本发明涉及混凝土材料技术领域，具体为一种大流动性摊铺混凝土及其制备方法。
背景技术：
传统的地铁整体道床轨道施工均采用人工精调轨道、现场浇筑混凝土方式，存在施工进度缓慢、混凝土现浇质量控制难、劳动强度大、作业环境恶劣等诸多弊端。高速铁路板式轨道具有工厂化预制、现场机械化装配、维修更换方便的优点，成为未来国内轨道结构设计的主要类型。随着国内预制混凝土装配式工业化和高速铁路板式轨道的快速发展，为地铁轨道工程的施工和发展带来了一个全新的思路和模式，预制板轨道在预制板轨道在地铁中的应用愈加广泛。
常见预制板轨道结构分别由钢轨、扣件、轨道板、减振垫及混凝土基底构成。混凝土基底的材料设计，要考虑其承载能力，同时要考虑气象条件、混凝土干燥收缩和施工性能等因素的影响。目前，轨道基底施工已广泛采用滑模摊铺方法，而传统干硬性混凝土的摊铺质量存在表面气泡或蜂窝麻面等情况、生产效率较低且需强振捣，耗费较多施工时间和人力资源；而自密实混凝土具有无需要振捣仅依靠自身重力作用下即能充满模板、并能够保持不离析和均匀性的高性能。但相较于一般工程上所使用的普通混凝土而言，自密实混凝土存在以下主要缺陷，首先是胶凝材料与外加剂用量大，虽然提高了混凝土的流动性与自填充特性，相应地，自密实混凝土的含气量较高而粘度较低，因此动静态稳定性较差，经过运输与浇筑过程，容易发生骨料沉降、浆体与气泡上浮，硬化后混凝土的表面形成浮浆层，影响混凝土的性能，难以满足地铁轨道基底混凝土的平整度与强度要求。其次，高流动自密实性混凝土与普通混凝相比，干燥收缩略大，基底混凝土更易发生开裂，不利于耐久性。此外，自密实混凝土制备成本较高，其胶凝材料用量相对较多，对骨料的品种、尺寸、级配等需挑选，且需配合使用的外加剂用量较大，外加剂的性能也需高效高性能。因而对于一般工程上，自密实混凝土的使用并不经济合理，使用效果也不理想。
技术实现要素：
本发明目的在于针对预制板轨道基底滑模摊铺施工工艺，提供一种介于干硬性混凝土和自密实混凝土之间，并结合有二者的优异性能易于施工而成本较低的新型滑模摊铺混凝土，以解决目前混凝土流动性和保坍性不能兼得的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种大流动性摊铺混凝土，包括水泥34～39份、矿物掺和料17～20份、粗骨科110～131份、细骨料82～95份、自来水15～19份、外加剂1.6～2份，复合触变剂0.7～1份；
其中，所述外加剂为聚羧酸高效减水剂和引气剂组成，所述复合触变剂为淀粉磷酸脂、超细沸石粉及明胶组成。
优选的，所述复合触变剂中淀粉磷酸脂、超细沸石粉及明胶所占比例分别为2％～3％、95～96％、1％～2％。
优选的，所述聚羧酸高效减水剂与引气剂的相对比例为2:1。
优选的，所述矿物掺和料选用i级粉煤灰和s95矿粉的混合物。
优选的，所述i级粉煤灰和s95矿粉质量比为2:3。
优选的，所述粗骨料选用5～10mm和10～16mm两种级配的低碱活性机制碎石混合而成。
优选的，触变剂组分中的超细沸石粉平均粒径为0.5μm。
一种制备上述的大流动性摊铺混凝土的方法，先将水泥、粉煤、矿粉、淀粉磷酸脂、超细沸石粉、明胶混合搅拌制成均匀的干粉料，然后与水、聚羧酸高效减水剂、引气剂以及砂石通过搅拌设备拌制，得到大流动性摊铺混凝土。
本发明具有以下有益效果：
本发明将淀粉磷酸脂、超细沸石粉、明胶、聚羧酸高效减水剂、引气剂与其他原料相混合使其具有优良的触变特性，即混凝土兼具大流动性和优良的形状保持能力，解决了混凝土流动性与形状保持能力间的矛盾。且本发明能解决目前通过外加高频振动来密实低流动性混凝土而带来的混凝土过振，骨料沉降离析、含气量降低等问题，大大提高混凝土施工性能和工程使用寿命，保证了摊铺质量更光滑均匀。
