CN110423074B - 一种用于crts iii型板式轨道天窗施工的高触变性快硬自密实混凝土与制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CRTS III型板式轨道天窗施工的高触变性快硬自密实混凝土及制备方法，混凝土组分主要包括胶凝材料、砂、石、水、化学外加剂。其制备工艺为将快硬硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰、石膏、砂、粉体减水剂、触变型粘改剂、促硬剂拌制成干粉料，现场与水和石子通过简易搅拌设备拌制。本发明高触变性快硬自密实混凝土可满足CRTS III型板式轨道自密实混凝土的技术指标及天窗作业施工的要求，触变型粘改剂与促硬剂复合使用使自密实混凝土具备高触变性，在灌注入封闭膜腔后，混凝土在静置状态下粘度快速增大，骨料与气泡稳定性提高，降低了骨料沉降与气泡上浮的发生，混凝土的均匀性提高，浇筑成型轨道结构混凝土充填层与轨道板粘结质量良好。

Description

一种用于CRTS III型板式轨道天窗施工的高触变性快硬自密 实混凝土与制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土材料领域，特别地，涉及一种用于CRTS III型板式轨道天窗施工的高触变性快硬自密实混凝土与制备方法。

背景技术

CRTS III型轨道结构是我国具有自主知识产权的轨道结构型式，在设计理论、结构设计、工程材料、建造技术等方面进行了系统创新，已在多条客运专线中应用，是我国高速铁路规划新线路建设采用的主要轨道结构型式。

该轨道结构的主要结构特点如下：(1)预制轨道板与现浇自密实混凝土层形成“复合板”结构，复合板应长期保持协同工作，复合板结构是CRTS III型板结构的基本特征。(2)沿线路纵向，复合板与混凝土底座为单元结构；复合板与限位凹槽、顶面设隔离层的混凝土底座形成凹凸结构，为轨道提供水平限位和特殊情况下的修复便捷性。(3)预制轨道板提供与轨道电路、综合接地的接口。

运营过程中，轨道板需要更换时，可将轨道板与充填层组成的复合板提起，将新轨道板放入指定位置后，需要在轨道板与底座间灌入快硬混凝土。高铁运营线作业天窗时间只有4-5个小时，因此要求自密实混凝土充填层能在2小时以内具有足够的强度与刚度支撑轨道板，以及列车运营所产生的振动荷载，形成的快硬自密实混凝土充填层也应该与轨道板粘结紧密，并具有良好的耐久性。III型板充填层模腔是一个狭窄扁平的空腔，并配有一定的钢筋，灌注满密闭模腔对自密实混凝土提出了特殊的要求。在论文“Sealed-space-filling SCC:Aspecial SCC applied inhigh-speedrail ofChina”(ConstructionandBuildingMaterials,2016,V124,167-176)中，III型自密实混凝土被定义为新型的“封闭模腔自密实混凝土”，要求自密实混凝土有极高的稳定性，在浇筑进入板腔后，不能出现气泡上浮和泌水等现象，这极大影响了轨道板与充填层的界面粘结，而破坏了复合板工作理论。

自密实混凝土中胶凝材料与外加剂用量高于普通混凝土，由于外加剂的引气效果及制备与运输过程的搅拌作用，自密实混凝土的含气量较高，在灌注入封闭膜腔后，浆体与气泡上浮，导致硬化混凝土的上表面产生浮浆层，降低了了硬化混凝土及粘结界面的质量。提高自密实混凝土的粘度可以提高其稳定性，减少气泡上浮，降低轨道板有充填层粘结界面处积累的气泡量，提升自密实混凝土与轨道板的粘结质量，但是粘度增大会影响自密实混凝土的工作性能，进而影响充填层膜腔的充填效果，降低施工效率与质量。因此本发明提出了一种高触变性快硬自密实混凝土，在高速搅拌后，高触变性自密实混凝土的粘度显著降低，达到自密实混凝土工作性能的要求，具备完美填充膜腔的能力，而在膜腔内经过几分钟时间的静置，由于触变性较高，混凝土粘度快速增大，气泡稳定性提高，减少骨料沉降与气泡上浮的发生，混凝土的均匀性提高，界面粘结质量也会显著提升。对于天窗点维修而言，充填层自密实混凝土还需要同时具备快硬的性能。采用硫铝酸盐水泥、石膏与硅酸盐水泥复合使用，缩短了自密实混凝土的凝结时间，采用触变型粘改剂使混凝土具备高触变性，静置后自密实混凝土通过结构构筑形成絮凝结构，粘度快速增大，提供了快速稳泡的能力。促硬剂中的高价阳离子在碱性溶液中形成氢氧化物凝胶，进一步提高浆体的触变性，并且能提高混凝土的硬化速率与早期强度。触变、粘改、促硬组分复合使用大幅提高了硬化后自密实混凝土与粘结界面的性能。

