CN108249861A - 一种高速铁路活性粉末混凝土预制构件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于混凝土施工技术领域，具体涉及一种高速铁路活性粉末混凝土预制构件及其制备方法。所用原料为：水泥、硅粉、粉煤灰、石英砂、水、减水剂和钢纤维。本发明利用RPC的高强度、高耐久性、高韧性和稳定性在高铁领域生产相关混凝土构件产品，可有效延长构件寿命，大幅减少维护费用，降低工程建设和使用的综合费用。
Description
技术领域
本发明属于混凝土施工技术领域，具体涉及一种高速铁路活性粉末混凝土预制构件及其制备方法。
背景技术
活性粉末混凝土（即Reactive Powder Concrete ，简称RPC）是通过采用常规的水泥等材料开发出的超高强度、高耐久性、高韧性和体积稳定性良好的水泥基材料，是DSP材料与纤维增强材料复合而成的高性能混凝土。RPC的显著特点是强度高、韧性大、节能环保、经济适用、耐高温、耐腐蚀，可广泛应用于军事设施、桥梁工程及民用建筑等领域是今后国内外建筑业发展的趋势。
具体来说，RPC材料具有超高的力学性能，200MPa级RPC材料的抗压强度为170-230MPa，是HSC的2-4倍；抗折强度为30-60MPa，是 SC的4-6倍；断裂能达到15000-40000J/m2，而NC的断裂能只120J/m2；在同等承载力条件下，RPC材料的水泥用量是普通混凝土与的1/2，因此同等量水泥生产过程中的CO2排放量也只有一半左右。骨料的用量，RPC材料占普通混凝土的1/3与1/4。预制结构产品，使用RPC可以有效减小结构自重，在具有相同抗弯能力的前提下，RPC结构的重量仅为钢筋混凝土结构的1/2～1/3，性能几乎与钢结构相近。完全可以用RPC来代替铸铁，而不影响使用效果。RPC材料应用前景广泛，是一种符合我国可持续发展战略要求的环保材料。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高速铁路活性粉末混凝土预制构件及其制备方法，以解决现有混凝土预制构件重量大的问题。
本发明所采用的技术方案为：
一种高速铁路活性粉末混凝土预制构件，包括以下质量份数的原料制成：水泥650-750份、硅粉160-190份、粉煤灰130-200份、石英砂1000-1250份、水120-140份、减水剂38-50份、钢纤维90-130份。
进一步优选，包括以下质量份数的原料制成：水泥650-700份、硅粉175-190份、粉煤灰130-160份、石英砂1130-1250份、水120-130份、减水剂44-50份、钢纤维90-110份。
所述水泥的强度等级不低于42.5低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥；
所述硅粉的比表面积≥18000m2/kg（按GB/T18736检验）；
所述粉煤灰为F类Ⅰ级粉煤灰；
所述石英砂的粒径为采用SiO2含量大于97%的石英砂，由粗粒径石英砂（1.0~0.63mm）、中粒径石英砂（0.63~0.315mm）和细粒径石英砂（0.315~0.0.16mm）组成，粗粒径石英砂、中粒径石英砂和细粒径石英砂的质量比为2-4:5-7:1；进一步优选，粗粒径石英砂、中粒径石英砂和细粒径石英砂的质量比为3:6:1；
所述减水剂采用聚羧酸减水剂，减水率不得低于30%；
所述钢纤维的直径0.18~0.23mm，长度12~14mm，抗拉强度不低于2900MPa。
一种制备高速铁路活性粉末混凝土预制构件的方法，包括以下步骤：1）按比例取各原料；
2）将石英砂、钢纤维、水泥、硅粉、粉煤灰按次序混合进行预搅拌，然后再加入水、减水剂继续搅拌；
3）进行振捣成型；