本发明复合触变剂由淀粉磷酸脂、超细沸石粉及明胶组成，其中的超细沸石粉的粒径远远小于水泥和砂石集料的粒径，超细沸石粉的掺入提高了新拌浆体的固体体积分数。并且沸石粉表面会吸收大量的水，减少颗粒、骨料间润滑所需的水，因而颗粒间不容易滑动，混凝土坍落度与扩展度随之降低。此外超细沸石粉可吸附聚羧酸减水剂和水的载体并缓慢释放出来以减少混凝土坍落度损失。明胶是胶原的水解产物，它属于一种大分子的亲水胶体。当明胶溶于混凝土拌合水中，明胶能够阻止离子或颗粒的聚集，从而改善混凝土液相中各种絮凝结构之间的表面张力，使其分散相更加均匀稳定；淀粉磷酸脂是阴离子高分子电解质，带负电荷，其掺入水中具有良好的分散性，能够促进分散相的絮凝，因而增大了颗粒间的相互作用力，加快水泥浆体微结构的建立。综上所述，淀粉磷酸脂、超细沸石粉、明胶以一定比例的掺入能使不同尺度的颗粒间相互接触，加强颗粒之间、凝聚体与颗粒的结合，浆体触变特性达到最高化，从而保证混凝土不因轻微扰动(如模具移动和施工振动等)和自重的影响而发生变形和坍塌，具有较强的形状保持能力。
本发明外加剂由聚羧酸高效减水剂和引气剂组成。其中，聚羧酸高效减水剂分子能将侧链伸入到液相里，使水泥之间具有显著的空间阻斥力作用，有助于破坏絮团结构。絮团结构中包裹的游离水被释放出来，因而增大混凝土的流动性。当减水剂掺量较低时，水泥颗粒表面只有部分吸附点被聚羧酸减水剂分子覆盖。减水剂分子起到连接颗粒和凝聚体的作用，浆体中表现为较大的颗粒团聚分布。随着减水剂掺量增加，水泥颗粒在浆体中高度分散。颗粒之间的间距变大，彼此间表面作用力减小，且水化硅酸钙凝胶(csh)桥连作用降低。这将导致水泥浆结构构筑速率减缓，直接影响了混凝土滑模后形状保持能力。因而适量的减水剂掺量才能给混凝土提供适宜流动性。当减水剂与引气剂互掺使用时，在减水剂作用的基础上，引气剂能在混凝土搅拌过程中能引入大量微小的气泡。首先气泡均匀地分布在新拌浆体中，相对增加了浆料的体积，降低骨料体积分数。此外气泡介于骨料颗粒之间起到润滑效果，降低了颗粒之间的摩擦阻力，因而两种外加剂的使用进一步提高混凝土拌合物的流动性。当减水剂与引气剂互掺使用时，若引气剂掺量较低时，浆体中气泡较少，颗粒间的气泡桥接效应不够；若引气剂掺量偏大时，则浆体中气泡过多，气泡间或气泡与水泥颗粒、骨料等易于相互挤压。气泡聚结和破裂的发生率增加，致使颗粒间胶结作用力减弱，影响了水泥的结构构筑。因此减水剂与引气剂互掺使用时，引气剂的掺量也将影响着混凝土的流动性和微结构的构筑能力。通过调整聚羧酸高效减水剂、引气剂与复合触变剂之间的互掺比例，将能进一步增强混凝土的触变特性，使混凝土兼具大流动性和优良的形状保持能力，解决了其流动性与形状保持能力间的矛盾。
本发明通过掺入粉煤灰、矿粉、聚羧酸高效减水剂、引气剂及优化设计骨料颗粒级配，使混凝土具备优良的流动密实性，初始坍落度为175±25mm，扩展度为300±25mm，在无振捣或微振捣下即能较快地填充模具并自行密实，还具有高效保坍性，60分钟后坍落度和扩展度损失分别为5±5mm和10±5mm，便于施工中运输与泵送。本发明有利于提高施工速度、降低噪音对环境的影响、减少人工资源，并能解决现有摊铺混凝土表面质量浮浆、不平整等问题，保证了摊铺质量更光滑均匀。
当复合触变剂与掺量为2.0％聚羧酸高效减水剂(固含量为15％)、1.0％引气剂(质量百分浓度为1％)互掺使用，此时水泥浆体粘结恢复性最强，即新拌混凝土在滑模摊铺后能快速地进行结构建立从而具有较强的立模特性。
