一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土的製作方法

2023-05-04 16:27:21

專利名稱：一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土的製作方法
技術領域：
本發明涉及混凝土，具體涉及一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土。
背景技術：
自密實混凝土屬於高流動性混凝土，具有很高的流動性而不離析、不泌水，能不經振搗或少振搗而自動流平並充滿模型和包裹鋼筋的混凝土。自密實混凝土綜合效益顯著，特別是用於難以澆築甚至無法澆築的部位，可避免出現因振搗不足而造成的空洞、蜂窩、麻面等質量缺陷。近年來隨著我國高鐵的大力發展，在引進創新的基礎上研究出不同無砟軌道結構形式，而軌道板、道岔板的充填層由於其特殊性和重要性，一直被重點關注與研究，之前使用CA (水泥、浙青混合料)砂漿作為其充填層，能否在設計使用年限內滿足列車運行的安全要求還有待於時間的檢驗。因此，設計在無砟軌道板、道岔板充填層中開始探索使用自密實混凝土。高鐵道岔自密實混凝土的研究是非常必要的。如石武(石家莊一武漢)客運專線河南段明港東站共有8組高速道岔，共160塊道岔板，道岔板的尺寸為長2. 90m 6. 00m、寬2. 57m 5. 45m。按照道岔板結構設計，路基上道岔區板式無砟軌道結構主要由道岔部件、預製道岔板、底座及找平層部分組成，在道岔板與底座之間設置剪力筋。其中底座為厚度180mm的C40混凝土，採用自密實混凝土現場澆注，底座延展貫穿於整個道岔區。由於每塊道岔尺寸都不相同，形狀各異，所以施工難度相當大。由於對高鐵道岔板的鋪設精度要求相當高，所以採用先對道岔板進行精調以後再充填灌注混凝土的施工程序。基於以上原因若道岔板與底座之間的充填層採用普通混凝土進行灌注將會大大增加施工難度，因為在灌注過程中普通混凝土在不振搗情況下很難填充滿整個道岔區，充填層也很容易出現空洞、分層等現象；如果外界對普通混凝土實施振搗密實又會導致道岔板移位，影響道岔板的鋪設精度。而採用自密實混凝土，就能夠很好的解決上述問題，因為自密實混凝土具有很高的流動性而不離析、不泌水，能不經振搗而自動流平並完全充滿整個道岔區和包裹鋼筋，確保了道岔板與底座之間充填層的密實、耐久以及道岔板的鋪設精度。自密實混凝土配製的關鍵是滿足良好的流變性能要求。然而，目前國內只有中國工程建設標準化協會頒布了 CECS 203:2006《自密實混凝土應用技術規程》，但該標準並不完全適合高鐵無砟軌道板、道岔板之間自密實混凝土施工及耐久性要求。因此，研究出真正適合高鐵的自密實混凝土，並找到相應的控制標準就顯得尤為重要。如CN 101767966 A公布的「無砟軌道道岔自密實混凝土」，由水泥、礦渣粉、細骨料、粗骨料、水、減水劑和膨脹劑組成，除具有微膨脹、免振搗、可自流密實的特點外，還能夠減少混凝土裂紋，更好地加強混凝土的耐久性。應當說，這是一種有益的探索。

發明內容
本發明目的是提供一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，具有很好的流動性而不離析、不泌水，能不經振搗而自動流平並完全充滿整個道岔區和包裹鋼筋，確保了道岔板與底座之間充填層的密實、耐久以及道岔板的鋪設精度，並對高鐵道岔自密實混凝土提出科學的控制指標。本發明採用摻入膨脹劑、粉煤灰、礦渣粉、減水劑的四摻技術，以解決新拌混凝土高流動性和抗離析性之間的矛盾，並且通過降低水化熱和膨脹補償收縮的方式有效提高混凝土的耐久性。根據道岔板底座自密實混凝土的工作性、強度和耐久性要求採取下列措施 (I)選用摻入粉煤灰、礦渣粉兩種外摻料以改善新拌混凝土的和易性，減少混凝土的離析和泌水現象，使水泥漿與骨料界面結合力得到強化，有利於自密實混凝土輸送、澆注等施工；礦物摻合料的水化產物能有效提高混凝土的強度，進而改善自密實混凝土的耐久性；
