CN104402337B - 一种板式无砟轨道自密实混凝土用干粉砂浆的制备与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种板式无砟轨道自密实混凝土用干粉砂浆的制备与应用，该干粉砂浆由水泥、矿物掺和料、细骨料、减水保坍组分、膨胀组分、黏度调节组分、纤维等按一定比例混合而成，各组分所占重量分数为：水泥100份，矿物掺和料50‑120份，细骨料150‑400份，减水保坍组分0.2‑3份，膨胀组分5‑20份，黏度调节组分1‑10份，纤维0‑0.5份。本发明还提供了所述干粉砂浆的制备和应用：在工厂采用高速混料机混合而成，采用散装车或袋装汽车运输，在施工现场按比例称取干粉砂浆、粗骨料和水后搅拌均匀即可。本发明可大幅降低自密实混凝土对原材料品质波动的敏感性，显著减少自密实混凝土损耗，适用于高速铁路板式无砟轨道，也可应用于桥梁、民用建筑及修补加固领域。
Description
技术领域：
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种高稳健、低损耗、绿色环保的板式无砟轨道自密实混凝土用干粉砂浆的制备与应用，适用于高速铁路板式无砟轨道封闭模腔结构以及其他结构。
背景技术：
以混凝土材料自身智能动力实现结构的自充填和自密实功能是利用材料性能来解决由施工因素而引起结构耐久性问题的重大技术革命。作为智能动力混凝土的典型代表——自密实混凝土因其高可施工性、技术经济性以及环境友好性被应用于具有我国自主知识产权的CRTSIII型板式无砟轨道结构中。自密实混凝土在高速铁路中的应用，始于京津城际亦庄车站道岔区充填层，推广于京沪高速铁路路基段道岔区充填层，规模应用于CRTS III型板式无砟轨道工程。与正常振捣混凝土相比，自密实混凝土高粉体用量、低水胶比、低骨料用量的配合比特征以及自密实混凝土高流动性决定了自密实混凝土主要性能特点为敏感性，具体表现为原材料敏感性、温度敏感性、施工敏感性以及时间敏感性。铁路条状结构分布与混凝土用原材料就地取材之间的矛盾，加剧了CRTS III型板式无砟轨道自密实混凝土对原材料的依赖性，造成了自密实混凝土施工过程损耗过大。
为降低高速铁路CRTS III型板式无砟轨道施工过程的损耗，从自密实混凝土制备、施工控制、施工组织等方面开展了相关试验。基于解决现场施工问题，有些学者提出采用干混自密实混凝土的方式，如《一种干混自密实混凝土及其制备方法和应用》(01210393043.1)专利中提到采用干混自密实混凝土，该自密实混凝土配合比用水泥中没有掺加粉煤灰、矿渣粉等矿物掺和料，外加剂中只提及聚羧酸减水剂，没有膨胀组分、调凝组分、黏度调节组分等，此自密实混凝土可能会存在收缩大、水化热高、技术经济性差等问题。《一种密闭空间充填自密实混凝土及其制备方法和应用》ZL201110358707.6中提及的自密实混凝土矿物掺和料只有粉煤灰，且没有技术要求；没有增稠剂或者流平剂，自密实混凝土中的气泡很难稳定；添加了5-50份丙烯酸乳液、苯丙乳液、SBR乳液的一种或多种，这样虽然提高了自密实混凝土的黏结强度，但会降低自密实混凝土的弹性模量，致使自密实混凝土的弹性模量无法满足设计要求。《一种铁路板式无砟轨道用自密实混凝土拌合物》(201110347836.5)提及一种添加2-10份橡胶粉的自密实混凝土，橡胶颗粒的添加会降低自密实混凝土的强度，该专利实例中28d抗压强度仅为41MPa，细骨料的细度模数2.5-4.0。按照《建设用砂》标准，粗砂的细度模数为3.7-3.1，并不存在3.1以上模数的细骨料。《用于高速铁路III型板式无砟轨道的自密实混凝土及其制备方法》(201110229430.7)提及一种自密实混凝土配合比包括普通P·O42.5硅酸盐水泥100份、膨胀剂11份、粉煤灰38.5份、矿粉20.5份、细度模数2.4-2.8的砂261-277份、粒径5-10mm的石子235-251份、膨胀剂11份、增稠剂0.04份、水56-60份、减缩剂1.3份、减水剂2.3份、保坍剂0.37，对原材料没有给出要求。