4）初养：构件成型完毕后进行静养；静养完毕后进行初养，初养采用蒸汽养护方式，由升温、恒温、降温三个阶段构成；
5）终养：然后对构件拆模、码垛，进行终养，终养采用蒸汽养护方式，由升温、恒温、降温三个阶段构成，终养结束得到成品。
所述步骤2）中预搅拌时至少5min，搅拌时至少4min。
所述步骤3）中振捣成型时振动时间为3-5min。
所述步骤4）中静养时在不小于10℃的环境中静养至少6h；初养时升温速度不大于12℃/h，恒温温度控制在35～45℃，恒温时间10-15h，相对湿度≥70%；初养时降温速率不大于15℃/h，构件表面温度与环境温度之差不大于15℃，静养和初养总时间控制在24h内。
所述步骤5）中终养时升、降温速度不大于12℃/h，恒温温度应控制在65～85℃，终养时间不低于48h，终养结束后构件表面温度与环境温度之差不超过20℃。
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、硅粉、石英砂、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，同时将粉煤灰作为高速铁路活性粉末混凝土预制构件的原料，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、本发明通过去除粗骨料（砂、石）来提高水泥砂浆的力学性能，消除粗骨料与水泥砂浆的界面过渡，提高基质的均匀性，从而改善RPC的各项性能；
4、本发明通过优选与活性组分相容性良好的减水剂，以降低水胶比（一般控制在不大于0.2），来提高水泥砂浆强度，同时减小用水量，大大降低孔隙率；
5、本发明的原料中选择了微细的钢纤维以提高混凝土的韧性；
6、本发明在构件凝固后通过初养、终养来使RPC材料活性得以充分发挥，以改善微结构；最终利用RPC的高强度、高耐久性、高韧性和稳定性在高铁领域生产相关混凝土构件产品，可有效延长构件寿命，大幅减少维护费用，降低工程建设和使用的综合费用。
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。
以下实施例中所使用的原料要求为：水泥的强度等级不低于42.5低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥；硅粉的比表面积≥18000m2/kg（按GB/T18736检验）；粉煤灰为F类Ⅰ级粉煤灰；石英砂的粒径为采用SiO2含量大于97%的石英砂，由粗粒径石英砂（1.0~0.63mm）、中粒径石英砂（0.63~0.315mm）和细粒径石英砂（0.315~0.0.16mm）组成；
所述减水剂采用聚羧酸减水剂，减水率不得低于30%；
所述钢纤维的直径0.18~0.23mm，长度12~14mm，抗拉强度不低于2900MPa。
实施例1：一种高速铁路活性粉末混凝土预制构件，包括以下质量份数的原料制成：水泥650份、硅粉190份、粉煤灰130份、石英砂1250份、水120份、减水剂50份、钢纤维90份。
制备时包括以下步骤：1）按比例取各原料，其中石英砂由质量比为3:6:1粗粒径石英砂、中粒径石英砂和细粒径石英砂组成；
2）将石英砂、钢纤维、水泥、硅粉、粉煤灰按次序混合进行预搅拌至少5min，然后再加入水、减水剂继续搅拌至少4min；
3）进行振捣成型5min；
4）初养：构件成型完毕后进行静养，静养时在15℃的环境中静养6h；静养完毕后进行初养，初养采用蒸汽养护方式，由升温、恒温、降温三个阶段构成，初养时升温速度12℃/h，恒温温度控制在35℃，恒温时间10h，相对湿度≥70%；初养时降温速率15℃/h，降至构件表面温度与环境温度之差不大于15℃，静养和初养总时间控制在24h内；