如果僅摻入礦渣粉，首先由於礦渣粉與水泥顆粒之間及礦渣粉與礦渣粉之間接觸點面積小，且礦渣粉的斥水作用使得對減水劑吸附作用也較弱，會直接影響混凝土的拌合物性能；其次，當礦渣粉的摻量較低時，起不到降低水化熱溫升的作用；當礦渣摻量較大時，混凝土後期收縮較大，容易開裂；再者，摻入礦渣粉的混凝土的水化反應依賴於水泥水化反應產生的鹼性物質的激發，生成凝膠體的速度遠低於純水泥混凝土。粉煤灰的礦物組成是海綿玻璃體和鋁矽玻璃體微珠，這些球形玻璃體表面光滑，顆粒尺寸小，質地緻密，在新拌合物中起到一定的潤滑作用，其形態效應使得混凝土的流動性很好，另外，粉煤灰在水泥水化初期不參與水化反應，而是與水泥水化產物Ca (OH) 2進行二次水化,滯後於水泥水化的過程，延緩了由於水化而產生的溫升，降低了水化熱，摻粉煤灰的混凝土早期強度隨粉煤灰摻量的增加而降低，但後期強度增長潛力較大。然而，採用礦渣粉及粉煤灰的雙摻就能完全補償單摻之不足，使單組分充分發揮各自的效應；並由於各組分顆粒形態、細度、化學組成均有不同，能相互激發，相互補充，對混凝土的孔結構產生複合效應。雙摻後，首先是由於它們的粒徑與水泥顆粒粒徑形成粒徑梯度，顆粒之間相互填充，因此可以進一步減少細集料顆粒間的空隙，使其更加密實，並且可以使得水泥顆粒間的水分得以釋放，形成自由水，提高混凝土的流動性，和易性，減少塌落度損失。其次，在混凝土內部的鹼性環境中，礦渣粉和粉煤灰吸收水泥水化時形成的Ca (OH)2，進一步水化形成C-S-H凝膠，使界面區的Ca (OH)2晶粒變小，改善了混凝土的微觀結構，使水泥漿體的空隙率明顯下降，強化了集料界面的粘結力，使得混凝土的物理力學性能大大提高。最後，加入礦渣粉和粉煤灰後，其微集料效應和火山灰效應使得混凝土的結構更為緻密，降低了孔隙率。由於礦渣粉的細度高於粉煤灰，雙摻後使得材料顆粒間相互填充孔隙，使各組成材料緊密堆積，進一步降低孔隙率，從而增加混凝土結構的密實度，提高了混凝土的耐久性能。(2)使用減水劑具有較好的分散性，低摻量高減水率，坍落度經時損失小，具有一定引氣功能，可使用更多粉煤灰取代水泥，以提高自密實混凝土的流動性；
(3)選用膨脹劑，以提高混凝土的自應力，抵消混凝土在硬化過程中產生的收縮應力，防止或減少混凝土收縮開裂，使混凝土緻密，提高混凝土的抗裂抗滲性能，以延長混凝土結構的使用壽命；為了在混凝土硬化過程中儘量減少混凝土裂紋的出現，特別摻入膨脹劑，力口入膨脹劑的混凝土加水後生成大量膨脹性結晶水化物「鈣礬石」，在鋼筋和鄰位的約束下，形成O. 2 O. 7MPa預應壓力，可抵消混凝土在硬化過程中產生的收縮拉應力，防止或減少混凝土收縮開裂，使混凝土緻密化，提高混凝土抗裂抗滲性能，成為補償收縮、不裂不滲的混凝土自防水結構；(4)通過優化混凝土配合比儘量減少水泥用量，降低水化熱，減少溫度應力收縮裂縫，以達到自密實。本發明所述的一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，含有水泥、粉煤灰、礦渣粉、細骨料、粗骨料、水、減水劑和膨脹劑，其特徵是各組分的重量百分比為水泥11% 12% ;粉煤灰6% 7% ;礦渣粉3% 4% ;細骨料33% 35% ;粗骨料34% 35% ;水7% 8% ;減水劑O. 2% O. 3% ;膨脹劑2% 3% ;本自密實混凝土坍落擴展度值應以入模坍落擴展度控制為準，入模坍落擴展度控制值(直徑)為600mm 650mm。所述的一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，通過以下步驟拌制 第一步，向攪拌機投入按配合比稱取的細骨料、水泥、粉煤灰、礦渣粉和膨脹劑，混合攪
