CN108249841A - 一种预应力轨枕混凝土构件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于混凝土施工技术领域，具体涉及一种预应力轨枕混凝土构件及其制备方法。所用的原料为：水泥、粉煤灰、砂子、石子、水和减水剂。本发明利用工业废料作为掺合料可减少水泥消耗和对生态环境的影响，能够节约资源，不破坏环境，废弃物的重新利用更有利生态环境的可持续发展，既要满足现代发展的需要，又不危害后期发展需求的能力。

Description

一种预应力轨枕混凝土构件及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土施工技术领域，具体涉及一种预应力轨枕混凝土构件及其制备方法。
背景技术
当前，经济市场在以惊人的速度发展，城市化进程十分迅速，同时也是交通事业新的跨越式发展的关键时期，经济、城市、交通的大规模发展均涉及到了水泥以及混凝土材料的应用。近年来每年我国水泥产量10亿吨，混凝土产量20亿立方。
在现有社会资源消耗和环境污染中，建筑业占了相当大的比例，混凝土行业是建筑行业资源、能源消耗大户，其发展必然与资源、能源和生态环境息息相关，如何大力改进建筑资源节约、减少建筑污染排放、实现建筑与自然和谐共存是世界共同面临的重大问题。普通水泥材料本质上是一种非均匀的多孔材料，存在导热系数高，体积密度大，抗拉强度低以及抗冲击韧性差等缺点。随着建筑工程的不断发展，水泥构件所处的环境和受力条件更加苛刻，不仅要求具有高强度，还要求水泥具有低渗透性、高耐化学腐蚀性、高耐久性等性能。面对新的使用要求，发展高性能混凝土，实现绿色混凝土已成为现代社会建筑行业发展的需要。
预应力轨枕混凝土在我国铁路行业普遍应用，随着城市化建设的不断扩大，但由于水泥的生产是一个高能耗、高污染的过程，排放的CO2、SO2、NOX以及粉尘严重污染我们的生活空间，因此在社会大众环保意识的不断增强下给混凝土原材料带来不稳定性。水泥生产商为提高混凝土强度，水泥的比表面积越来越小，硅酸三钙一铝酸三钙含量越来越高，水泥的早起强度高，水化热量大，增大混凝土开裂敏感性，严重影响混凝土的耐久性，从而影响了产品的质量，降低了产品的耐久性，成为预应力轨枕混凝土生产厂家亟待解决的关键。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种预应力轨枕混凝土构件及其制备方法，以解决现有混凝土构件质量不佳以及水泥使用量大的问题。
本发明所采用的技术方案为：
一种预应力轨枕混凝土构件，包括以下质量份数的原料制成：水泥360-420份、粉煤灰40-90份、砂子640-720份、石子1170-1250份、水120-130份、减水剂3-5份。
进一步优选：包括以下质量份数的原料制成：水泥360-390份、粉煤灰70-90份、砂子680-720份、石子1170-1220份、水120-125份、减水剂4-5份。
所述水泥的强度等级不低于42.5级，碱含量应不大于0.60%，三氧化硫含量不应大于3.0%，比表面积应为300 -350m2/kg；
所述粉煤灰为F类Ⅰ级粉煤灰；
所述砂子为中粗河砂，含泥量按重量计不大于1.5%，氯化物含量不大于0.02%；
所述石子为5-20mm连续级配的碎石，按最小堆积密度配置而成，含泥量按重量计不大于1.5%，氯化物含量不大于0.02%；
所述减水剂为减水率不小于25%、收缩比不大于110%的聚羧酸盐系减水剂。
一种制备预应力轨枕混凝土构件的方法，包括以下步骤：1）按比例取各原料；
2）清理钢膜的模板，向模板上喷涂脱模剂，将钢筋安装在钢膜内，进行预应力钢筋张拉；
3）然后将水泥、粉煤灰、砂子、石子混合搅拌，然后再加入水、减水剂继续搅拌均匀成为混凝土；
4）将步骤3）的混凝土灌注到步骤2）预应力钢筋张拉后的钢膜中；
5）进行振捣成型，然后进行蒸汽养护；
6）成品脱模。
所述步骤5）中振捣成型时振动时间为3-5min；
所述蒸汽养护包括静养、升温、恒温、降温四个阶段，静养时在5~35℃的环境中养护2~3h，恒温温度为45-58℃，恒温养护时间为7-22h，升温、降温速度不大于15℃/h，养护结束脱模时，混凝土表面温度与环境温度相差不大于15℃，。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