道岔区自密实混凝土相关专利有《无砟轨轨道岔自密实混凝土》(201010101400.3)提及的一种自密实混凝土，矿物掺和料仅包括S95矿渣粉、细骨料为细度模数2.5-3.0的河砂、膨胀剂为铝粉类膨胀剂、粗骨料为5-10mm连续级配碎石。《一种用于高速铁路道床板底座的自密实混凝土》(20110032789.5)提及一种自密实混凝土配合比，细骨料为细度模数2.6-3.0的天然河砂；《用于高速铁路岔区板式无砟轨道充填层自密实混凝土》(201110294234.8)提及一种自密实混凝土配合比，矿物掺和料仅为I级粉煤灰，添加了抗裂剂，没有添加功能性外加剂。在相关文献的研究中，干拌自密实混凝土采用525RII型硅酸盐水泥、矿物掺和料为地开石粉、细骨料为莫氏硬度8.5度的石英砂、碎石采用5-16mm石灰石质碎石，水泥采用425普通硅酸盐水泥，矿物掺和料掺加了地开石粉，受资源分布的有效性，石英砂的应用也有限，因此，该研究使用价值较低。目前无砟轨道用自密实混凝土专利都是基于传统混凝土生产的方式，没有从本质上解决自密实混凝土对原材料品质波动的敏感性问题，尤其是骨料含水率的波动对自密实混凝土拌合物性能的影响。
发明内容：
本发明基于板式无砟轨道自密实混凝土施工过程损耗大、拌合物工作性能不可控等问题，创造性地采用自密实混凝土干粉砂浆现场添加骨料和水的措施解决了自密实混凝土对原材料品质波动，尤其是对细骨料含水率的敏感性问题。
本发明的技术方案：一种板式无砟轨道自密实混凝土用干粉砂浆的制备与应用，其特征在于其由水泥、矿物掺和料、细骨料、减水保坍组分、膨胀组分、黏度调节组分、纤维等混合而成。所述细骨料为含水率小于1％、细度模数小于2.7的河砂、人工砂的一种或两种混合物。所述干粉砂浆各组分所占重量分数为：
水泥 100份
矿物掺和料 50-120份
细骨料 150-400份
减水保坍组分 0.2-3份
膨胀组分 5-20份
黏度调节组分 1-10份
纤维 0-0.5份
所述自密实混凝土用干粉砂浆的制备是采用机械搅拌工艺在工厂进行强力搅拌混合而成，可以用散装车或袋装运输。该干粉砂浆的应用，是在搅拌站或者施工现场按比例添加粗骨料和水，采用强制式搅拌机制备成自密实混凝土混合料。
所述水泥为普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、超细水泥的一种或两种以上组合物，超细水泥的比表面积不小于500m2/kg。
所述矿物掺和料为比表面积大于400m2/kg的磨细矿渣粉、以微米级颗粒为载体进行分散后的改性硅灰、I级粉煤灰或粉煤灰漂珠、煅烧温度500-700℃且比表面积大于700m2/kg的偏高岭土、比表面积大于350m2/kg石灰石粉、花岗岩石粉、磨细石英砂粉的一种或两种以上组合物。
所述减水保坍组分为减水率大于20％、保坍能力大于150min的聚羧酸系或萘系高性能减水剂。
所述膨胀组分为塑性阶段膨胀组分和硬化阶段膨胀组分的混合物，塑性阶段膨胀组分为细度大于200目的鳞片状铝粉和细度大于150目的颗粒状铝粉的一种或两种混合物，硬化阶段膨胀组分为硫铝酸盐膨胀剂、氧化钙膨胀剂、氧化镁膨胀剂的一种或两种以上混合物。
所述黏度改性组分为无机纳米颗粒增稠组分与有机黏度调节组分的复合物，无机纳米增稠组分为有机膨润土、表面浸渍硅微粉、沸石粉的一种或两种以上组合物，有机黏度调节组分为改性淀粉、生物胶、聚醋酸乙烯可再分散胶粉、甲基纤维素醚、聚酰胺高分子吸水树脂的一种或两种以上混合物。
所述纤维为聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维的一种或两种以上混合物。