拌均勻，攪拌時間至少於30s ；
第二步，將按配合比稱取的減水劑溶入到所需用水量中，將溶於減水劑的水加入到攪拌機繼續攪拌,攪拌時間至少於30s ；
第三步待砂漿充分攪拌後再投入按配合比稱取的粗骨料繼續攪拌均勻，攪拌時間至少於30s
第一步、第二步和第三步的總攪拌時間控制在2min至3min的範圍內。所述的一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，其所述水泥，採用矽酸鹽水泥或普通娃酸鹽水泥，比表面積< 350m2/kg,鹼含量< O. 80% ;禁止選用早強水泥。所述的一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，其所述粉煤灰，採用F類I級粉煤灰，細度 95%。所述的一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，其所述細骨料，細骨料優先選用級配合理、質地均勻堅固、空隙率小的潔淨天然河砂，要求採用II區砂，細度模數
2.6 3. 0，含泥量< I. 5%，泥塊含量< O. 5%，吸水率< I. 0%，雲母含量< O. 5%，輕物質含量(O. 5%。所述的一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，其所述粗骨料，粗骨料應選用級配合理、粒形良好、質地均勻堅固、線脹係數小的潔淨碎石或卵石，要求採用連續級配，顆粒級配應符合JGJ52的規定，最大公稱粒徑不宜大於16mm，含泥量< O. 5%，泥塊含量(O. 20%，吸水率< 1%，緊密空隙率 200m2/kg,限制膨脹率水中7d > O. 025%、空氣中21d ≥-O. 020%。所述的一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，其所述拌合水，採用飲用水，PH值≥5. 0，氯離子含量≤500mg/L，鹼含量≤1500mg/L。
在進行自密實混凝土灌注前，必須通過揭板試驗，評價自密實混凝土的質量，必須揭板合格後才能進行施工現場灌注。揭板試驗證明本自密實混凝土的和易性相當好，一次性灌滿，由下料到灌滿整個過程只用300s時間，揭板後的混凝土密實度相當高，自密實混凝土完全充滿整個充填層空間，在混凝土表面無發泡層、無裂紋，得到了業主和監理的高度認可。經過揭板試驗研究，發現設計給出的自密實混凝土坍落擴展度< 700_，未指明這個值是混凝土出機擴展度的控制值還是入模擴展度的控制值，且坍落擴展度< 700_，範圍過大，對現場施工的指導意義不強。本研究就這個問題進行了多次自密實混凝土揭板試驗，通過揭板效果來看，混凝土入模坍落擴展度控制在600 650_的混凝土灌注效果最佳。在進行施工現場灌注時，採用拌合站集中攪拌，運輸方式採用混凝土罐車運輸，在現場利用料 鬥進行全斷面灌注，現場灌注時混凝土的入模坍落擴展度按照600 650_控制，並隨時通過觀察孔觀察混凝土在灌注過程中的均勻性和流動性。現場灌注的道岔板充填層表面平整光滑，無氣泡，無裂縫，道岔板底座質量全部符合施工要求。本發明已成功應用到石武客專河南段明港車站DK970+115. 11 DK971+892. 52段道岔板底座，該段有8組高速道岔，共160塊道岔板，現已全部灌注完成。該段道岔板底座全部採用自密實混凝土灌注，現場灌注的道岔板充填層表面平整光滑，無氣泡，無裂縫。該標段的道岔板施工質量全部通過業主評估，各項技術指標均符合設計要求。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步的說明。實施例一一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土的各組分的重量及百分比為