1、本发明在原料的选择上，选择了水泥、粉煤灰、砂子、石子、减水剂等多种具有一定用量的原料，针对每种原料的性能，都根据产品的特性做了具体的要求，为最终产品的质量打下了基础；
2、本发明的原料中选择了粉煤灰，粉煤灰是一种固体废弃物，其来源广泛且成本低，将其重新利用，符合当前国家提倡的环保政策，同时将粉煤灰作为预应力轨枕混凝土构件的原料，是因为粉煤灰加入到混凝土中，可以充分发挥出填充效应、微集料效应和活性效应，使得混凝土快硬、早强、且长期强度较高和耐久性较好；
3、本发明原料中的砂子、石子的粒度以及含泥量、氯化物含量进行了严格的控制，保证了混凝土的耐久性。
4、本发明利用工业废料作为掺合料可减少水泥消耗和对生态环境的影响，能够节约资源，不破坏环境，废弃物的重新利用更有利生态环境的可持续发展，既要满足现代发展的需要，又不危害后期发展需求的能力；
5、本发明依靠科技进步对原材料综合利用保证混凝土质量的基础上，以最小的资源谋求行业的最大发展，实现混凝土低排量低资源能源消耗，进一步推动环境友好型、资源节约型社会的建设进程，对推动混凝土建筑业走向绿色、循环、低碳的科学发展方向起到积极作用。
6、本发明采用正交试验的方法研究了粉煤灰掺量、减水剂掺量、养护温度、恒温时间四个因素对混凝土脱模强度的影响。结果显示，以上四个因素对蒸养混凝土脱模强度影响程度的排序依次为：恒温时间＞粉煤灰掺量＞养护温度＞减水剂掺量。本发明也可以作为生产周期和工艺参数选择和优化的依据。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
以下实施例中所用水泥的强度等级不低于42.5级，碱含量不大于0.60%，三氧化硫含量不大于3.0%，比表面积（按GB/T8074检验）应为300 -350m2/kg；
所用粉煤灰为F类Ⅰ级粉煤灰；
所用砂子为中粗河砂（砂子细度模数在2.6~3.0之间），含泥量按重量计不大于1.5%，氯化物含量不大于0.02%；
所用石子为5-20mm连续级配的碎石，按最小堆积密度配置而成，含泥量按重量计不大于1.5%，氯化物含量不大于0.02%；
所用减水剂为减水率不小于25%、收缩比不大于110%的聚羧酸盐系减水剂。
实施例1：
一种预应力轨枕混凝土构件，包括以下质量份数的原料：水泥420份、粉煤灰40份、砂子640份、石子1250份、水130份、减水剂3份。
制备时包括以下步骤：1）按比例取各原料；
2）清理钢膜的模板，向模板上喷涂脱模剂，将钢筋安装在钢膜内，进行预应力钢筋张拉；
3）然后将水泥、粉煤灰、砂子、石子先加入混凝土搅拌机中混合搅拌，然后再加入水、减水剂继续搅拌均匀得到混凝土；
4）将步骤3）的混凝土灌注到步骤2）预应力钢筋张拉后的钢膜中；
5）进行振捣成型3min，然后进行蒸汽养护，所述蒸汽养护包括静养、升温、恒温、降温四个阶段，静养时在20℃的环境中养护2h，升温，在58℃下恒温养护22h，升温、降温速度12℃/h，养护结束脱模时，混凝土表面温度与环境温度相差不大于15℃；
6）成品脱模。
实施例2：
一种预应力轨枕混凝土构件，包括以下质量份数的原料：水泥390份、粉煤灰70份、砂子680份、石子1220份、水125份、减水剂4份。
制备时包括以下步骤：1）按比例取各原料；
2）清理钢膜的模板，向模板上喷涂脱模剂，将钢筋安装在钢膜内，进行预应力钢筋张拉；
3）然后将水泥、粉煤灰、砂子、石子先加入混凝土搅拌机中混合搅拌，然后再加入水、减水剂继续搅拌均匀得到混凝土；
4）将步骤3）的混凝土灌注到步骤2）预应力钢筋张拉后的钢膜中；
5）进行振捣成型4min，然后进行蒸汽养护，所述蒸汽养护包括静养、升温、恒温、降温四个阶段，静养时在15℃的环境中养护3h，升温，在45℃下恒温养护22h，升温、降温速度13℃/h，养护结束脱模时，混凝土表面温度与环境温度相差不大于15℃；
6）成品脱模。
实施例3：
一种预应力轨枕混凝土构件，包括以下质量份数的原料：水泥360份、粉煤灰90份、砂子720份、石子1170份、水120份、减水剂5份。
制备时包括以下步骤：1）按比例取各原料；
