CN114573311A - 一种预铸混凝土构件材料配方及其生产工艺 - Google Patents

一种预铸混凝土构件材料配方及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种预铸混凝土构件材料配方及其生产工艺，由以下重量份数配置而成：包括以下组分：粗骨料891‑963份；细骨料811‑876份；火山灰材料121‑131份；胶结材料35‑632份；羧酸基减水剂3.9‑15.2份；钢纤维11.3‑26份。本发明采用精确的定性和定量手段来控制材料配比，从而彻底解决了制造仰赖复杂的实验或操作人员的经验来确定材料配比所带来的混凝土制造中的不确定性及品质不定的困扰，并且能够获得最大密度和稳定性的混凝土，以及确保生产出混凝土预制构件的质量。

Description

一种预铸混凝土构件材料配方及其生产工艺
技术领域
本发明涉及混凝土构件领域，特别涉及一种预铸混凝土构件材料配方及其生产工艺。
背景技术
原创创意是针对传统在运输轨道系统中，常见采用木制枕木，特别是铁路开关段的枕木。此外，要产生紧固件的特殊结构，当列车经过导轨开关时，轨枕的动态行为很复杂。近年来，环境意识不断上升，获得木块也越来越困难，价格也在逐年上涨。因此，目前的直线轨道已经多使用预制的预应力混凝土轨枕来代替普通的木制枕木。现如今，燃煤电厂会逐渐被核能电厂取代，如此产生核废料将日渐增加，所以本发明亦以制作中低放射性废弃物高完整性储存桶，以取代传统习用的金属桶。
发明内容
本发明的目的在于提供一种预铸混凝土构件材料配方及其生产工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种预铸混凝土构件材料配方，由以下重量份数的原料配置而成：
Figure BDA0003525233690000011
Figure BDA0003525233690000021
优选的，所述粗骨料是碎石骨料，所述粗骨料的最大粒径是12.5mm。
优选的，所述细骨料是细度模数介于2.8-3.2的有机砂。
优选的，所述火山灰材料和胶结材料的总使用量是556-763份。
优选的，所述火山灰材料包括粉煤灰和微硅粉，粉煤灰为90-97份，微硅粉为31-34份。
优选的，所述胶结材料包括水泥、高炉水淬渣粉和水，水泥为235-350份，高炉水淬渣粉为78-117份，水为122-165份。
优选的，所述钢纤维的两端为弯钩，所述混凝土的抗压强度是700-1050kgf/cm2。
本发明还提供了一种预铸混凝土构件材料的生产工艺，包括以下生产步骤：
步骤一：混合粗骨料和细骨料作为组成颗粒的主要框架；
步骤二：加入火山灰材料和胶结材料；
步骤三：加入水和羧酸基高效减水剂；
步骤四：将钢纤维加入并进行搅拌工作。
优选的，所述步骤二中火山灰材料用于填充固体颗粒间的空隙中充当微型粒料，并产生火山灰反应。
优选的，所述步骤四中钢纤维的纵横比在50-70之间，钢纤维的体积少于总体积的1％。
本发明的技术效果和优点：
(1)本发明采用精确的定性和定量手段来控制材料配比，从而彻底解决了制造仰赖复杂的实验或操作人员的经验来确定材料配比所带来的混凝土制造中的不确定性及品质不定的困扰，并且能够获得最大密度和稳定性的混凝土，以及确保生产出混凝土预制构件的质量；
(2)本发明引入既定的矩阵模式来决定材料的使用，简化混凝土材料配方计算方法，提高预制混凝土构件的质量；
(3)本发明的致密配比设计方法可以大大减少水泥系数和水泥使用，从而大大减少二氧化碳排放，增加混凝土强度，克服纤维材料可能影响其工作性的恼人问题，并通过物理和化学作用提高混凝土轨枕、中低放射性核废料储存桶和相关预制混凝土构件的耐久性。
附图说明
图1为本发明富勒的理论渐变曲线。
图2为本发明混合粒子包单元重量图。
图3为本发明混合粒子包包装体积图。
图4为本发明轨枕材料级配曲线。
图5为本发明颗粒的涂覆浆层厚度示意图。
图6为本发明钢纤维的涂层厚度示意图。
图7为本发明预应力导轨开关混凝土轨枕的抗压强度关系模式。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1-7所示的一种预铸混凝土构件材料配方及其生产工艺，由以下重量份数的原料配置而成：
Figure BDA0003525233690000031
Figure BDA0003525233690000041
粗骨料是碎石骨料，粗骨料的最大粒径是12.5mm，细骨料是细度模数介于2.8-3.2的有机砂，火山灰材料和胶结材料的总使用量是556-763份，火山灰材料包括粉煤灰和微硅粉，粉煤灰为90-97份，微硅粉为31-34份，胶结材料包括水泥、高炉水淬渣粉和水，水泥为235-350份，高炉水淬渣粉为78-117份，水为122-165份，钢纤维的两端为弯钩，混凝土的抗压强度是700-1050kgf/cm2。
下面是本发明具体的生产步骤：
步骤一：混合粗骨料和细骨料作为组成颗粒的主要框架；
步骤二：加入火山灰材料和胶结材料，火山灰材料用于填充固体颗粒间的空隙中充当微型粒料并产生火山灰反应，胶结材料的高炉水淬渣粉用于减少水泥的使用；
步骤三：加入水和羧酸基高效减水剂；
步骤四：将钢纤维加入并进行搅拌工作，钢纤维的纵横比在50-70之间，钢纤维的体积少于总体积的1％。
上述每种材料混合物中使用量的计算方法是：
Figure BDA0003525233690000042
其中Ksst和Ksst’是颗粒和纤维材料的每单位重量的总表面积，单位是m2/kg；
γ是每种材料的密度，单位是份；
t是涂覆浆层的厚度，单位是μm；
ξ是高炉水淬渣粉替代水泥的重量比，单位是wt％；
Pw，1-Pw，4为粗骨料、细骨料、粉煤灰、硅粉四种混合颗粒比：Pw，1为粗骨料重量比；Pw，2为细骨料重量比之比；Pw，3为粉煤灰的重量比；Pw，4为硅粉的重量比；
Vv是粗骨料和细骨料混合后的孔隙体积，Umax是致密混合料的最大单位重量，单位是份；
Figure BDA0003525233690000051
Va是空气含量；
Vfiber是钢纤维材料的体积含量。
在上述计算方式中，富勒曲线与粒径分析数据一起用来计算堆积配比，其中图一中P是小于颗粒直径d的含量，d是颗粒的粒径，D是颗粒的标称最大粒径，根据堆积配比实验结果，找到如图2所示的最大单位中的配比，以及如图3所示的最大堆积密度，和如图4所示的最接近理想分级曲线的曲线。
本发明假设颗粒为球体，并确定颗粒和纤维材料单位重量对总表面积的贡献，并另外引入了涂层浆料厚度的概念，例如图5和图6，分别为本发明描述颗粒的粘贴涂层厚度的示意图和本发明钢纤维涂层浆料厚度的示意图，其中图中的颗粒10表面和钢纤维20的表面被润滑浆料厚度t涂覆，这是最小润滑浆料厚度，Vv是颗粒10之间的空隙，所用的混凝土浆量是根据轨枕结构及相关预制混凝土构件的要求确定，其公式是Vp＝Vv+S·t，其中Vp为混凝土的水泥浆体体积、Vv为粗细骨料混合料的孔隙率、S为颗粒和纤维材料比表面积、t为润滑涂层浆体厚度，计算机程序应使用已经建立的矩阵关系式1来进行公式计算得出结果，以确定本实施例的预制构件材料和相关的预制构件的材料使用量。
本发明预制混凝土构件在开关软枕及中低放射性核废气物储存桶中进行如下测试：
轨枕规格：长度为4米、宽度为0.27米、高度为0.22米；
预应力预张执行：每个轨枕铺设6根钢链，每根连杆施加8-14公吨预应力，总计48-84公吨预应力，而中低发射性核废气物储存桶并无需采用钢链；
从上述公式计算方法的投影比例出发，进行了三次运行：改变浆料质量、改变浆料体积和使用固定浆料质量、浆料体积但改变钢纤维含量，观察到的纤维混凝土的性能见表1；
Figure BDA0003525233690000061
表1
该配比设计理论考虑了材料产生和控制之间的互利，加入粉煤灰和高炉水淬渣粉，并考虑耐久性特性及中低放射性核废气物储存桶需求300年的要求，尽可能减少用水和水泥使用，如表1所示，水泥的最高使用量约为300份，在新拌混凝土项目特性分析中，无论浆质量是否改变，浆厚度改变或浆质量和浆糊层厚度固定，同时改变纤维含量，均能达到塌落度25±25mm，坍流度600±100mm，及流动时间大于30秒；
在上述实施例的钢纤维混凝土试验主体的配比设计中，表2描述了序列号SFRC241005和SFRC281005的试验主体的工程性能，工程性能中的抗压强度作为检验混凝土安全性能的重要指标，其结构强度的大小与混凝土的长期使用寿命有关，发明中的第二组材料设计试验主体均属于高性能混凝配比设计，从图中可以看出。这两套配比的设计在28天都超过了70MPa，在56天都超过了83MPa。
Figure BDA0003525233690000071
表2
最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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 (10)