水泥263 kg，佔11. I % ;粉煤灰154 kg，佔6. 5% ;礦渣粉78 kg，佔3. 3% ;細骨料820kg,佔 34. 7% ;粗骨料 815 kg, ^ 34.4% ;水 175 kg,佔 7. 4% ;減水劑 5. 50 kg,佔 O. 23% ;膨脹劑55 kg，佔2. 3% ；
所述水泥，採用矽酸鹽水泥，比表面積< 350m2/kg,鹼含量< O. 80% ;所述粉煤灰,採用F類I級粉煤灰，細度彡12%，需水量比彡95%，燒失量彡5. 0%。所述礦渣粉，密度彡2. 8g/cm3,比表面積350m2/kg 500 m2/kg，燒失量彡3. 0%，流動度比彡95%，28d活性指數彡95%。所述細骨料，細骨料優先選用級配合理、質地均勻堅固、空隙率小的潔淨天然河砂，要求採用II區砂，細度模數2. 6 3. O,含泥量< I. 5%，泥塊含量 25%，常壓泌水率比 200m2/kg,限制膨脹率水中7d 彡 O. 025%、空氣中 21d 彡-O. 020%。
所述拌合水，採用 飲用水或地下水，pH值> 5. 0，氯離子含量彡500mg/L，鹼含量^ 1500mg/L。通過以下步驟拌制
第一步，向攪拌機投入按配比稱取的細骨料、水泥、粉煤灰、礦渣粉和膨脹劑，混合攪拌均勻，攪拌時間至少於30s ；
第二步，將按配比稱取的減水劑溶入到所需用水量中，將溶於減水劑的水加入到攪拌機繼續攪拌,攪拌時間至少於30s ；
第三步待砂漿充分攪拌後再投入按配比稱取的粗骨料繼續攪拌均勻，攪拌時間至少於 30s
第一步、第二步和第三步的總攪拌時間控制在2min至3min的範圍內。本例的自密實混凝土的入模坍落擴展度(直徑)為610mm。實施例二 一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土的各組分的重量及百分比為
水泥274 kg，佔11.6% ;粉煤灰145 kg，佔6.1% ;礦渣粉93 kg，佔3. 9% ;細骨料813kg,佔 34. 3% ;粗骨料 815 kg,佔 34. 4% ;水 175 kg,佔 7. 4% ;減水劑 5. 00 kg,佔 O. 21% ;膨脹劑50 kg，佔2. 1%。所述水泥，採用矽酸鹽水泥，比表面積彡350m2/kg,鹼含量彡O. 80% ;所述粉煤灰，採用F類I級粉煤灰，細度彡12%，需水量比彡95%，燒失量彡5. 0%。所述礦渣粉，密度彡2. 8g/cm3,比表面積350m2/kg 500 m2/kg，燒失量彡3. 0%，流動度比彡95%，28d活性指數彡95%。所述細骨料，細骨料優先選用級配合理、質地均勻堅固、空隙率小的潔淨天然河砂，要求採用II區砂，細度模數2. 6 3. O,含泥量< I. 5%，泥塊含量 25%，常壓泌水率比 200m2/kg,限制膨脹率水中7d 彡 O. 025%、空氣中 21d 彡-O. 020%。所述拌合水，採用飲用水或地下水，pH值> 5. 0，氯離子含量彡500mg/L，鹼含量^ 1500mg/L。通過以下步驟拌制
第一步，向攪拌機投入按配比稱取的細骨料、水泥、粉煤灰、礦渣粉和膨脹劑，混合攪拌均勻，攪拌時間至少於30s ；
第二步，將按配比稱取的減水劑溶入到所需用水量中，將溶於減水劑的水加入到攪拌機繼續攪拌,攪拌時間至少於30s ；