2）清理钢膜的模板，向模板上喷涂脱模剂，将钢筋安装在钢膜内，进行预应力钢筋张拉；
3）然后将水泥、粉煤灰、砂子、石子先加入混凝土搅拌机中混合搅拌，然后再加入水、减水剂继续搅拌均匀得到混凝土；
4）将步骤3）的混凝土灌注到步骤2）预应力钢筋张拉后的钢膜中；
5）进行振捣成型5min，然后进行蒸汽养护，所述蒸汽养护包括静养、升温、恒温、降温四个阶段，静养时在12℃的环境中养护3h，升温，在50℃下恒温养护15h，升温、降温速度14℃/h，养护结束脱模时，混凝土表面温度与环境温度相差不大于15℃；
6）成品脱模。
实施例4：
一种预应力轨枕混凝土构件，包括以下质量份数的原料：水泥380份、粉煤灰70份、砂子700份、石子1200份、水120份、减水剂5份。
制备时包括以下步骤：1）按比例取各原料；
2）清理钢膜的模板，向模板上喷涂脱模剂，将钢筋安装在钢膜内，进行预应力钢筋张拉；
3）然后将水泥、粉煤灰、砂子、石子先加入混凝土搅拌机中混合搅拌，然后再加入水、减水剂继续搅拌均匀得到混凝土；
4）将步骤3）的混凝土灌注到步骤2）预应力钢筋张拉后的钢膜中；
5）进行振捣成型5min，然后进行蒸汽养护，所述蒸汽养护包括静养、升温、恒温、降温四个阶段，静养时在20℃的环境中养护2h，升温，在55℃下恒温养护10h，升温、降温速度15℃/h，养护结束脱模时，混凝土表面温度与环境温度相差不大于15℃；
6）成品脱模。
为了验证本发明的技术效果，对实施例1-4制得的预应力轨枕混凝土构件的性能 进行了检测（按GB/T50081中立方体标准试件试验方法进行），检测结果见下表：
实施例 脱模抗压强度/MPa 28天抗压强度/MPa
1 50 79
2 53 80
3 51 85
4 53 85
由以上数据看出，采用本发明的方案制得的预应力轨枕混凝土构件的脱模抗压强度在50 MPa以上，28天抗压强度在79 MPa以上，完全达到了优异的性能。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种预应力轨枕混凝土构件，其特征在于，包括以下质量份数的原料制成：水泥360-420份、粉煤灰40-90份、砂子640-720份、石子1170-1250份、水120-130份、减水剂3-5份。
2.根据权利要求1所述的预应力轨枕混凝土构件，其特征在于：包括以下质量份数的原料制成：水泥360-390份、粉煤灰70-90份、砂子680-720份、石子1170-1220份、水120-125份、减水剂4-5份。
3.根据权利要求1或2所述的预应力轨枕混凝土构件，其特征在于：
所述水泥的强度等级不低于42.5级，碱含量应不大于0.60%，三氧化硫含量不应大于3.0%，比表面积应为300 -350m2/kg；
所述粉煤灰为F类Ⅰ级粉煤灰；
所述砂子为中粗河砂，含泥量按重量计不大于1.5%，氯化物含量不大于0.02%；
所述石子为5-20mm连续级配的碎石，按最小堆积密度配置而成，含泥量按重量计不大于1.5%，氯化物含量不大于0.02%；
所述减水剂为减水率不小于25%、收缩比不大于110%的聚羧酸盐系减水剂。
4.一种制备权利要求1-3任一项所述预应力轨枕混凝土构件的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）按比例取各原料；
2）清理钢膜的模板，向模板上喷涂脱模剂，将钢筋安装在钢膜内，进行预应力钢筋张拉；
3）然后将水泥、粉煤灰、砂子、石子混合搅拌，然后再加入水、减水剂继续搅拌均匀成为混凝土；
4）将步骤3）的混凝土灌注到步骤2）预应力钢筋张拉后的钢膜中；
5）进行振捣成型，然后进行蒸汽养护；
6）成品脱模。
5.如权利要求4所述的制备预应力轨枕混凝土构件的方法，其特征在于：所述步骤5）中振捣成型时振动时间为3-5min。
6.如权利要求4所述的制备预应力轨枕混凝土构件的方法，其特征在于：所述蒸汽养护包括静养、升温、恒温、降温四个阶段，静养时在5~35℃的环境中养护2~3h，恒温温度为45-58℃，恒温养护时间为7-22h，升温、降温速度不大于15℃/h，养护结束脱模时，混凝土表面温度与环境温度相差不大于15℃。
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