CN104402338A - 一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土的制备与应用 - Google Patents
一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土的制备与应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土的制备与应用,其特征在于其由干混料与液料按一定比例混合而成,干混料和液料比例为1∶0.05-0.15。其中,干混料由胶凝组分、惰性矿物掺和料、细骨料、粗骨料、减水剂、膨胀组分、黏度调节组分、纤维等混合而成,各组分占质量分数为:胶凝组分100份,惰性矿物掺和料0-30份,细骨料150-400份,粗骨料150-300份,减水剂0-2.0份,膨胀组分5-20份,黏度调节组分0-10份,纤维0-0.5份;液料由水、减水剂、黏度调节组分等混合而成,各组分占质量分数为水100份,减水剂0-4.0份,黏度调节组分0-3份。本发明可降低自密实混凝土的敏感性,减少其损耗,实现绿色环保施工。本发明适用于高速铁路无砟轨道,也适用于桥梁、民用建筑以及修补加固等领域。
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、绿色环保的双组份自密实混凝土的制备与应用,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CRTSIII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CRTSIII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CRTSIII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,可能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,细度模数大于3.1的则是粗骨料范畴。《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,水泥普遍采用425普通硅酸盐水泥,矿物掺和料采用地开石粉,受资源分布的有效性,石英砂和地开石粉的应用非常有限,因此,该研究的使用价值较低。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以及搅拌站计量精度对自密实混凝土工作性能的影响。
发明内容:
本发明基于板式无砟轨道自密实混凝土生产过程计量精度低、施工过程损耗大、拌合物工作性能不可控等问题,创造性地发明一种包含干混料和液料的双组份自密实混凝土,利用干混料来解决自密实混凝土对原材料品质波动,尤其是骨料含水率变化的敏感性,利用液料来解决少计量材料称量误差对自密实混凝土性能影响,提出本发明。
本发明的技术方案:一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土的制备与应用,其特征在于其由干混料与液料按一定比例在强制式搅拌机中搅拌而成,干混料和液料的比例为1∶0.05-0.15,所述干混料是由是由胶凝组分、惰性矿物掺和料、细骨料、粗骨料、减水剂、膨胀组分、黏度调节组分、纤维按一定比例经过强力搅拌混合均匀而得,干混料各组分质量分数为:
胶凝组分 100份
惰性矿物掺和料 0-30份
细骨料 150-400份
粗骨料 150-300份
减水剂 0-2.0份
膨胀组分 5-20份
黏度调节组分 0-10份
纤维 0-0.5份
所述液料是由水、减水剂、黏度调节组分按一定比例混合而成,液料各组分占质量份数为:水100份,减水剂0-4.0份,黏度调节组分0-3份。
所述胶凝组分为水泥和活性矿物掺和料的组合物,水泥和活性矿物掺合料的比例为1∶0.3-1,水泥为普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、超细水泥的一种或二种以上组合物,超细水泥的比表面积不小于500m2/kg。
所述活性矿物掺和料为磨细矿渣粉、粉煤灰、硅灰、偏高岭土的一种或二种以上组合物。磨细矿渣粉的比表面积大于400m2/kg,粉煤灰为I级粉煤灰或粉煤灰漂珠,改性硅灰为以微米级颗粒为载体进行分散后的硅灰,偏高岭土煅烧温度为500-700℃且比表面积大于700m2/kg。
所述惰性矿物掺和料为比表面积大于350m2/kg石灰石粉、花岗岩石粉、玄武岩石粉、磨细石英砂粉的一种或两种以上组合物。
所述细骨料为细度模数小于2.7、含水率小于1.0%的河砂、机制砂的一种或两种以上组合物。
所述粗骨料为5-10mm、5-16mm或5-20mm连续级配、含水率小于0.5%的的碎石、卵石的一种或两种的组合物。
所述干混料用减水剂为减水率大于20%、保坍能力大于150min的聚羧酸系或萘系高性能粉体减水剂。
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。
所述干混料用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、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。
所述液料用减水剂为减水率大于25%聚羧酸系、萘系高性能液体减水剂。