5）终养：然后对构件拆模、码垛，送终养进行终养，终养采用蒸汽养护方式，由升温、恒温、降温三个阶段构成，终养时升、降温速度不大于12℃/h，恒温温度应控制在85℃，终养时间48h，终养结束后移出终养室时，构件表面温度与环境温度之差不超过20℃，终养结束得到成品。
实施例2：一种高速铁路活性粉末混凝土预制构件，包括以下质量份数的原料制成：水泥700份、硅粉175份、粉煤灰160份、石英砂1130份、水130份、减水剂44份、钢纤维110份。
制备时包括以下步骤：1）按比例取各原料，其中石英砂由质量比为2:7:1粗粒径石英砂、中粒径石英砂和细粒径石英砂组成；
2）将石英砂、钢纤维、水泥、硅粉、粉煤灰按次序混合进行预搅拌至少5min，然后再加入水、减水剂继续搅拌至少4min；
3）进行振捣成型4min；
4）初养：构件成型完毕后进行静养，静养时在不小于13℃的环境中静养7h；静养完毕后进行初养，初养采用蒸汽养护方式，由升温、恒温、降温三个阶段构成，初养时升温速度11℃/h，恒温温度控制在40℃，恒温时间12h，相对湿度≥70%；初养时降温速率14℃/h，降至构件表面温度与环境温度之差不大于15℃，静养和初养总时间控制在24h内；
5）终养：然后对构件拆模、码垛，送终养进行终养，终养采用蒸汽养护方式，由升温、恒温、降温三个阶段构成，终养时升、降温速度不大于12℃/h，恒温温度应控制在70℃，终养时间50h，终养结束后移出终养室时，构件表面温度与环境温度之差不超过20℃，终养结束得到成品。
实施例3：一种高速铁路活性粉末混凝土预制构件，包括以下质量份数的原料制成：水泥750份、硅粉160份、粉煤灰200份、石英砂1000份、水140份、减水38份、钢纤维130份。
制备时包括以下步骤：1）按比例取各原料，其中石英砂由质量比为4:5:1粗粒径石英砂、中粒径石英砂和细粒径石英砂组成；
2）将石英砂、钢纤维、水泥、硅粉、粉煤灰按次序混合进行预搅拌至少5min，然后再加入水、减水剂继续搅拌至少4min；
3）进行振捣成型5min；
4）初养：构件成型完毕后进行静养，静养时在不小于12℃的环境中静养6.5h；静养完毕后进行初养，初养采用蒸汽养护方式，由升温、恒温、降温三个阶段构成，初养时升温速度10℃/h，恒温温度控制在45℃，恒温时间13h，相对湿度≥70%；初养时降温速率13℃/h，降至构件表面温度与环境温度之差不大于15℃，静养和初养总时间控制在24h内；
5）终养：然后对构件拆模、码垛，送终养室进行终养，终养采用蒸汽养护方式，由升温、恒温、降温三个阶段构成，终养时升、降温速度不大于12℃/h，恒温温度应控制在80℃，终养时间不低于52h，终养结束后移出终养室时，构件表面温度与环境温度之差不超过20℃，终养结束得到成品。
实施例4：一种高速铁路活性粉末混凝土预制构件，包括以下质量份数的原料制成：水泥680份、硅粉180份、粉煤灰150份、石英砂1200份、水125份、减水剂48份、钢纤维100份。
制备时包括以下步骤：1）按比例取各原料，其中石英砂由质量比为3:6:1粗粒径石英砂、中粒径石英砂和细粒径石英砂组成；
2）将石英砂、钢纤维、水泥、硅粉、粉煤灰按次序混合进行预搅拌至少5min，然后再加入水、减水剂继续搅拌至少4min；
3）进行振捣成型3-5min；
4）初养：构件成型完毕后进行静养，静养时在不小于11℃的环境中静养7h；静养完毕后进行初养，初养采用蒸汽养护方式，由升温、恒温、降温三个阶段构成，初养时升温速度12℃/h，恒温温度控制在38℃，恒温时间15h，相对湿度≥70%；初养时降温速率12℃/h，降至构件表面温度与环境温度之差不大于15℃，静养和初养总时间控制在24h内；
5）终养：然后对构件拆模、码垛，送终养进行终养，终养采用蒸汽养护方式，由升温、恒温、降温三个阶段构成，终养时升、降温速度不大于12℃/h，恒温温度应控制在85℃，终养时间48h，终养结束后移出终养室时，构件表面温度与环境温度之差不超过20℃，终养结束得到成品。
