CN114804751A - 一种弹性支承块式无砟轨道道床用自密实混凝土 - Google Patents
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Abstract
一种弹性支承块式无砟轨道用自密实混凝土，以有效满足弹性支承块式无砟轨道的施工条件和搅拌站原材的特殊性，除具大流态、自密实、无离析、低收缩和高抗裂等特点外，还具有高保坍性、对原材料含泥量容忍度高和长距离微振动运输保证石子不出现下沉现象的特点。其按重量份的组分为：水泥120份；细骨料210～250份；粗骨料230～260份；矿物掺合料25～35份；膨胀剂：10‑25份；粘改剂：4～9份；减水剂2～3份；阻泥剂0.05份；内养护剂0.05份；引气剂0.05份；缓释剂0.05份；触变剂0.02份；消泡剂0.002份；水55～65份。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种弹性支承块式无砟轨道道床用自密实混凝土。
背景技术
弹性支承块式无砟轨道又称为LVT型无砟轨道，是在支承块下部及其周围设置橡胶套靴，支承块之间相互独立，支承块底部和橡胶套靴之间设置有一层橡胶弹性垫，并在套靴周围和下部灌注混凝土而成的为减小列车在隨道内的振动而设计的减振型轨道结构型式。主要由钢轨、预埋式可调高扣件、支承块、橡胶靴套、块下胶垫、现浇混凝土道床板以及基础等组成。作为一种低振动轨道结构，弹性支承块式无砟轨道结构在我国铁路重载和客货共线的隧道内和城市地铁中得到广泛应用。
由于现有弹性支承块式无砟轨道采用现浇混凝土道床，钢筋布置密集，因此对混凝土坍落度要求较高，但普通高流态混凝土在振捣后极易出现气泡上浮、泌水离析等现象。进而导致弹性支承块橡胶套靴底部与整体道床之间存在间隙，现场表现为支承块空吊病害。支承块空吊使得列车经过空吊位置处时支承块出现明显的上下浮动现象，钢轨与支承块的振动和冲击加剧，影响轨道结构的整体性和稳定性，增加轨道结构各部件的受力和变形，轨道结构几何形位恶化，增加现场养护维修的工作量。且普通混凝土需要借助捣棒插捣，容易扰动轨排，对道床板的精度产生影响，增加后期长轨精调时的扣件更换率。此外，普通混凝土硬化后易开裂，容易在弹性支承块四周产生八角裂缝，对轨道结构的整体耐久性极为不利。
因此，开发出流动度大、密实性好，施工工艺简单、施工质量易控的混凝土材料以取代弹性支承块现浇道床混凝土是十分有必要的。自密实混凝土是指在自身高流动性等作用下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好均质性，并且不需要附加振动的混凝土。自密实混凝土在高铁上已有成功经验，但弹性支承块式无砟轨道多在隧道或地铁中使用，其存在独特的施工和运输条件，如下料口设置较少，隧道内部环境温湿度变化较大、风速较高这使得混凝土离开罐车之后需要很长一段距离的无动力运输才能到达施工作业面。因此，弹性支承块式无砟轨道用自密实混凝土必须面临长距离运输后仍具有良好的工作性能，拥有良好的保坍能力；长时间振动之后仍然不会出现石子下沉现象；同时在隧道多风、温湿度变化较大条件下不易开裂等一系列挑战。