所述液料用黏度改性组分为聚氨酯、温仑胶、聚乙烯酰胺的一种或两种以上组合物。
所述干混料和液料不能同时添加减水剂、黏度改性组分。
所述干混料的生产是采用高速搅拌机对混合料进行均化。
所述液料的生产是将减水剂、黏度改性组分添加到水中再进行搅拌。
所述双组份自密实混凝土的生产是在搅拌站或者施工现场按比例添加干混料和液料,采用强制式搅拌机制备成自密实混凝土混合料。
本发明的机理: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。针对自密实混凝土工作性能对原材料含水率、质量品质波动的敏感性,采用干混料来提升自密实混凝土的稳定性。针对自密实混凝土对各原材料配合比的敏感性以及现有搅拌站的计量精度现状,将减水保坍组分、黏度调节组分等小剂量的功能性外加剂提前加入到水中,这样既保证了其精确用量,也能够确保小剂量功能性外加剂在自密实混凝土拌合物中充分混匀。
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、不同批次质量波动而引起自密实混凝土工作性能偏离现场灌注要求;(2)提升了自密实混凝土生产过程的可控性,小剂量的外加剂能够精确称量,与水混合后又能在自密实混凝土拌合物中得到充分分散;(3)自密实混凝土分为干混料和液料两部分,简便了施工程序,实现了自密实混凝土现场的绿色环保施工。
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CRTSIII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
双组份自密实混凝土用干混料的各原料按下列比例称量:
胶凝组分:普通硅酸盐水泥:70份,粉煤灰:20份,磨细矿渣粉:10份
细度模数2.5河砂:320份
5-10mm粗骨料:250份
膨胀组分:11份
双组份自密实混凝土用液料的各原料按下列比例称量:
水:100份
聚羧酸系减水剂:1份
黏度调节组分:3份
按干混料∶液料为1∶0.12精确称量两种材料,先将干混料加入到搅拌机中,进行搅拌1min,搅拌过程中将称量好的液料加入搅拌机,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7.5m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《CRTSIII型板式无砟轨道自密实混凝土暂行技术条件》,其性能指标参见表1。
实施例2
双组份自密实混凝土用干混料的各原料按下列比例称量:
胶凝组分:普通硅酸盐水泥:60份,粉煤灰:35份,硅灰:5份
惰性矿物掺和料:花岗岩石粉:22份
细度模数2.7花岗岩机制砂:350份
5-20mm粗骨料:300份
聚羧酸系减水剂:2份
膨胀组分:16份
黏度调节组分:6份
双组份自密实混凝土用液料的各原料按下列比例称量:
水:100份
按干混料∶液料为1∶0.13精确称量两种材料,先将干混料加入到搅拌机中,进行搅拌1min,搅拌过程中将称量好的液料加入搅拌机,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8.0m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《CRTSIII型板式无砟轨道自密实混凝土暂行技术条件》,其性能指标参见表1。
实施例3
双组份自密实混凝土用干混料的各原料按下列比例称量:
胶凝组分:普通硅酸盐水泥:76份,粉煤灰:20份,偏高岭土:4份
惰性矿物掺和料:玄武岩石粉:18份
细度模数2.7人工砂:280份
5-16mm粗骨料:200份
聚羧酸系减水保坍组分:2份
膨胀组分:20份
双组份自密实混凝土用液料的各原料按下列比例称量:
水:100份
黏度调节组分:3份
按干混料∶液料为1∶0.13精确称量两种材料,先将干混料加入到搅拌机中,进行搅拌1min,搅拌过程中将称量好的液料加入搅拌机,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《CRTSIII型板式无砟轨道自密实混凝土暂行技术条件》,其性能指标参见表1。
实施例4
双组份自密实混凝土用干混料的各原料按下列比例称量:
胶凝组分:普通硅酸盐水泥:100份,粉煤灰:80份,比表面积大于500m2/kg矿渣粉:20份
细度模数2.6河砂:380份
5-20mm碎石:100份
5-20mm卵石:160份
膨胀组分:6份
纤维:0.5份
双组份自密实混凝土用液料的各原料按下列比例称量:
水:100份
聚羧酸系减水保坍组分:3.5份
黏度调节组分:2.5份
按干混料∶液料为1∶0.11精确称量两种材料,先将干混料加入到搅拌机中,进行搅拌1min,搅拌过程中将称量好的液料加入搅拌机,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17kg/m3,在铺有土工布的硬化混凝土基体上水平流动8.6m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《CRTSIII型板式无砟轨道自密实混凝土暂行技术条件》,其性能指标参见表1。
表1自密实混凝土性能指标数据
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 (16)
