CN104030638A - 一种板式无砟轨道用橡胶弹性自密实混凝土 - Google Patents
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Abstract
一种板式无砟轨道用橡胶弹性自密实混凝土，以显著提高自密实混凝土抗压强度，并使之具有良好的吸振、减振能力，可用于CRTSⅢ型板式无砟轨道结构中轨道板与底板间的填充物，也可用于道岔结构中道岔板与底板间的填充物。各组分所占重量份为：水泥：100份，橡胶粉：4～10，矿物掺合料：30～60份，细骨料：250～300份，粗骨料：250～300，玄武岩纤维1～2，膨胀剂：5～15份，减水剂：1.0～2.0份，流变助剂：0.01～0.05份，消泡剂：0.001份，水：40～60份；其中，橡胶颗粒细度为30～50目，表面预先用聚乙烯醇和硅烷偶联剂进行处理。
Description
技术领域
本发明涉及板式无砟轨道，特别涉及一种用于CRTSⅢ型板式无砟轨道的橡胶弹性自密实混凝土，可用于轨道板与底板间的填充物，也可用于道岔结构中道岔板与底板间的填充物。
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，在这类型的轨道结构中，轨道板高度已经确定，而底板高度在施工中误差不可避免，由于高速铁路需要有极高的平顺性，因此设计有充填层，用于后期的调平及消除误差。同时高速列车的振动对轨道板有较大冲击荷载，因此要求该充填层具有较高抗冲击能力与吸振能力。
目前中国板式无砟轨道主要有三大类，即CRTS(China Railway TrackSystem)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(Cement and emulsified asphaltmortar)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。
采用CA砂浆作为填充材料的不足之一是施工难度较大，同时施工作业质量对填充层的质量带来严重影响。CRTSⅠ型CA砂浆采用袋注法施工，施工时需铺设灌注袋，施工完毕后需将灌注袋袋口切除，此外砂浆灌注需采用特殊机具，灌注速度对砂浆质量产生严重影响。CRTSⅡ型CA砂浆采用模腔注入法施工，施工前需将轨道板四周进行封边，并保留排气孔，且需对底板进行喷雾预湿，灌注时需严格控制灌注速度，灌注完毕后需将封边拆除。另外两种CA砂浆均需采用特殊搅拌机械经特定搅拌工艺拌制而成，流程复杂，质量极难以控制。
采用CA砂浆作为填充材料的另一不足是成本太高。CA砂浆的材料成本为普通混凝土的10倍左右，达4000元/方，每台CA砂浆专用搅拌车售价不菲，达300～500万元/台，施工时需采用专门机具，需配备电机、搅拌机等工装，且施工速度较慢(施工速度仅每个作业面300米/天)，人工成本较高(一个作业面需30人左右)，单线的材料与施工成本加起来达200万/公里，从而使得采用CA砂浆成本较高。
此外，现场的应用结果表明，CA砂浆仍存在相当程度的耐久性问题，其中水损害是决定性的因素之一，CA砂浆耐水性较差，软化系数仅为0.5左右。而普通自密实混凝土尽管耐水性较好，但易离析、浮浆、分层，且减振性能与抗冲击性能较差，在列车冲击与交变荷载作用下，硬化后的混凝土易碎裂，并与轨道板脱粘、离缝。因此，迫切需要开发具有减振功能的高抗冲击型自密实混凝土以用于CRTSⅢ型板式无砟轨道。
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用橡胶弹性自密实混凝土，以显著提高自密实混凝土抗压强度，并使之具有良好的吸振、减振能力，可用于CRTSⅢ型板式无砟轨道结构中轨道板与底板间的填充物，也可用于道岔结构中道岔板与底板间的填充物。
本发明解决该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用橡胶弹性自密实混凝土，其特征在于各组分所占重量份为：水泥：100份，橡胶粉：4～10，矿物掺合料：30～60份，细骨料：250～300份，粗骨料：250～300，玄武岩纤维1～2，膨胀剂：5～15份，减水剂：1.0～2.0份，流变助剂：0.01～0.05份，消泡剂：0.001份，水：40～60份；其中，橡胶颗粒细度为30～50目，表面预先用聚乙烯醇和硅烷偶联剂进行处理。