第三步待砂漿充分攪拌後再投入按配比稱取的粗骨料繼續攪拌均勻，攪拌時間至少於 30s 第一步、第二步和第三步的總攪拌時間控制在2min至3min的範圍內。本例的自密實混凝土的入模坍落擴展度(直徑)為630mm。實施例三一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土的各組分的重量及百分比為
水泥270 kg，佔11. 3% ;;粉煤灰160 kg,佔6. 7% ;礦渣粉84 kg,佔3. 5% ;細骨料810kg,佔 34% ;粗骨料 815 kg, ^ 34. 2% ;水 175 kg,佔 7. 4% ;減水劑 6. 00 kg,佔 O. 25% ;膨脹劑 60 kg，佔 2. 5% ；
所述水泥，採用普通矽酸鹽水泥，比表面積< 350m2/kg,鹼含量< O. 80% ;所述粉煤灰，採用F類I級粉煤灰，細度彡12%，需水量比彡95%，燒失量彡5. 0%。所述礦渣粉，密度彡2. 8g/cm3,比表面積350m2/kg 500 m2/kg，燒失量彡3. 0%，流動度比彡95%，28d活性指數彡95%。所述細骨料，細骨料優先選用級配合理、質地均勻堅固、空隙率小的潔淨天然河砂，要求採用II區砂，細度模數2. 6 3. O,含泥量< I. 5%，泥塊含量 25%，常壓泌水率比 200m2/kg,限制膨脹率水中7d 彡 O. 025%、空氣中 21d 彡-O. 020%。所述拌合水，採用飲用水或地下水，pH值> 5. 0，氯離子含量彡500mg/L，鹼含量^ 1500mg/L。通過以下步驟拌制
第一步，向攪拌機投入按配比稱取的細骨料、水泥、粉煤灰、礦渣粉和膨脹劑，混合攪拌均勻，攪拌時間至少於30s ；
第二步，將按配比稱取的減水劑溶入到所需用水量中，將溶於減水劑的水加入到攪拌機繼續攪拌,攪拌時間至少於30s ；
第三步待砂漿充分攪拌後再投入按配比稱取的粗骨料繼續攪拌均勻，攪拌時間至少於 30s
第一步、第二步和第三步的總攪拌時間控制在2min至3min的範圍內。本例的自密實混凝土的入模坍落擴展度(直徑)為650mm。由於自密實混凝土受原材料的性能變化影響很大，所以在進行配合比設計前，必須對所有的原材料實施嚴格質量檢驗
(I)水泥，選用Ρ·042. 5 (低鹼)普通矽酸鹽水泥(河南駐馬店市豫龍同力水泥有限公司
生產)，該水泥的測試結果見表I ;
表I水泥性能試驗結果表比表面積初擬時間終凝時間 Cr含重喊含重MgO含重燒失重遊萬CaO含簠
權利要求
1.一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，含有水泥、粉煤灰、礦渣粉、細骨料、粗骨料、水、減水劑和膨脹劑，其特徵是各組分的重量百分比為水泥11% 12% ;粉煤灰6% 7% ;礦渣粉3% 4% ;細骨料33% 35% ;粗骨料34% 35% ;水7% 8% ;減水劑O. 2% O. 3%;膨脹劑2% 3%;本自密實混凝土坍落擴展度值應以入模坍落擴展度控制為準，入模坍落擴展度控制值為600mm 650mm。
2.根據權利要求I所述的一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，通過以下步驟拌制 第一步，向攪拌機投入按配合比稱取的細骨料、水泥、粉煤灰、礦渣粉和膨脹劑，混合攪拌均勻，攪拌時間至少於30s ； 第二步，將按配合比稱取的減水劑溶入到所需用水量中，將溶於減水劑的水加入到攪拌機繼續攪拌,攪拌時間至少於30s ； 第三步待砂漿充分攪拌後再投入按配合比稱取的粗骨料繼續攪拌均勻，攪拌時間至少於30s 第一步、第二步和第三步的總攪拌時間控制在2min至3min的範圍內。
3.根據權利要求I或2所述的一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，其特徵是所述水泥，採用矽酸鹽水泥或普通矽酸鹽水泥，比表面積< 350m2/kg，鹼含量< O. 80%。