目前，没有专利文献涉及弹性支承块式无砟轨道用自密实混凝土，有一些专利文献涉及板式无砟轨道自密实混凝土，如在专利号为201910720667.1的发明专利说明书公开了一种用于CRTS III型板式轨道天窗施工的高触变性快硬自密实混凝土与制备方法，适用于板式轨道天窗施工混凝土的浇筑，对于弹性支承块式无砟轨道不一定适用。申请号为201910113830.8的发明专利申请说明书中公开了一种地铁无砟轨道垫层专用自密实混凝土及其制备和使用方法，仅适用于地铁版式无砟轨道垫层施工。此外，还有一些特殊施工条件下的自密实混凝土技术，如在专利号为201610798544.6的发明专利说明书中公开了一种易于超高层泵送的高强自密实混凝土，仅适用于超高层建筑施工。在申请号为202010353282.9的发明专利申请说明书中公开了一种高寒地带自密实混凝土及其制备方法和用途，仅适用于高寒地带自密实混凝施工。
发明内容
本发明所要解决的技术是提供一种弹性支承块式无砟轨道用自密实混凝土，以有效满足弹性支承块式无砟轨道的施工条件和搅拌站原材的特殊性，除具大流态、自密实、无离析、低收缩和高抗裂等特点外，还具有高保坍性、对原材料含泥量容忍度高和长距离微振动运输保证石子不出现下沉现象的特点。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
本发明的一种弹性支承块式无砟轨道道床用自密实混凝土，由水泥、细骨料、粗骨料、矿物掺和料、膨胀剂、粘改剂、减水剂、内养护剂、缓释剂、消泡剂和水混合搅拌而成，其按重量份的组分为：
水泥120份；
细骨料210～250份；
粗骨料230～260份；
矿物掺合料25～35份；
膨胀剂：10-25份；
粘改剂：4～9份；
减水剂2～3份；
阻泥剂0.05份；
内养护剂0.05份；
引气剂0.05份；
缓释剂0.05份；
触变剂0.02份；
消泡剂0.002份；
水55～65份。
优选地，所述水泥为中热水泥、低热水泥或普通硅酸盐水泥；所述矿物掺合料为粉煤灰、矿粉；所述矿粉为P800型和P1000型超细矿粉中的一种；所述粉煤灰粒径范围为0.5～300μm，孔隙率为50％～80％，细度＜25％。
优选地，所述细骨料为河沙或机制砂，其细度模数为2.0～3.0，当所述砂为机制砂时，所述机制砂中的石粉含量在12％以内，当所述砂为河砂时，所述河砂中的含泥量在5％以内。
优选地，所述粗骨料为粒径不大于16mm的石灰岩、玄武岩，其中10～16mm粒径部分不少于20％。
优选地，所述膨胀剂为硫铝酸钙型混凝土膨胀剂。
优选地，所述粘改剂为有机无机复合的粉体粘改剂，其中无机粘改剂93-98％；有机粘改剂1～3％；有机高分子粘改剂1～4％；上述各组分之和为100％。
优选地，所述减水剂采用聚羧酸高效减水剂，其减水率≥25％，固含量≥20％，坍落度保持时间≥2小时。
优选地，所述阻泥剂为聚乙二醇、水性聚合物、没食子酸、二乙二醇的混合物。
优选地，所述内养护剂为无机吸水剂改性水玻璃型、高分子吸水树脂、高分子乳液型的一种或其混合物。
优选地，所述引气剂为松香树脂类、烷基类、脂肪醇磺酸盐类的一种或其混合物；所述缓释剂为葡萄糖酸钠、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸与高吸水树脂、无机吸水剂改性水玻璃的一种或其混合物。
优选地，所述消泡剂为聚醚类消泡剂。
本发明的有益效果体现在如下方面：
一、普通缓凝剂与高吸水性树脂复合而成的缓凝剂提升混凝土的保坍性；缓释剂采用主要成分为高吸水性树脂、无机吸水剂改性水玻璃包裹葡萄糖、葡萄糖酸钠、蔗糖、柠檬酸。该缓释剂能够将葡萄糖、葡萄糖酸钠、蔗糖、柠檬酸缓慢释放，最大限度延长混凝土的初凝时间，提高了对砂石含泥量的容忍度，同时对混凝土终凝时间又有较好的把握，大大提升混凝土的保坍性又不影响施工进度。