目前没有专利涉及CRTS III型板维修用快硬自密实混凝土，有一些专利涉及快硬自密实混凝土，比如申请号为201610104826.1名为“一种快凝快硬无收缩抗扰动自密实混凝土及其制备方法”，适用于敞开混凝土结构工程的浇筑，对于密闭板腔不一定适用。申请号为201710851072.0名为“桥梁用快凝快硬无收缩自密实混凝土”，仅适用于桥梁工程。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于CRTS III型板式轨道天窗施工的高触变性快硬自密实混凝土与制备方法，以解决现有技术存在稳定性不足的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于CRTS III型板式轨道天窗施工的高触变性快硬自密实混凝土，各组分所占重量百分比为：

快硬硫铝酸盐水泥100-120份，

硅酸盐水泥20-40份，

粉煤灰8-15份，

石膏15-40份，

砂190-240份，

石185-235份，

水30-40份，

粉体减水剂1-3份，

触变型粘改剂5-10份，

促硬剂0.1-0.5份，

缓凝剂0.1-0.5份。

优选的，所述触变型粘改剂为有机无机复合的粉体触变型粘改剂，其中

无机触变型粘改剂93-98％；

有机粘改剂1～3％；

有机高分子触变型粘改剂1～4％；

上述各组分之和为100％。

优选的，所述无机触变型粘改剂为金红石粉、凹凸棒石粘土、硅藻页岩粉或长石粉中一种或多种的混合物。

优选的，所述有机粘改剂为羟丙基甲基纤维素、温仑胶的一种或其混合物。

优选的，所述有机高分子触变型粘改剂为聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸中一种或多种的混合物。

优选的，所述促硬剂为硝酸镁、硝酸铁、硫酸镁、硫酸铁中的一种或其混合物。

优选的，所述缓凝剂为白糖、柠檬酸钠、柠檬酸的一种或其混合物。

一种制备上述用于CRTS III型板式轨道天窗施工的高触变性快硬自密实混凝土的制备方法，快硬硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰、石膏、砂、粉体减水剂、触变型粘改剂、促硬剂拌制成均匀的干粉料，现场与水和石子通过简易搅拌设备拌制，得到适用于天窗施工的快硬自密实混凝土。

本发明具有以下有益效果：

(1)通过各组分的有效配伍，获得一种用于CRTS III型板式轨道天窗施工的高触变性快硬自密实混凝土，其中硫铝酸盐水泥与石膏调控了硅酸盐水泥的水化速度，而促硬剂促进水化产物产生絮凝，加速混凝土硬化，为混凝土提供了快硬快凝的特性；缓凝剂为混凝土提供足够的可操作时间；触变型粘改剂为混凝土提供高触变性，促硬剂进一步提高触变性，进而提高静动态稳定性而避免泌水和离析；高效减水剂提高混凝土的流动性；粉煤灰进一步改善混凝土的流动性；砂石为混凝土提供骨架；本发明制备的混凝土能满足天窗作业时间的施工需求，以及CRTS III型板式轨道结构的要求。

(2)采用无机与有机组分复合组成触变型粘改剂，其中无机触变型粘改剂主要是颗粒形貌为片状或针棒状的粉体颗粒，由于其特殊的颗粒形态，在水泥浆体中相互搭接，形成堆垛式结构，提高了混凝土的触变性；有机触变型粘改剂主要是非离子型水溶性聚合物，其水溶液粘度高，并具有一定触变性，将有机、无机触变型粘改剂复合使用，可以赋予自密实混凝土高触变性的特性，同时也起到一定的增粘作用。有机粘改剂可以增大粘度，进一步提高混凝土的稳定性。无机、有机触变型粘改剂、有机粘改剂及促硬剂的作用效果会相互促进、相互叠加，发挥出比单独应用更强的作用效果。

(3)通过将多种材料固体化，在工厂将粉体材料搅拌成干粉料，大大提高了现场施工的便利性以及混凝土搅拌的均匀性，并且原材料获取简单、成本低。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

一种用于CRTS III型板式轨道天窗施工的高触变性快硬自密实混凝土，按一立方混凝土计，各组分所占重量比为：

快硬硫铝酸盐水泥115份

硅酸盐水泥20份

粉煤灰12份

石膏20份

砂220份

石210份

水42份

粉体减水剂1.6份

触变型粘改剂5份，其中无机触变型粘改剂质量分数为93％，组成为硅藻页岩粉与长石粉的等质量混合物，有机粘改剂质量分数为2％，成分为温伦胶，有机高分子触变剂质量分数为5％，成分为聚丙烯酸与聚甲基丙烯酸等质量混合物；

促硬剂0.1份，其中主要成分为硝酸镁；

缓凝剂0.2份，其中主要成分为白糖。

其中，快硬硫铝酸盐水泥标号为525及以上，硅酸盐水泥标号为42.5及以上，粉煤灰为I级灰，石膏为二水石膏或半水石膏中的一种或混合物，砂为洁净的机制砂或河沙，细度模数为2.4-2.7，级配曲线为II区；石子最大公称直径不大于16mm、针片状含量小于5％、含泥量不大于0.5％；水为可饮用水。

