CN104003641A - 一种板式无砟轨道自密实混凝土添加剂 - Google Patents

Abstract

一种板式无砟轨道自密实混凝土添加剂，以提高自密实混凝土的抗离析能力，减少混凝土的收缩量，并且最大程度地利用工业废弃物或副产品。由以下重量份的原料组成：固硫灰：100份，粉煤灰：20～50，硅灰：10～30份，矿渣粉：10～20份，减水剂：0.5～1份，三异丙醇胺：0.1～0.5份；按水泥用量重量的10％～25％掺入自密实混凝土中。

Description

一种板式无砟轨道自密实混凝土添加剂

技术领域

本发明涉及板式无砟轨道，特别涉及一种用于CRTSⅢ型板式无砟轨道的自密实混凝土添加剂。

背景技术

近年来，高速铁路在全世界范围内得到了突飞猛进的发展，在中国更是如此，截止至2013年底，中国已经建成运营高速铁路1.1万km，在建高铁1.3万km。在这些的高速铁路中，相当多的线路采用板式无砟轨道结构。目前中国板式无砟轨道主要有三大类，即CRTS(ChinaRailwayTrackSystem)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型，其轨道结构从上都下均为钢轨、扣件、轨道板、充填层(高度调整层)、混凝土底板、路基(桥面)。

其中CRTSⅠ型板式无砟轨道采用低弹性模量的CA砂浆(Cementandemulsifiedasphaltmortar)充填，而CRTSⅡ型采用高弹性模量的CA砂浆充填。CRTSⅢ型板式无砟轨道是中国独立研发的轨道结构型式，“是完全自主创新，能走出国门的高铁技术”，也是目前我国主推的技术之一，该板式无砟轨道采用自密实混凝土充填，而不是CA砂浆。

相比于CA砂浆，自密实混凝土具有施工难度小、成本低、耐水性与耐久性好等优点，但由于自密实混凝土为达到大流态的效果，往往采用较高的水灰比，进而导致易离析、浮浆、分层，且硬化混凝土的干燥收缩比较大，在列车冲击与交变荷载作用下，混凝土易开裂，并与轨道板脱粘、离缝。因此，迫切需开发出一种添加剂，该添加剂可提高自密实混凝土的抗离析能力，且具有一定的微膨胀性能，以减少混凝土的收缩。

而在另外一个领域，循环流化床燃烧技术是一种在燃烧过程中固硫的先进清洁燃煤技术，具有煤种适应性广、燃烧效率高、固硫效率高、负荷调节性能好、固硫成本低等优点。2008年统计我国已有6300万kW装机容量的循环流化床锅炉投入运行，占到全国燃煤锅炉总台数的三分之一，国内在建和将建的循环流化床锅炉数量还在持续增长。固硫灰渣是循环流化床燃烧后排放出的固体废物，一台装机总量为30万kW的流化床锅炉每年产生的固硫灰渣量大约为80万吨，按此估算目前每年排放的固硫灰渣大约1.5亿吨左右，已成为我国最大宗的固体废弃物之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种板式无砟轨道自密实混凝土添加剂，以提高自密实混凝土的抗离析能力，减少混凝土的收缩量，并且最大程度地利用工业废弃物或副产品。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种板式无砟轨道自密实混凝土添加剂，其特征是由以下重量份的原料组成：固硫灰：100份，粉煤灰：20～50，硅灰：10～30份，矿渣粉：10～20份，减水剂：0.5～1份，三异丙醇胺：0.1～0.5份；按水泥用量重量的10％～25％掺入自密实混凝土中。

本发明的有益效果是，可有效防止自密实混凝土的离析、泌水与分层，并防止自密实混凝土的干燥收缩，阻止自密实混凝土层与轨道因收缩而脱粘、离缝以保证自密实混凝土灌注过程有充足的可工作时间。其成分的98％以上为工业废弃物或副产品，最大程度的利用各种资源，具有节能、环保、低碳等优点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