所述的一种板式无砟轨道自密实混凝土用干粉砂浆的制备方法是在工厂按比例分别称取组成材料，然后采用高速搅拌机混合而成，可采用散装车或袋装汽车运输。
所述的一种板式无砟轨道自密实混凝土用干粉砂浆的应用方法是在搅拌站或施工现场按比例称取干粉砂浆、粗骨料和水，采用强制式搅拌机搅拌均匀即可。
本发明的机理：利用自密实混凝土用干粉砂浆的创新形式解决了自密实混凝土对骨料含水率的敏感性，提升了自密实混凝土的稳健性。利用多元胶凝组分设计、不同颗粒粒度优化、气泡细化技术、稳泡技术来提高板式无砟轨道自密实混凝土灌注质量，减少表面浮浆层、消灭表面泡沫层，从而降低由自密实混凝土不稳定现场揭板而造成的自密实混凝土损耗。
本发明的优点：(1)提升自密实混凝土的稳健性，降低了由于骨料含水率波动而引起自密实混凝土工作性能偏离现场灌注要求；(2)制造工艺简单，可以现场搅拌，拓展了自密实混凝土的适用范围；(3)自密实混凝土用干粉采用散装车或袋装汽车运输，实现了自密实混凝土绿色环保施工。
利用本发明制备的自密实混凝土可达到如下技术指标：
(1)配合比稳健性：每方自密实混凝土中多添加12kg水，自密实混凝土能够满足灌注要求。
(2)拌合物工作性能：水平流动距离达到7m以上，混凝土不发生离析泌水，能够满足CRTS III型板式无砟轨道、CRTS II型板式无砟轨道道岔区的灌注，揭板后实体质量能够满足无砟轨道设计要求。
(3)体积稳定性：自密实混凝土竖向收缩小于0.8％，56d干燥收缩值小于380×10-6。
具体实施方式：
实施例详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
干粉砂浆的各原料按下列比例称量：
普通水泥：100份
粉煤灰：60份
磨细矿渣粉：40份
细骨料：320份
减水保坍组分：3份
膨胀组分：10份
黏度调节组分：10份
纤维：0.4份
首先将按配合比称取的各组成材料放入高速混料机中高速搅拌8min，然后采用散装车或吨袋进行包装，运输至施工现场。在施工现场，再按比例称取干粉砂浆倒入到搅拌机中，再称取干粉砂浆质量25％的5-16mm连续级配碎石倒入搅拌机中，进行干混1分钟；称取干粉砂浆0.12％的水，在干粉砂浆和骨料搅拌的同时将水加入到搅拌机中，再进行搅拌，直到将自密实混凝土搅拌均匀，搅拌时间不少于3min。
所得自密实混凝土的性能为：用水量敏感度14kg/m3，在铺有土工布的硬化混凝土基体上水平流动7.8m未出现离析泌水现象。自密实混凝土拌合物性能、力学性能、耐久性能以及体积稳定能满足《CRTS III型板式无砟轨道自密实混凝土暂行技术条件》。
实施例2
干粉砂浆的各原料按下列比例称量：
超细水泥：100份
粉煤灰：100份
改性硅灰：10份
细骨料：350份
减水保坍组分：1.2份
膨胀组分：15份
黏度调节组分：6份
纤维：0.2份
首先将按配合比称取的各组成材料放入高速混料机中高速搅拌8min，然后采用散装车或吨袋进行包装，运输至施工现场。在施工现场，再按比例称取干粉砂浆倒入到搅拌机中，再称取干粉砂浆质量25％的5-16mm连续级配碎石倒入搅拌机中，进行干混1分钟；称取干粉砂浆0.12％的水，在干粉砂浆和骨料搅拌的同时将水加入到搅拌机中，再进行搅拌，直到将自密实混凝土搅拌均匀，搅拌时间不少于3min。
所得自密实混凝土的性能为：用水量敏感度15kg/m3，在铺有土工布的硬化混凝土基体上水平流动7.8m未出现离析泌水现象。自密实混凝土拌合物性能、力学性能、耐久性能以及体积稳定能满足《CRTS III型板式无砟轨道自密实混凝土暂行技术条件》。
实施例3
干粉砂浆的各原料按下列比例称量：
普通硅酸盐水泥：100份
粉煤灰：100份
偏高岭土：15份
细骨料：400份
减水保坍组分：0.3份
膨胀组分：6份
黏度调节组分：2份