二、有机与无机触变型粘改剂复合使用大大提升了自密实混凝土的稳定性，可有效解决长距离运输中骨料下沉的问题。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；片状或针棒状的颗粒型无机触变型粘改剂因其特殊的颗粒形态，在水泥浆体中相互搭接，提高了混凝土的触变性；有机、无机触变型粘改剂的复合使用赋予了自密实混凝土高触变性；
三、粉煤灰、矿粉、硅灰等微集料的复合使用改善混凝土的流动性、粘聚性与保水性，且减少了水泥用量，使得混凝土水化放热减少，避免温度裂缝的发生。粉煤灰与矿粉的加入可提升混凝土的抗渗透、抗碳化、抗硫酸盐侵蚀等耐久性能；
四、引气剂与消泡剂复合使用控制引入气泡的直径。引气剂可引入20μm的小气泡，这对混凝土的抗冻融以及抗裂性能的提升非常明显，且消泡剂的使用使得不稳定大气泡发生破裂，分散的气体重新在料浆中形成小气泡，以至于强度不会明显降低；
五、膨胀剂与内养护剂的复合使用控制自密实混凝土的早期收缩。因自密实混凝土喊砂率高，粗骨料粒径小，胶凝材料用量大，易导致混凝土自身收缩量大。所加入的硫铝酸钙型膨胀剂水化后生成的钙矾石产生体积微膨胀剂，可补充混凝土早期化学收缩与自收缩。含有吸水保水组分材料的内养护可提高混凝土后期水化所需水分，也可补充干燥过程中的水分散失，维持混凝土内部湿度，大大减小干燥收缩。
本发明除具大流态、自密实、无离析、低收缩和高抗裂等特点外，还具有高保坍性、对原材料含泥量容忍度高和长距离微振动运输保证石子不出现下沉现象的特点，可有效满足弹性支承块式无砟轨道的施工条件和搅拌站原材的特殊性，
具体实施方式
以下结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容不仅仅限于以下实施例。
本发明的一种弹性支承块式无砟轨道道床用自密实混凝土，由水泥、细骨料、粗骨料、矿物掺和料、膨胀剂、粘改剂、减水剂、内养护剂、缓释剂、消泡剂和水混合搅拌而成，其按重量份的组分为：
水泥120份；
细骨料210～250份；
粗骨料230～260份；
矿物掺合料25～35份；
膨胀剂：10-25份；
粘改剂：4～9份；
减水剂2～3份；
阻泥剂0.05份；
内养护剂0.05份；
引气剂0.05份；
缓释剂0.05份；
触变剂0.02份；
消泡剂0.002份；
水55～65份。
实施例所选用原材料如下：
所述水泥为高争42.5R普通硅酸盐水泥，其28d强度大于42.5MPa，碱含量小于0.6％，氯离子含量小于0.06％。
所述矿物掺合料为粉煤灰与矿粉，粉煤灰采用宁夏新汇德工贸有限公司，F类Ⅱ级及以上产品，矿粉采用甘肃立之林建材有限公司生产的火山岩质矿物掺和料。利用矿物掺合料的微集料效应、活性效应与形态效应，改善界面过渡区，提高混凝土的体积稳定性与抗裂性，抑制碱-集料反应与钢筋锈蚀，提高混凝土的耐久性。利用矿物掺合料改变混凝的和易性，提高混凝土的工作性能，让混凝土不容易产生离析、泌水。
所述细骨料为河沙或机制砂，其细度模数为2.0～3.0，连续级配，粒径不大于5mm，产自山南坚阿河砂石场。所述粗骨料为粒径不大于16mm的石灰岩、玄武岩，其中10～16mm粒径部分不少于30％，产自山南坚阿河砂石场。通过对粗骨料、细骨料的颗粒级配优化，在保证自密实混凝土对于钢筋有较好的透过性能的同时，使颗粒间达到最大密实堆积，保证了硬化混凝土的强度，提高了混凝土的体积稳定性。
所述粘改剂为硅灰、超细石灰石粉、羟丙基甲基纤维素、纤维素醚、纳米碳酸钙、纳米二氧化硅组成的有机无机复合的粉体粘改剂，其中无机粘改剂93-98％；有机粘改剂1～3％；有机高分子粘改剂1～4％；上述各组分之和为100％。粘改剂产自四川昊龙高科轨道交通新材料科技股份有限公司市。羟丙基甲基纤维素主要是非离子型水溶性聚合物，其水溶液粘度高，并且具有独特的热凝胶性质，在水泥水化反应发生时能够随温度升高变为凝胶状并具有一定触变性，有利于将因为振动而下沉的砂石拖住；纳米碳酸钙、纳米二氧化硅等无机触变型粘改剂因其特殊的颗粒形态，在水泥浆体中相互搭接，提高了混凝土拌合物的粘度，对于长距离无动力运输后还能保证混凝土状态具有重要作用。硅灰和超细石灰石粉有利于增加混凝土的粘度，优化混凝土的固相组成，提高混凝土的抗离析能力，改变混凝土的和易性。
