了充填层混凝土的体积稳定性，增强其与轨道板的整体性。因此，本发明所提供自密实混凝土能大幅提高CRTSIII型板式无碴轨道的结构整体性和使用寿命。

具体实施方式

下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地解释本发明，而不应理解为用于以任何形式限制本发明，在本发明保护范围内的等同、替代、变形等都在本发明的保护范围内。

本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。

以下实施例中，使用的U型膨胀剂，硫铝酸钙膨胀剂以及氧化钙膨胀剂均购自北极熊公司；松香引气剂、三萜皂苷引气剂、十二烷基磺酸钠引气剂和十二烷基苯磺酸钠引气剂均购自上海枫杨建材公司；聚羧酸减水剂、密胺减水剂和萘系减水剂购自上海三瑞公司，有机硅消泡剂和磷酸丁酯消泡剂均购自海川科技公司；页岩陶粒、粉煤灰陶粒和粘土陶粒购自天津豹鸣公司；钢渣购自武汉钢铁集团公司，铝粉购自河北辛奥铝粉公司，丙烯酸乳液购自巴斯夫公司，聚丙烯酰胺树脂购自北京康文昌盛商贸公司的分子量为800-1200万的聚丙烯酰胺阴离子树脂。聚丙烯酸钠树脂购自北京德立昌科技发展有限公司，分子量为300-500万。

实施例1

本实施例用于说明本发明的自密实混凝土及其制备方法。

本实施例的自密实混凝土的配方为(以重量份计)：

P·O 42.5水泥100份，粉煤灰20份，细度模数2.4-3.1的河砂150份，5-16mm粒径碎石150份，粒径为0.3-4.75mm的页岩陶粒20份、聚丙烯酰胺树脂0.6份、购自巴斯夫公司的商品型号Acronal 430的丙烯酸乳液5份、磨细钢渣粉比表面积为400m²/kg，MgO含量为10％共20份、氧化钙膨胀剂1份、萘系减水剂1.2份、水60份和细度为100目的铝粉0.005份。

将上述配料称量好后转移至搅拌机中，均匀搅拌30秒。按照目前国家制定的混凝土标准试验方法进行测试，其性能指标数据参见表1。

实施例2

本实施例用于说明本发明的自密实混凝土及其制备方法。

本实施例的自密实混凝土的配方为(以重量份)：

P·O 52.5水泥100份，粉煤灰40份，细度模数2.4-3.1的河砂200份，5-16mm粒径碎石250份，粒径0.3-4.75mm的粉煤灰陶粒120份、聚丙烯酰胺树脂0.1份、购自巴斯夫公司的商品型号为Acronal 400的苯丙乳液40份，磨细钢渣粉比表面积为500m²/kg，MgO含量为10％共5份、U型膨胀剂3份，十二烷基磺酸钠引气剂0.01份、密胺减水剂1.2份、水60份和细度为100目的铝粉0.005份。

将上述配料称量好后转移至搅拌机中，均匀搅拌100秒。按照目前国家制定的混凝土标准试验方法进行测试，其性能指标数据参见表1。

实施例3

本实施例用于说明本发明的自密实混凝土及其制备方法。

本实施例的自密实混凝土的配方为(以重量份计)：

P·II型水泥100份、粉煤灰40份、细度模数为2.7的机制砂250份、5-16mm粒径卵石300份、0.3-4.75mm页岩陶粒50份、聚丙烯酰胺树脂3份、购自巴斯夫公司商品型号为Styrofan 623的丁苯胶乳15份、磨细钢渣粉比表面积为500m²/kg，MgO含量为8％共10份、硫酸铝钙膨胀剂8份、十二烷基苯磺酸钠引气剂0.05份、聚羧酸减水剂1.2份、水50份、有机硅消泡剂0.02份和细度为120目的铝粉0.002份。将上述配料称量好后转移至搅拌机中，均匀搅拌300秒。按照目前国家制定的混凝土标准试验方法进行测试，其性能指标数据参见表1。

实施例4

本实施例用于说明本发明的自密实混凝土及其制备方法。

本实施例的自密实混凝土的配方为(以重量份计)：

P·O 42.5水泥100份，粉煤灰40份，细度模数2.4-3.1的山砂200份，5-16mm粒径碎石250份，粒径0.3-4.75mm的粘土陶粒80份、聚丙烯酰胺树脂1.0份、购自巴斯夫公司，商品型号为Acronal 430的丙烯酸乳液25份，磨细钢渣粉比表面积为450m²/kg，MgO含量为10％共15份、硫铝酸钙膨胀剂12份，三萜皂苷引气剂0.05份，萘系减水剂1.2份，水50份，消泡剂0.01份和细度为100目的铝粉0.01份。将上述配料称量好后转移至搅拌机中，均匀搅拌100秒。按照目前国家制定的混凝土标准试验方法进行测试，其性能指标数据参见表1。