一种用于CRTS III型板式轨道天窗施工的快硬自密实混凝土的制备方法，将快硬硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰、石膏、砂、粉体减水剂、触变型粘改剂、促硬剂、缓凝剂拌制成均匀的干粉料，现场与水和石子通过混凝土搅拌设备拌制2分钟，得到适用于天窗施工的快硬自密实混凝土。

实施例1快硬自密实混凝土性能测试指标如下：

实施例1拌合物性能：

实施例1硬化混凝土性能：

实施例2

一种用于CRTS III型板式轨道天窗施工的快硬自密实混凝土，按一立方混凝土计，各组分所占重量比为：

快硬硫铝酸盐水泥100份

硅酸盐水泥25份

粉煤灰10份

石膏20份

砂200份

石195份

水40份

粉体减水剂1.5份

触变型粘改剂6份，其中无机触变型粘改剂质量分数为95％，组成为凹凸棒石粘土与金红石粉等质量混合物，有机粘改剂质量分数为2％，成分为羟丙基甲基纤维素，有机高分子触变剂质量分数为3％，成分为聚氧乙烯与聚乙烯醇等质量混合物；

促硬剂0.1份，其中主要成分为硫酸镁；

缓凝剂0.2份，其中主要成分为柠檬酸钠。

一种用于CRTS III型板式轨道天窗施工的快硬自密实混凝土的制备方法，将快硬硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰、石膏、砂、粉体减水剂、触变型粘改剂、促硬剂、缓凝剂拌制成均匀的干粉料，现场与水和石子通过混凝土搅拌设备拌制2分钟，得到适用于天窗施工的快硬自密实混凝土。

实施例2快硬自密实混凝土性能测试指标如下：

实施例2拌合物性能：

实施例2硬化混凝土性能：

对比实施例1

本对比实施例1与实施例1相比，去除了触变型粘改剂，其余与实施例1相同。

对比实施例1快硬自密实混凝土性能测试指标如下：

对比实施例1拌合物性能：

对比实施例1硬化混凝土性能：

通过将实施例1与对比实施例1的混凝土拌合物性能与硬化混凝土性能进行对比发现，触变性粘改剂对于自密实混凝土的硬化性能影响较小，主要略微增大了早期强度，对后期性能基本无影响。对于实施例1，触变型粘改剂的掺入增大了混凝土粘度，降低了流动性，在合理调整外加剂用量后，高触变性自密实混凝土可以满足规范中的性能要求，但是由于触变性较强，流动性的经时损失较大，静置5min后，流动性已经不能满足施工要求，施工前需要处于无间歇的搅拌状态；由对比实施例1的性能指标可以得出，无触变型粘改剂掺加时，混凝土流动性更好，流动度经时损失小，但是稳定性差，静置后产生了泌水，含气量明显降低。因此实施例1中的高触变性自密实混凝土满足了CRTS III型板式轨道天窗施工的流动性、早期强度发展的要求，同时高触变性能够提高混凝土的稳定性，有益于形成更均匀、牢靠的粘结界面。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于CRTS III型板式轨道天窗施工的高触变性快硬自密实混凝土，其特征在于，各组分所占重量百分比为：

快硬硫铝酸盐水泥100-120份，

硅酸盐水泥20-40份，

粉煤灰8-15份，

石膏15-40份，

砂190-240份，

石185-235份，

水30-40份，

粉体减水剂1-3份，

触变型粘改剂5-10份，

促硬剂0.1-0.5份，

缓凝剂0.1-0.5份。

2.根据权利要求1所述的高触变性快硬自密实混凝土，其特征在于，所述触变型粘改剂为有机无机复合的粉体触变型粘改剂，其中

无机触变型粘改剂93-98％；

有机粘改剂1～3％；

有机高分子触变型粘改剂1～4％；

上述各组分之和为100％。

3.根据权利要求2所述的高触变性快硬自密实混凝土，其特征在于，所述无机触变型粘改剂为金红石粉、凹凸棒石粘土、硅藻页岩粉或长石粉中一种或多种的混合物。

4.根据权利要求2所述的高触变性快硬自密实混凝土，其特征在于，所述有机粘改剂为羟丙基甲基纤维素、温仑胶的一种或其混合物。

5.根据权利要求2所述的高触变性快硬自密实混凝土，其特征在于，所述有机高分子触变型粘改剂为聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸中一种或多种的混合物。

6.根据权利要求1所述的高触变性快硬自密实混凝土，其特征在于，所述促硬剂为硝酸镁、硝酸铁、硫酸镁、硫酸铁中的一种或其混合物。

7.根据权利要求1所述的高触变性快硬自密实混凝土，其特征在于，所述缓凝剂为白糖、柠檬酸钠、柠檬酸的一种或其混合物。

8.一种制备权利要求1-7任一项所述用于CRTS III型板式轨道天窗施工的高触变性快硬自密实混凝土的制备方法，其特征在于，快硬硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰、石膏、砂、粉体减水剂、触变型粘改剂、促硬剂、缓凝剂拌制成均匀的干粉料，现场与水和石子通过简易搅拌设备拌制，得到适用于天窗施工的快硬自密实混凝土。