本发明的一种板式无砟轨道自密实混凝土添加剂，其特征是由以下重量份的原料组成：。

固硫灰：100份，

粉煤灰：20～50，

硅灰：10～30份，

矿渣粉：10～20份，

减水剂：0.5～1份，

三异丙醇胺：0.1～0.5份；

按水泥用量重量的10％～25％掺入自密实混凝土中。

所述固硫灰为电厂排放废气中的SO₂、SO₃通过固硫剂脱硫后的副产物，含有固硫产物及过量固硫剂的分解产物等特有组分，主要化学成分为C、SO₃、SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃。

与其他一些混凝土的掺合料相比，循环流化床固硫灰渣在化学成分上SiO2、Al2O3、Fe₂O₃含量大幅下降，而CaO、MgO、SO₃含量大幅上升，同时烧失量较大。此外，固硫灰渣形成温度较低，为900℃左右。这一方面导致其火山灰性质的反应活性下降，一方面导致其膨胀较大(SO₃导致的延迟钙矾石膨胀反应)，缓凝、粘度较大导致需水量较大也成为制约其应用的因素。现阶段产生的固硫灰基本上是采用堆积处理。

而将固硫灰应用于自密实混凝土其优点较为突出。首先是固硫灰粉体的粘度较大，可充当无机的增稠剂，可有效防止自密实混凝土的离析、泌水与分层；其次是其膨胀较大，可有效的防止自密实混凝土的干燥收缩，阻止自密实混凝土层与轨道因收缩而脱粘、离缝；另外，其缓凝效果较好，可保证自密实混凝土有充足的可工作时间；最后，由于固硫灰已成为我国最大宗的固体废弃物之一，其利用不仅有较高的经济与环境价值，其中的科学价值也十分明显。

本发明的自密实混凝土添加剂中掺入有一定量的Ⅰ级粉煤灰，粉煤灰主要成分为高温瞬冷的玻璃化微珠，具有滚轴、润滑作用，可有效减少混凝土用水量，进而降低混凝土的干燥收缩，同时其火山灰效应、密实填充效应可降低混凝土渗透系数，改善混凝土耐久性，抑制碱骨料反应等的产生。所述粉煤灰可采用由电厂从烟道气体中收集的细灰，其品质应达到Ⅰ级。

本发明的自密实混凝土添加剂中掺入有一定量的硅灰，利用硅灰的大比表面积、高反应活性等优点，可有效防止自密实混凝土因过度缓凝而导致早期强度较低，加快现场的模具周转速度与施工速度。所述硅灰可采用铁合金厂在冶炼硅铁和工业硅、金属硅过程中，由热电炉内产生的大量挥发性SiO₂和Si气体经氧化、冷凝、沉淀后的产物，其表面积应≥20000m2/kg，活性指数应≥110％。

本发明的自密实混凝土添加剂中掺入有一定量的矿渣粉，矿渣粉可有效增加自密实混凝土中粉体的含量，以使混凝土达到自密实、不离析的效果，此外其火山灰效应可改善混凝土的耐久性。所述矿渣粉可采用高炉炼铁过程中，由矿石中的脉石、燃料中的灰分和助熔剂(石灰石)等炉料中的非挥发组分形成的废物，其表面积应≥350m2/kg，活性指数应≥100％。

本发明的自密实混凝土添加剂中掺入有的减水剂，可防止添加剂因粘度过大导致混凝土需水量增大的问题，减少混凝土的干燥收缩。所述减水剂采用固体的萘系、蜜胺系或聚羧酸系减水剂，其减水率应≥20％。

本发明的自密实混凝土添加剂中掺入有一定量的三异丙醇胺，三异丙醇胺为混凝土早强剂，和硫酸盐、氯盐类早强剂相比，三异丙醇胺具有与外加剂适应好、早强性能稳定、不影响凝结时间、不影响耐久性等优点，可有效防止添加剂因过度缓凝导致早期强度较低的问题，并可提高混凝土的耐久性。所述三异丙醇胺为固体状态，纯度为工业级，细度需≤10μm。