实施例5

本实施例用于说明本发明的自密实混凝土及其制备方法。

本实施例的自密实混凝土的配方为(以重量份计)：

P·O 42.5水泥100份，粉煤灰40份，细度模数2.4-3.1的河砂200份，5-16mm粒径碎石250份，粒径0.3-4.75mm的页岩陶粒100份、聚丙烯酸钠树脂1.0份、购自巴斯夫公司，商品型号为Acronal 430的丙烯酸乳液35份，磨细钢渣粉比表面积为600m²/kg，MgO含量为12％共20份、氧化钙膨胀剂12份，松香引气剂0.05份，萘系减水剂1.2份，水50份，磷酸丁酯消泡剂0.01份和细度为120目的铝粉0.01份。将上述配料中的水泥、粉煤灰、河砂、碎石、氧化钙膨胀剂、松香引气剂、萘系减水剂、磷酸丁酯消泡剂、铝粉称量好后转移至搅拌机中，均匀搅拌30秒，然后加入丙烯酸乳液和水，继续搅拌90秒。按照目前国家制定的混凝土标准试验方法进行测试，其性能指标数据参见表1。

本实施例的自密实混凝土配方与实施例4接近，但由于制备方法不同，其各项性能指标略有不同。总体看，采用本实施例制备方法的自密实混凝土的表现要略好于实施例4。

实施例6

本实施例用于说明本发明的自密实混凝土及其制备方法。

本实施例的自密实混凝土的配方为(以重量份计)：

P·O 42.5水泥100份，粉煤灰100份，细度模数2.4-3.1的山砂200份，5-16mm粒径碎石300份，0.3-4.75mm粒径的页岩陶粒120份、聚丙烯酸钠树脂1.2份、购自巴斯夫公司，商品型号为Acronal 430的丙烯酸乳液40份，磨细钢渣粉比表面积为500m²/kg，MgO含量为10％，共30份、U型膨胀剂12份，十二烷基苯磺酸钠引气剂1份，密胺减水剂2份，水90份，有机硅消泡剂1份和细度为80目的铝粉0.1份。

将上述配料中的水泥、粉煤灰、河砂、碎石、U型膨胀剂、十二烷基苯磺酸钠引气剂、密胺减水剂、有机硅消泡剂、铝粉混合后转移至搅拌机中，均匀搅拌50秒，然后加入丙烯酸乳液和水，继续搅拌120秒。按照目前国家制定的混凝土标准试验方法进行测试，其性能指标数据参见表1。

实施例7

本实施例用于说明本发明的自密实混凝土及其制备方法。

本实施例的自密实混凝土的配方为(以重量份计)：

P·O 42.5水泥100份、粉煤灰100份、细度模数2.4-3.1的河砂50份、5-16m m粒径碎石300份、0.3-4.75mm粒径的页岩陶粒120份、聚丙烯酸钠树脂1.2份、购自巴斯夫公司，商品型号Acronal430的丙烯酸乳液15份、磨细钢渣粉比表面积为500m²/kg，MgO含量为10％共35份、氧化钙膨胀剂10份、十二烷基磺酸钠引气剂0.01份、聚羧酸减水剂0.5份、水50份、有机硅消泡剂0.01份和细度为100目的铝粉0.001份。

将上述配料中的水泥、粉煤灰、河砂、碎石、氧化钙膨胀剂、十二烷基磺酸钠引气剂、聚羧酸减水剂、有机硅消泡剂、铝粉混合后转移至搅拌机中，均匀搅拌15秒，然后加入丙烯酸乳液和水，继续搅拌30秒。按照目前国家制定的混凝土标准试验方法进行测试，其性能指标数据参见表1。

对比例1

本对比例用于说明目前工程普遍应用的自密实混凝土。

本实施例的自密实混凝土的配方为(以重量份计)：

P·O 42.5水泥100份，粉煤灰40份，河砂200份，5-16mm粒径碎石250份，U型膨胀剂30份，聚羧酸减水剂1.5份，水50份，铝粉0.001份。

将上述配料称量好后转移至搅拌机中，均匀搅拌100秒。按照目前国家制定的混凝土标准试验方法进行测试，其性能指标数据参见表1。

表1混凝土性能指标数据表

注：24h竖向膨胀率中“-”表示收缩，干燥收缩值中“-”表示膨胀。

由表1中的数据可知，与对比例1中的普通自密实混凝土相比，本发明所提供的自密实混凝土在密闭空间灌注时能大幅降低其干缩率，在540d(约1.5年)龄期时，本实施例最大干缩为400×10^-6，也小于一般认为56d龄期不超过450×10^-6的要求；实施例6和7的干燥收缩为负，说明此时混凝土相比初始时体积不仅没有收缩，反而还存在微膨胀；另外，本发明所提供的自密实混凝土粘结力最高是对比例的4倍以上，具有更高的粘结性能；其24h膨胀率为正，是处于膨胀状态，能够保证该自密实混凝土与轨道板接触紧密，综合看来，本发明保持了充填层混凝土早期和后期良好的体积稳定性。

尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。

Claims (12)

1.一种自密实混凝土，以重量份计，该自密实混凝土包括水泥100份、粉煤灰20-100份、多孔细骨料20-120份、非多孔细骨料150-250份、粗骨料150-300份、吸水树脂0.1-3份、聚合物乳液5-40份、膨胀剂1-12份、减水剂0.5-3份、水10-90份、钢渣5-50份、引气剂0-2份和消泡剂0-2份；

优选地，以重量份计，所述的自密实混凝土包括水泥100份、粉煤灰40-60份、多孔细骨料50-80份、非多孔细骨料180-220份、粗骨料200-250份、吸水树脂0.6-1.5份、聚合物乳液15-30份、膨胀剂5-8份、减水剂1-2份、水10-90份、钢渣20-35份、引气剂0.01-1份和消泡剂0.01-1份。

2.根据权利要求1所述的自密实混凝土，其中所述的多孔细骨料选自页岩陶粒、粉煤灰陶粒和粘土陶粒中的一种或几种；

优选地，所述的多孔细骨料的粒径为0.3-4.75mm。

3.根据权利要求1或2所述的自密实混凝土，其中所述的聚合物乳液选自丙烯酸乳液、苯丙乳液和丁苯胶乳中的一种或几种。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的自密实混凝土，其中所述的吸水树脂选自聚丙烯酰胺树脂和聚丙烯酸钠树脂中的一种或几种。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的自密实混凝土，其中所述的非多孔细骨料选自河砂、机制砂和山砂中的一种或几种；

优选地，所述的粗骨料选自卵石和碎石中的一种或几种；更优选地，所述的粗骨料选自连续级配卵石；

优选地，所述的非多孔细骨料的细度模数为2.4-3.1；所述的粗骨料的粒径为5-16mm。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的自密实混凝土，其中所述的膨胀剂含有铝粉和膨胀剂A；

优选地，所述的膨胀剂A选自U型膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂和氧化钙膨胀剂中的一种或几种；所述的铝粉为鳞片状铝粉，细度为80-120目；

优选地，所述的铝粉和膨胀剂A的重量比为0.001-0.2∶1-12；更优选地，所述的铝粉和膨胀剂A的重量比为0.001-0.1∶5-8。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的自密实混凝土，其中所述的钢渣为磨细且自然贮存3-6个月的转炉钢渣，比表面积400-600m²/kg，且MgO含量6-12％。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的自密实混凝土，其中所述的水泥为硅酸盐水泥，所述的减水剂选自聚羧酸减水剂、密胺减水剂和萘系减水剂中的一种或几种；

优选地，所述的硅酸盐水泥选自P·II型硅酸盐水泥、P·O 42.5型普通硅酸盐水泥和P·O 52.5型普通硅酸盐水泥中的一种或几种。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的自密实混凝土，其中所述的引气剂选自松香引气剂、三萜皂苷引气剂、十二烷基磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种；所述消泡剂为有机硅消泡剂和磷酸丁酯消泡剂中的一种或两种。

10.根据权利要求1至9中任一项所述自密实混凝土的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

a.按照所述的重量份配比称取水泥、粉煤灰、多孔细骨料、非多孔细骨料、粗骨料、吸水树脂、聚合物乳液、膨胀剂、减水剂、水、钢渣、引气剂和消泡剂并加以混合；

b.将步骤a得到的混合物置于搅拌机中均匀搅拌30-300秒，得到所述的自密实混凝土。

11.根据权利要求1至9中任一项所述自密实混凝土的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

a.按照所述重量份配比称取水泥、粉煤灰、多孔细骨料、非多孔细骨料、粗骨料、吸水树脂、膨胀剂、减水剂、钢渣、消泡剂和引气剂并加以混合，然后置于搅拌机中搅拌15-50秒；

b.向步骤a得到的搅拌产物中加入按照所述重量份配比称取的聚合物乳液和水，继续搅拌30-120秒，得到所述自密实混凝土。

12.权利要求1至9中任一项所述的自密实混凝土在制备板式无碴轨道板充填层中的应用。