1.一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土的制备与应用,其特征在于:其由干混料与液料按一定比例在强制式搅拌机中搅拌而成,干混料和液料的比例为1∶0.05-0.15,所述干混料是由胶凝组分、惰性矿物掺和料、细骨料、粗骨料、减水剂、膨胀组分、黏度调节组分、纤维按一定比例经过强力搅拌混合均匀而得,干混料各组分质量分数为:
胶凝组分100份
惰性矿物掺和料0-30份
细骨料150-400份
粗骨料150-300份
减水剂0-2.0份
膨胀组分5-20份
黏度调节组分0-10份
纤维0-0.5份
所述液料是由水、减水剂、黏度调节组分按一定比例混合而成,液料各组分占质量份数为:水100份,减水剂0-4.0份,黏度调节组分0-3份。
2.根据权利要求1所述的一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土,其特征在于:所述胶凝组分为水泥和活性矿物掺和料的组合物,水泥和活性矿物掺合料的比例为1∶0.3-1,水泥为普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、超细水泥的一种或二种以上组合物,超细水泥的比表面积不小于500m2/kg。
3.根据权利要求1和2所述的一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土,其特征在于:所述活性矿物掺和料为磨细矿渣粉、粉煤灰、硅灰、偏高岭土的一种或二种以上组合物。磨细矿渣粉的比表面积大于400m2/kg,粉煤灰为I级粉煤灰或粉煤灰漂珠,改性硅灰为以微米级颗粒为载体进行分散后的硅灰,偏高岭土煅烧温度为500-700℃且比表面积大于700m2/kg。
4.根据权利要求1所述的一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土,其特征在于:所述惰性矿物掺和料为比表面积大于350m2/kg石灰石粉、花岗岩石粉、玄武岩石粉、磨细石英砂粉的一种或两种以上组合物。
5.根据权利要求1所述的一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土,其特征在于:所述细骨料为细度模数小于2.7、含水率小于1.0%的河砂、机制砂的一种或两种以上组合物。
6.根据权利要求1所述的一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土,其特征在于:所述粗骨料为5-10mm、5-16mm或5-20mm连续级配、含水率小于0.5%的碎石、卵石的一种或两种的组合物。
7.根据权利要求1所述的一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土,其特征在于:所述干混料用减水剂为减水率大于20%、保坍能力大于150min的聚羧酸系或萘系高性能粉体减水剂。
8.根据权利要求1所述的一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土,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。
9.根据权利要求1所述的一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土,其特征在于:所述干混料用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、聚酰胺高分子吸水树脂的一种或两种以上混合物。
10.根据权利要求1所述的一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土,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。
11.根据权利要求1所述的一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土,其特征在于:所述液料用减水剂为减水率大于25%聚羧酸系、萘系高性能液体减水剂。
12.根据权利要求1所述的一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土,其特征在于:所述液料用黏度改性组分为聚氨酯、温仑胶、聚乙烯酰胺的一种或两种以上组合物。
13.根据权利要求1所述的一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土,其特征在于:所述干混料和液料不能同时添加减水剂、黏度改性组分。
14.根据权利要求1所述的一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土,其特征在于:所述干混料的生产是采用高速搅拌机对混合料进行均化。
15.根据权利要求1所述的一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土,其特征在于:所述液料的生产是将减水剂、黏度改性组分添加到水中再进行搅拌。
16.根据权利要求1所述的一种双组份板式无砟轨道自密实混凝土,其特征在于:所述双组份自密实混凝土的生产是在搅拌站或者施工现场按比例添加干混料和液料,采用强制式搅拌机制备成自密实混凝土混合料。
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