所述膨胀剂为山西黄恒科技有限公司生产的硫铝酸钙系列膨胀剂。膨胀剂具有补偿混凝土干缩和密实混凝土，保证轨道板与弹性支承块之间的不发生脱粘、离缝。且不含钠盐，不会引起混凝土碱骨料反应，耐久性良好。
所述减水剂采用山西黄恒建材有限公司市售聚羧酸减水剂产品，其减水率≥30％，固含量≥20％，坍落度保持时间≥2小时。
所述阻泥剂采用山西黄恒建材有限公司市售产品，其成分为聚乙二醇、水性聚合物、没食子酸、二乙二醇等。阻泥剂属于小分子吸附剂，可以优先吸附在粘土颗粒表面，中和粘土的电荷，降低粘土对聚羧酸减水剂的吸附，增加混凝土的流动性，降低混凝土的坍落度经时损失，对混凝土长距离运输后仍具有良好的工作性能具有决定性作用。
所述缓释剂采用山西黄恒建材有限公司市售产品，其主要成分为羧甲基纤维素、纤维素醚等包裹葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙、蔗糖等。该缓释剂能够将葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙、蔗糖缓慢释放，延长了混凝土的初凝时间，同时对混凝土终凝时间又有较好的把握，保证混凝土长距离长时间运输的要求，又不影响施工进度。
所述消泡剂采用山西黄恒建材有限公司市售产品，其主要成分为有机硅类消泡剂，其主要成分为聚醚-硅氧烷共聚物。该消泡剂可在强碱性环境下仍具有较高消泡能力，可有效降低新拌自密实混凝土表面的浮泡，并可有效减少自密实混凝土搅拌、运输过程中所引入气泡。
实施例1：
本实施例的弹性支承块式无砟轨道用自密实混凝土是水泥、细骨料、粗骨料、矿物掺和料、膨胀剂、粘改剂、减水剂、阻泥剂、内养护剂、缓释剂、消泡剂和水混合搅拌而成。各组分的重量份为：
水泥120份；
细骨料225份；
粗骨料245份；
矿物掺合料38份；
膨胀剂12份；
粘改剂5.5份；
减水剂2.4份；
阻泥剂0.05份；
内养护剂0.05份；
缓释剂0.05份；
消泡剂0.001份；
水50份。
实施例2：
本实施例的弹性支承块式无砟轨道用自密实混凝土是由水泥、细骨料、粗骨料、矿物掺合料、膨胀剂、粘改剂、减水剂、阻泥剂、消泡剂、水等组成。各组分的重量份为：
水泥120份；
细骨料220份；
粗骨料240份；
矿物掺合料25份；
膨胀剂16份；
粘改剂9.5份；
减水剂2份；
阻泥剂0.05份；
内养护剂0.05份；
缓释剂0.05份；
触变剂0.03份；
消泡剂0.001份；
水65份。
实施例3：
本实施例的弹性支承块式无砟轨道用自密实混凝土是由水泥、细骨料、粗骨料、矿物掺合料、膨胀剂、粘改剂、减水剂、阻泥剂、消泡剂、水等组成。各组分的重量份为：
水泥120份；
细骨料250份；
粗骨料235份；
矿物掺合料43份；
膨胀剂15份；
粘改剂5份；
减水剂2.5份；
阻泥剂0.05份；
内养护剂0.05份；
缓释剂0.05份；
触变剂0.03份；
消泡剂0.001份；
水50份。
性能测试：