1.一种预铸混凝土构件材料配方，其特征在于：由以下重量份数的原料配置而成：
Figure FDA0003525233680000011
2.根据权利要求1所述的一种预铸混凝土构件材料配方，其特征在于，所述粗骨料是碎石骨料，所述粗骨料的最大粒径是12.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种预铸混凝土构件材料配方，其特征在于，所述细骨料是细度模数介于2.8-3.2的有机砂。
4.根据权利要求1所述的一种预铸混凝土构件材料配方，其特征在于，所述火山灰材料和胶结材料的总使用量是556-763份。
5.根据权利要求1所述的一种预铸混凝土构件材料配方，其特征在于，所述火山灰材料包括粉煤灰和微硅粉，粉煤灰为90-97份，微硅粉为31-34份。
6.根据权利要求1所述的一种预铸混凝土构件材料配方，其特征在于，所述胶结材料包括水泥、高炉水淬渣粉和水，水泥为235-350份，高炉水淬渣粉为78-117份，水为122-165份。
7.根据权利要求1所述的一种预铸混凝土构件材料配方，其特征在于，所述钢纤维的两端为弯钩，所述混凝土的抗压强度是700-1050kgf/cm2。
8.一种预铸混凝土构件材料的生产工艺，包括以下生产步骤：
步骤一：混合粗骨料和细骨料作为组成颗粒的主要框架；
步骤二：加入火山灰材料和胶结材料；
步骤三：加入水和羧酸基高效减水剂；
步骤四：将钢纤维加入并进行搅拌工作。
9.根据权利要求6所述的一种预铸混凝土构件材料的生产工艺，其特征在于，所述步骤二中火山灰材料用于填充固体颗粒间的空隙中充当微型粒料，并产生火山灰反应。
10.根据权利要求6所述的一种预铸混凝土构件材料的生产工艺，其特征在于，所述步骤四中钢纤维的纵横比在50-70之间，钢纤维的体积少于总体积的1％。
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