4.根據權利要求I或2所述的一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，其特徵是所述粉煤灰，採用F類I級粉煤灰，細度彡12%，需水量比彡95%，燒失量彡5. 0%。
5.根據權利要求I或2所述的一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，其特徵是所述礦渣粉，密度彡2. 8g/cm3,比表面積350m2/kg 500 m2/kg，燒失量彡3. 0%，流動度比彡95%，28d活性指數彡95%。
6.根據權利要求I或2所述的一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，其特徵是所述細骨料，細骨料優先選用級配合理、質地均勻堅固、空隙率小的潔淨天然河砂，要求採用II區砂，細度模數2. 6 3. 0，含泥量< I. 5%，泥塊含量< O. 5%，吸水率< I. 0%，雲母含量彡O. 5%，輕物質含量彡O. 5%。
7.根據權利要求I或2所述的一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，其特徵是所述粗骨料，粗骨料應選用級配合理、粒形良好、質地均勻堅固、線脹係數小的潔淨碎石或卵石，要求採用連續級配，顆粒級配應符合JGJ52的規定，最大公稱粒徑不宜大於16mm，含泥量< O. 5%，泥塊含量< O. 20%，吸水率< 1%，緊密空隙率< 40%。
8.根據權利要求I或2所述的一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，其特徵是所述減水劑，採用聚羧酸系減水劑，減水率> 25%，常壓泌水率比< 20%，收縮率比(110%，含氣量彡3. 0%。
9.根據權利要求I或2所述的一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，其特徵是所述膨脹劑，採用硫鋁酸鈣類膨脹劑，比表面積> 200m2/kg,限制膨脹率水中7d 彡 O. 025%、空氣中 21d 彡-O. 020%。
10.根據權利要求I或2所述的一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，其特徵是所述拌合水，採用飲用水，PH值> 5. 0，氯離子含量彡500mg/L，鹼含量彡1500mg/L。
全文摘要
本發明公開一種用於高速鐵路道岔板底座的自密實混凝土，含有水泥、粉煤灰、礦渣粉、細骨料、粗骨料、水、減水劑和膨脹劑，其特徵是各組分的重量百分比為水泥11％～12％；粉煤灰6％～7％；礦渣粉3％～4％；細骨料33％～35％；粗骨料34％～35％；水7％～8％；減水劑0.2％～0.3％；膨脹劑2％～3％；本自密實混凝土坍落擴展度值應以入模坍落擴展度控制為準，入模坍落擴展度控制值為600mm～650mm。揭板試驗證明本自密實混凝土的和易性相當好，一次性灌滿，由下料到灌滿整個過程只用300s時間，揭板後的混凝土密實度相當高，自密實混凝土完全充滿整個充填層空間。採用自密實混凝土灌注，現場灌注的道岔板充填層表面平整光滑，無氣泡，無裂縫。該標段的道岔板施工質量全部通過業主評估，各項技術指標均符合設計要求。
文檔編號C04B28/04GK102617085SQ201110032789
公開日2012年8月1日 申請日期2011年1月30日 優先權日2011年1月30日
發明者劉增旭, 劉彥, 彭舸, 蔣付軍, 許正科, 鄧國兵 申請人:中鐵八局集團建築工程有限公司