首先将按配合比称取的各组成材料放入高速混料机中高速搅拌8min，然后采用散装车或吨袋进行包装，运输至施工现场。在施工现场，再按比例称取干粉砂浆倒入到搅拌机中，再称取干粉砂浆质量25％的5-16mm连续级配碎石倒入搅拌机中，进行干混1分钟；称取干粉砂浆0.12％的水，在干粉砂浆和骨料搅拌的同时将水加入到搅拌机中，再进行搅拌，直到将自密实混凝土搅拌均匀，搅拌时间不少于3min。
所得自密实混凝土的性能为：用水量敏感度16kg/m3，在铺有土工布的硬化混凝土基体上水平流动8.2m未出现离析泌水现象。自密实混凝土拌合物性能、力学性能、耐久性能以及体积稳定能满足《CRTS III型板式无砟轨道自密实混凝土暂行技术条件》。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种板式无砟轨道自密实混凝土用干粉砂浆的制备与应用，其特征在于其由水泥、矿物掺和料、细骨料、减水保坍组分、膨胀组分、黏度调节组分、纤维等按一定比例混合而成。所述细骨料为含水率小于1％、细度模数小于2.7的河砂、人工砂的一种或两种混合物。所述黏度调节组分为无机纳米颗粒增稠组分与有机黏度调节组分的复合物，无机纳米增稠组分为有机膨润土、表面浸渍硅微粉、沸石粉的一种或两种以上组合物，有机黏度调节组分为改性淀粉、生物胶、聚醋酸乙烯可再分散胶粉、甲基纤维素醚、聚酰胺高分子吸水树脂的一种或两种以上混合物。所述干粉砂浆各组分所占重量分数为：
水泥100份
矿物掺和料50-120份
细骨料150-400份
减水保坍组分0.2-3份
膨胀组分5-20份
黏度调节组分1-10份
纤维0-0.5份
所述自密实混凝土用干粉砂浆的制备是采用机械搅拌工艺在工厂进行强力搅拌混合而成，可以用散装车或袋装运输，该干粉砂浆的应用，是在搅拌站或者施工现场按比例添加粗骨料和水，采用强制式搅拌机制备成自密实混凝土混合料。
2.根据权利要求1所述的一种板式无砟轨道自密实混凝土用干粉砂浆，其特征在于：所述水泥为普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、超细水泥的一种或两种以上组合物，超细水泥的比表面积不小于500m2/kg。
3.根据权利要求1所述的一种板式无砟轨道自密实混凝土用于粉砂浆，其特征在于：所述矿物掺和料为比表面积大于400m2/kg的磨细矿渣粉、以微米级颗粒为载体进行分散后的改性硅灰、I级粉煤灰或粉煤灰漂珠、煅烧温度500-700℃且比表面积大于700m2/kg的偏高岭土、比表面积大于350m2/kg石灰石粉、花岗岩石粉、磨细石英砂粉的一种或两种以上组合物。
4.根据权利要求1所述的一种板式无砟轨道自密实混凝土用干粉砂浆，其特征在于：所述减水保坍组分为减水率大于20％、保坍能力大于150min的聚羧酸系或萘系高性能减水剂。
5.根据权利要求1所述的一种板式无砟轨道自密实混凝土用干粉砂浆，其特征在于：所述膨胀组分为塑性阶段膨胀组分和硬化阶段膨胀组分的混合物，塑性阶段膨胀组分为细度大于200目的鳞片状铝粉和细度大于150目的颗粒状铝粉的一种或两种混合物，硬化阶段膨胀组分为硫铝酸盐膨胀剂、氧化钙膨胀剂、氧化镁膨胀剂的一种或两种以上混合物。
6.根据权利要求1所述的一种板式无砟轨道自密实混凝土用干粉砂浆，其特征在于：所述纤维为聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维的一种或两种以上混合物。
7.根据权利要求1所述的一种板式无砟轨道自密实混凝土用干粉砂浆的制备方法，其特征在于：所述自密实混凝土用干粉砂浆是在工厂按比例分别称取组成材料，然后采用高速搅拌机混合而成，可采用散装车或袋装汽车运输。
8.根据权利要求1所述的一种板式无砟轨道自密实混凝土用干粉砂浆的应用方法，其特征在于：所述自密实混凝土用干粉砂浆是在搅拌站或施工现场按比例称取干粉砂浆、粗骨料和水，采用强制式搅拌机搅拌均匀即可。
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