本发明的有益效果是，通过添加表面用PVA和硅烷偶联剂进行处理的橡胶颗粒，可显著提高自密实混凝土的抗压强度，使得混凝土弹性增加的同时抗压强度并没有明显降低，且分布于自密实混凝土中的橡胶颗粒充当了一个个吸能单元，实现了吸能作用，使自密实混凝土反复加载至破坏循环多次都不会完全破碎，抗冲击能力、能量吸收能力等比普通混凝土高，极限拉、压应变远远大于普通混凝土，且使自密实混凝土具有具有良好的吸振、减振能力。
具体实施方式：
以下结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容不仅仅限于以下实施例。
一种板式无砟轨道用橡胶弹性自密实混凝土，其特征是由以下重量份的原料组成：
水泥：100份，
橡胶颗粒：2～10，
矿物掺合料：30～60份，
细骨料：250～300份，
粗骨料：250～300，
玄武岩纤维1～2，
膨胀剂：5～15份，
减水剂：1.0～2.0份，
流变助剂：0.01～0.05份，
消泡剂：0.001份，
水：40～60份；
其中，橡胶颗粒细度为30～50目，表面预先用聚乙烯醇和硅烷偶联剂进行处理。
本发明通过添加表面用PVA和硅烷偶联剂进行处理的橡胶颗粒，可显著提高自密实混凝土的抗压强度，使得混凝土弹性增加的同时抗压强度并没有明显降低，且分布于自密实混凝土中的橡胶颗粒充当了一个个吸能单元，实现了吸能作用，使自密实混凝土反复加载至破坏循环多次都不会完全破碎，抗冲击能力、能量吸收能力等比普通混凝土高，极限拉、压应变远远大于普通混凝土，且使自密实混凝土具有具有良好的吸振、减振能力。
所述水泥为市售低碱硅酸盐水泥，其28d强度应大于42.5MPa，其碱含量应小于0.6％，氯离子含量应小于0.06％。
本发明采用矿物掺合料技术，如粉煤灰、硅灰、偏高岭土、矿渣粉、脱硫石膏等，利用矿物掺合料的微集料效应、活性效应与形态效应，有效改善界面过渡区，提高混凝土的体积稳定性与抗裂性，抑制碱-集料反应以及钢筋锈蚀，提高混凝土的耐久性。所述矿物掺合料主要组成为粉煤灰、磨细矿渣、硅灰或石灰石粉等。
本发明通过优化粗、细骨料的颗粒级配，特别通过控制骨料中粒径为10～20mm石子含量，提高混凝土自密实与钢筋透过性能，同时使颗粒间达到最大密实堆积，提高了混凝土的体积稳定性，减小混凝土的收缩开裂。具体而言，所述细骨料为河沙或机制砂，其细度模数为2.5～4.0，所述粗骨料为粒径不大于20mm的石灰岩、玄武岩骨料，其中粒径10～20mm部分不得少于20％。
本发明的组分中掺入玄武岩纤维以改善混凝土抗裂性，所述玄武岩纤维长度为10～30mm，直径为30～40μm。玄武岩纤维相比于聚丙烯类的有机纤维，具有耐老化性、耐高温等优点。掺入纤维可提高新拌混凝土的抗离析能力，改善混凝土抗裂性。研究表明混凝土早期微裂纹在后期往往能发展为大裂缝，纤维的掺入可以有效防止微裂纹的发生；提高混凝土抗冲击能力，纤维所形成的网络结构，可有效实现力的传递与重新分布。
本发明采用新型膨胀剂，并在膨胀剂中掺入一定细度的铝粉，通过合理控制铝粉细度与含量，可有效降低混凝土的早期收缩开裂，提高混凝土在模腔中的饱满程度，并达到补偿收缩目的。具体而言，所述膨胀剂为市售硫铝酸钙系列膨胀剂或氧化钙、氧化镁系列膨胀剂，其中掺入0.0001～0.0004重量份鳞片状铝粉，铝粉细度不小于150目。
本发明采用缓释型聚羧酸减水剂，该减水剂中的缓凝组分可缓慢释放，可保证混凝土扩展度在2小时基本没有损失，以使混凝土有足够的可工作时间，同时又不会影响混凝土的1天强度，以保证正常的拆模。缓释型聚羧酸减水剂的减水率≥30％，固含量≥25％。
所述流变助剂，其主要成分为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素醚、羧乙基纤维素、水性聚氨酯乳液，固含量55％。通过调整羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素醚、水性聚氨酯乳液的相对含量，可对浆体的屈服剪切力、粘度、假塑时间等进行调节，进而实现了混凝土在大流态下兼具有良好的抗离析性能，有效防止了新拌自密实混凝土的浮浆、分层等问题。
所述消泡剂有机硅类消泡剂，其主要成分为聚醚-硅氧烷共聚物。该消泡剂可在强碱性环境下仍具有较高消泡能力，可有效降低新拌自密实混凝土表面的浮泡，并可自密实混凝土搅拌、泵送过程中所引入气泡的含量。
实施例1：
本实施例的一种板式无砟轨道用橡胶弹性自密实混凝土各组分的重量份为：
水泥100份
橡胶颗粒8份
粉煤灰45份
细骨料300份
粗骨料300份
玄武岩纤维2份
膨胀剂7份
减水剂1.2份
流变助剂0.02份
消泡剂0.001份
水60份