实施例1：

本实施例的自密实混凝土添加剂重量份的原料组成：

固硫灰100份

粉煤灰50份

硅灰30份

矿渣粉10份

减水剂0.5份

三异丙醇胺0.2份。

按水泥用量重量的10％掺入自密实混凝土中。与其他原材料拌合后得到的新拌自密实混凝土性能指标为：坍落度筒扩展至500mm所需时间4s，扩展度为650mm，J形环高差为15mm，L仪时间为9s，L仪两侧高度比为0.91；硬化混凝土性能指标为：3d抗压强度16.0MPa，28d抗压强度46.0MPa，56d电通量820库伦，抗冻融循环次数320次，56d干燥收缩值280×10^-6。所配置的自密实混凝土满足板式无砟轨道的要求。

实施例2：

本实施例的自密实混凝土添加剂重量份的原料组成：

固硫灰100份

粉煤灰20份

硅灰10份

矿渣粉20份

减水剂1份

三异丙醇胺0.1份。

按水泥用量重量的25％掺入自密实混凝土中。与其他原材料拌合后得到的新拌自密实混凝土性能指标为：坍落度筒扩展至500mm所需时间5s，扩展度为680mm，J形环高差为18mm，L形仪时间为8s，L仪两侧高度比为0.91；硬化混凝土性能指标为：3d抗压强度15.4MPa，28d抗压强度45.8MPa，56d电通量920库伦，抗冻融循环次数300次，56d干燥收缩值360×10^-6。所配置的自密实混凝土满足板式无砟轨道的要求。

实施例3：

本实施例的自密实混凝土添加剂重量份的原料组成：

固硫灰100份

粉煤灰20份

硅灰20份

矿渣粉15份

减水剂0.8份

三异丙醇胺0.5份。

按水泥用量重量的18％掺入自密实混凝土中。与其他原材料拌合后得到的新拌自密实混凝土性能指标为：坍落度筒扩展至500mm所需时间5s，扩展度为710mm，J形环高差为15mm，L形仪时间为8s，L仪两侧高度比为0.92；硬化混凝土性能指标为：3d抗压强度17.8MPa，28d抗压强度47.4MPa，56d电通量840库伦，抗冻融循环次数300次，56d干燥收缩值340×10^-6。所配置的自密实混凝土满足板式无砟轨道的要求。

Claims (7)

1.一种板式无砟轨道自密实混凝土添加剂，其特征是由以下重量份的原料组成：。

固硫灰：100份，

粉煤灰：20～50，

硅灰：10～30份，

矿渣粉：10～20份，

减水剂：0.5～1份，

三异丙醇胺：0.1～0.5份；

按水泥用量重量的10％～25％掺入自密实混凝土中。

2.如权利要求1所述的一种板式无砟轨道自密实混凝土添加剂，其特征是：所述固硫灰为电厂排放废气中的SO₂、SO₃通过固硫剂脱硫后的副产物，含有固硫产物及过量固硫剂的分解产物等特有组分，主要化学成分为C、SO₃、SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃。

3.如权利要求1所述的一种板式无砟轨道自密实混凝土添加剂，其特征是：所述粉煤灰为电厂从烟道气体中收集的细灰，其品质为Ⅰ级。

4.如权利要求1所述的一种板式无砟轨道自密实混凝土添加剂，其特征是：所述硅灰为铁合金厂在冶炼硅铁和工业硅、金属硅过程中，由热电炉内产生的大量挥发性SiO₂和Si气体经氧化、冷凝、沉淀后的产物，其表面积应≥20000m²/kg，活性指数应≥110％。

5.如权利要求1所述的一种板式无砟轨道自密实混凝土添加剂，其特征是：所述矿渣粉为高炉炼铁过程中，由矿石中的脉石、燃料中的灰分和助熔剂(石灰石)等炉料中的非挥发组分形成的废物，其表面积应≥350m²/kg，活性指数应≥100％。

6.如权利要求1所述的一种板式无砟轨道自密实混凝土添加剂，其特征是：所述减水剂为固体的萘系、蜜胺系或聚羧酸系减水剂，其减水率应≥20％。

7.如权利要求1所述的一种板式无砟轨道自密实混凝土添加剂，其特征是：所述三异丙醇胺为固体状态，纯度为工业级，细度需≤10μm。