新拌混凝土性能指标为：坍落度筒扩展至500mm所需时间5s，扩展度为680mm，“J”环高差为14mm，“L”仪时间为7s，“L”仪两侧高度比为0.95；坍落扩展度3小时损失小于20mm；即使混凝土砂石含泥量较大，混凝土坍落度仍没有较大损失；1小时无搅拌动力、长距离、微振动运输不会出现石子下沉、离析等现象；硬化混凝土性能指标为：3d抗压强度24.5MPa，28d抗压强度54.0MPa，56d电通量305库伦，氯离子扩散系数2.5×10-12m2/s，抗冻融循环次数250次，56d干燥收缩值255×10-6。
由此可见，本发明的弹性支承块式无砟轨道道床用自密实混凝除具有一般自密实混凝土大流态、自密实、无离析等特点外，还具有高保坍性，在3个小时后坍落扩展度损失不超过30mm，而且对原材料含泥量容忍度高，长距离微振动运输保证石子不出现下沉的特点。此外还具有低收缩、高抗裂、高抗冻的特性，可广泛用于铁路与地铁中弹性支承块式无砟轨道结构中的道床板浇筑。
Claims (10)
1.一种弹性支承块式无砟轨道道床用自密实混凝土，由水泥、细骨料、粗骨料、矿物掺和料、膨胀剂、粘改剂、减水剂、内养护剂、缓释剂、消泡剂和水混合搅拌而成，其按重量份的组分为：
水泥120份；
细骨料210～250份；
粗骨料230～260份；
矿物掺合料25～35份；
膨胀剂：10-25份；
粘改剂：4～9份；
减水剂2～3份；
阻泥剂0.05份；
内养护剂0.05份；
引气剂0.05份；
缓释剂0.05份；
触变剂0.02份；
消泡剂0.002份；
水55～65份。
2.如权利要求1所述一种弹性支承块式无砟轨道道床用自密实混凝土，其特征是：所述水泥为中热水泥、低热水泥或普通硅酸盐水泥；所述矿物掺合料为粉煤灰、矿粉；所述矿粉为P800型和P1000型超细矿粉中的一种；所述粉煤灰粒径范围为0.5～300μm，孔隙率为50％～80％，细度＜25％。
3.如权利要求1所述一种弹性支承块式无砟轨道道床用自密实混凝土，其特征是：所述细骨料为河沙或机制砂，其细度模数为2.0～3.0，当所述砂为机制砂时，所述机制砂中的石粉含量在12％以内，当所述砂为河砂时，所述河砂中的含泥量在5％以内。
4.如权利要求1所述一种弹性支承块式无砟轨道道床用自密实混凝土，其特征是：所述粗骨料为粒径不大于16mm的石灰岩、玄武岩，其中10～16mm粒径部分不少于20％。
5.如权利要求1所述一种弹性支承块式无砟轨道道床用自密实混凝土，其特征是：所述膨胀剂为硫铝酸钙型混凝土膨胀剂。
6.如权利要求1所述一种弹性支承块式无砟轨道道床用自密实混凝土，其特征是：所述粘改剂为有机无机复合的粉体粘改剂，其中无机粘改剂93-98％；有机粘改剂1～3％；有机高分子粘改剂1～4％；上述各组分之和为100％。
7.如权利要求1所述一种弹性支承块式无砟轨道道床用自密实混凝土，其特征是：所述减水剂采用聚羧酸高效减水剂，其减水率≥25％，固含量≥20％，坍落度保持时间≥2小时。
8.如权利要求1所述一种弹性支承块式无砟轨道道床用自密实混凝土，其特征是：所述阻泥剂为聚乙二醇、水性聚合物、没食子酸、二乙二醇的混合物。
9.如权利要求1所述一种弹性支承块式无砟轨道道床用自密实混凝土，其特征是：所述内养护剂为无机吸水剂改性水玻璃型、高分子吸水树脂、高分子乳液型的一种或其混合物。
10.如权利要求1所述一种弹性支承块式无砟轨道道床用自密实混凝土，其特征是：所述引气剂为松香树脂类、烷基类、脂肪醇磺酸盐类的一种或其混合物；所述缓释剂为葡萄糖酸钠、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸与高吸水树脂、无机吸水剂改性水玻璃的一种或其混合物；所述消泡剂为聚醚类消泡剂。
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