新拌混凝土性能指标为：坍落度筒扩展至500mm所需时间3s，扩展度为700mm，J环高差为12mm，L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18.0MPa，28d抗压强度47.0MPa，纤维增强混凝土的性能测试(ACI-544)抗冲击次数2235次，56d电通量720库伦，抗冻融循环次数300次，56d干燥收缩值350×10-6。符合CRTSⅢ型板式无砟轨道对自密实混凝土性能的要求。
实施例2：
本实施例的一种板式无砟轨道用橡胶弹性自密实混凝土各组分的重量份为：
水泥100份
橡胶颗粒6份
粉煤灰45份
细骨料300份
粗骨料300份
玄武岩纤维2份
膨胀剂10份
减水剂1.4份
流变助剂0.02份
消泡剂0.001份
水55份。
新拌混凝土性能指标为：坍落度筒扩展至500mm所需时间3.5s，扩展度为680mm，J形环高差为15mm，L形仪时间为7s，“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20MPa，28d抗压强度48.2MPa，纤维增强混凝土的性能测试(ACI-544)抗冲击次数2870次，56d电通量750库伦，抗冻融循环次数300次，56d干燥收缩值320×10-6。符合CRTSⅢ型板式无砟轨道对自密实混凝土性能的要求。
实施例3：
本实施例的一种板式无砟轨道用橡胶弹性自密实混凝土各组分的重量份为：
水泥100份
橡胶颗粒5份
粉煤灰50份
细骨料300份
粗骨料300份
玄武岩纤维2份
膨胀剂10份
减水剂1.7份
流变助剂0.01份
消泡剂0.001份
水50份。
新拌混凝土性能指标为：坍落度筒扩展至500mm所需时间4.5s，扩展度为710mm，J形环高差为15mm，L形仪时间为9s，“L”仪两侧高度比为0.93；硬化混凝土性能指标为：3d抗压强度18.9MPa，28d抗压强度49.6MPa，纤维增强混凝土的性能测试(ACI-544)抗冲击次数2160次，56d电通量860库伦，抗冻融循环次数300次，56d干燥收缩值380×10-6。符合CRTSⅢ型板式无砟轨道对自密实混凝土性能的要求。
Claims (10)
1.一种板式无砟轨道用橡胶弹性自密实混凝土，其特征是由以下重量份的原料组成：
水泥：100份，
橡胶颗粒：2～10，
矿物掺合料：30～60份，
细骨料：250～300份，
粗骨料：250～300，
玄武岩纤维1～2，
膨胀剂：5～15份，
减水剂：1.0～2.0份，
流变助剂：0.01～0.05份，
消泡剂：0.001份，
水：40～60份；
其中，橡胶颗粒细度为30～50目，表面预先用聚乙烯醇和硅烷偶联剂进行处理。
2.如权利要求1所述的一种板式无砟轨道用橡胶弹性自密实混凝土，其特征是：所述水泥为市售低碱硅酸盐水泥，其28d强度应大于42.5MPa，其碱含量应小于0.6％，氯离子含量应小于0.06％。
3.如权利要求1所述的一种板式无砟轨道用橡胶弹性自密实混凝土，其特征是：所述矿物掺合料主要组成为粉煤灰、磨细矿渣、硅灰或石灰石粉。
4.如权利要求1所述的一种板式无砟轨道用橡胶弹性自密实混凝土，其特征是：所述细骨料为河沙或机制砂，其细度模数为2.5～4.0。
5.如权利要求1所述的一种板式无砟轨道用橡胶弹性自密实混凝土，其特征是：所述粗骨料为粒径不大于20mm的石灰岩、玄武岩骨料，其中粒径10～20mm部分不得少于20％。
6.如权利要求1所述的一种板式无砟轨道用橡胶弹性自密实混凝土，其特征是：所述玄武岩纤维长度为10～30mm，直径为30～40μm。
7.如权利要求1所述的一种板式无砟轨道用橡胶弹性自密实混凝土，其特征是：所述膨胀剂为市售硫铝酸钙系列膨胀剂或氧化钙、氧化镁系列膨胀剂，其中掺入0.0001～0.0004重量份鳞片状铝粉，铝粉细度不小于150目。
8.如权利要求1所述的一种板式无砟轨道用橡胶弹性自密实混凝土，其特征是：所述减水剂为缓释型聚羧酸减水剂，其减水率≥30％，固含量≥25％。
9.如权利要求1所述的一种板式无砟轨道用橡胶弹性自密实混凝土，其特征是：所述流变助剂，其主要成分为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素醚、羧乙基纤维素、水性聚氨酯乳液固含量55％。
10.如权利要求1所述的一种板式无砟轨道用橡胶弹性自密实混凝土，其特征是：所述消泡剂有机硅类消泡剂，其主要成分为聚醚-硅氧烷共聚物。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140910 |