为了验证本发明的技术效果，对实施例1-4制得的高速铁路活性粉末混凝土预制
构件的性能进行了检测（GB/T50081检验），检测结果见下表：
| 实施例 | 抗压强度/MPa | 抗折强度/MPa | 弹性模量/GPa |
| 1 | 145 | 21 | 49 |
| 2 | 142 | 20 | 47 |
| 3 | 137 | 19 | 46 |
| 4 | 148 | 22 | 50 |
由以上数据看出，采用本发明的方案制得的高速铁路活性粉末混凝土预制构件的抗压强度在137 MPa以上，抗折强度在19 MPa以上，弹性模量达到了46 GPa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 (8)
1.一种高速铁路活性粉末混凝土预制构件，其特征在于，包括以下质量份数的原料制成：水泥650-750份、硅粉160-190份、粉煤灰130-200份、石英砂1000-1250份、水120-140份、减水剂38-50份和钢纤维90-130份。
2.根据权利要求1所述的高速铁路活性粉末混凝土预制构件，其特征在于：包括以下质量份数的原料制成：水泥650-700份、硅粉175-190份、粉煤灰130-160份、石英砂1130-1250份、水120-130份、减水剂44-50份和钢纤维90-110份。
3.根据权利要求1所述的高速铁路活性粉末混凝土预制构件，其特征在于：
所述水泥的强度等级不低于42.5低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥；
所述硅粉的比表面积≥18000m2/kg；
所述粉煤灰为F类Ⅰ级粉煤灰；
所述石英砂的粒径为采用SiO2含量大于97%的石英砂，由粗粒径石英砂、中粒径石英砂和细粒径石英砂组成，粗粒径石英砂、中粒径石英砂和细粒径石英砂的质量比为2-4:5-7:1；
所述减水剂采用聚羧酸减水剂，减水率不得低于30%；
所述钢纤维的直径0.18~0.23mm，长度12~14mm，抗拉强度不低于2900MPa。
4.一种制备权利要求1-3任一项所述高速铁路活性粉末混凝土预制构件的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）按比例取各原料；
2）将石英砂、钢纤维、水泥、硅粉、粉煤灰按次序混合进行预搅拌，然后再加入水、减水剂继续搅拌；
3）进行振捣成型；
4）初养：构件成型完毕后进行静养；静养完毕后进行初养，初养采用蒸汽养护方式，由升温、恒温、降温三个阶段构成；
5）终养：然后对构件拆模、码垛，进行终养，终养采用蒸汽养护方式，由升温、恒温、降温三个阶段构成，终养结束得到成品。
5.如权利要求4所述的制备高速铁路活性粉末混凝土预制构件的方法，其特征在于，所述步骤2）中预搅拌时至少5min，搅拌时至少4min。
6.如权利要求4所述的制备高速铁路活性粉末混凝土预制构件的方法，其特征在于，所述步骤3）中振捣成型时振动时间为3-5min。
7.如权利要求4所述的制备高速铁路活性粉末混凝土预制构件的方法，其特征在于，所述步骤4）中静养时在不小于10℃的环境中静养至少6h；初养时升温速度不大于12℃/h，恒温温度控制在35～45℃，恒温时间10-15h，相对湿度≥70%；初养时降温速率不大于15℃/h，构件表面温度与环境温度之差不大于15℃，静养和初养总时间控制在24h内。
8.如权利要求4所述的制备高速铁路活性粉末混凝土预制构件的方法，其特征在于，所述步骤5）中终养时升、降温速度不大于12℃/h，恒温温度应控制在65～85℃，终养时间不低于48h，终养结束后构件表面温度与环境温度之差不超过20℃。
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