并且，粉煤灰和矿粉的掺入能够减小水泥水化热和收缩值。此外触变剂组分中的超细沸石粉其微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充空隙和毛细孔，有助于形成更加合理的微小颗粒级配，从而改善了混凝土的孔结构，增加了密实度。
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。
本发明的混凝土实施例1-4与对比例1-4的配合比见下表1，所述混凝土的粗骨料选用5～10mm和10～16mm两种级配的低碱活性机制碎石混合而成，细骨料选用细度模数为2.4～2.6的低碱活性机制中砂，水胶比为0.30～0.32，混凝土的砂率为42％，淀粉磷酸脂的含磷量为4％，聚羧酸高效减水剂固含量为15％，引气剂质量百分浓度为1％。
制备方法是先将水泥、粉煤、矿粉、淀粉磷酸脂、超细沸石粉、明胶混合搅拌制成均匀的干粉料，然后与水、聚羧酸高效减水剂、引气剂以及砂石通过搅拌设备拌制，得到大流动性摊铺混凝土。
表1大流动性摊铺混凝土实施例与对比例的组分含量(单位：kg)
将实施例和对比例所得混凝土的性能进行测试，结果如下表2所示。
本发明的混凝土物理化学性能依据gb/t50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、gb/t50081-2002规范《普通混凝土力学性能试验方法标准》、gb/t29417-2012《水泥砂浆和混凝土干燥收缩开裂性能测试方法》进行测定。
本发明混凝土形状保持能力测试方法采用φ75*25圆柱体试模，装入混凝土拌合物，提起圆柱体试模，测试提起前后混凝土的高度。计算提起试模前后混凝土的高度比值。
表2大流动性摊铺混凝土性能测试结果
由上表可知，比较实施例2、对比例1和2，粉煤灰与矿粉的掺入提高了相同水灰比下混凝土的流动性，减小水泥收缩值；复合触变剂的掺入增加了浆体的粘度，并显著提高混凝土形状保持能力。比较实施例2、对比例3和4，引气剂掺量较低时，混凝土坍落度的经时损失较大且形状保持能力并非最强；而当引气剂掺量较大时，虽提高混凝土流动性但形状保持能力则有所下降。
与对比例1-4相比，本次实施例1-4的混凝土初始坍落度为175±25mm，扩展度为300±25mm。且实施例1-4的混凝土1h后坍落度与扩展度的损失依次不高于5±5mm和10±5mm范围，并且1h后坍落度达170mm以上，满足混凝土泵送要求。
实施例1-4中的混凝土28d抗压强度高于对比例，强度均达到45.0mpa以上，且28d收缩率低于0.040％，形状保持能力均大于98.0％。由此说明，本发明混凝土具有优良的流动性、高效保坍性、较强的形状保持能力、强度高且收缩小，有利于施工中的运输与泵送并保证摊铺质量更光滑均匀、耐久性好。这是因为本发明将水泥、矿物掺合料、外加剂与触变剂相混合，并调整淀粉磷酸脂、超细沸石粉、明胶、聚羧酸高效减水剂与引气剂之间的配比，使其具有优良的触变特性，即混凝土兼具大流动性和优良的形状保持能力，解决了混凝土流动性与形状保持能力间的矛盾。且本发明能解决目前通过外加高频振动来密实低流动性混凝土而带来的混凝土过振，骨料沉降离析、含气量降低等问题，大大提高混凝土施工性能和工程使用寿命，保证了摊铺质量更光滑均匀。
另外，在实施例1的基础上，对复合触变剂和外加剂的组分比例进行调整，具体数值如表3所示。
表4大流动性摊铺混凝土性能测试结果
由上表可知，对比例5未掺引气剂和淀粉磷酸脂，混凝土1h后坍落度/扩展度损失达20mm,且混凝土的形状保持能力有所下降；未掺引气剂的对比例5与对比例6坍落度测试中出现侧塌现象，即减水剂与引气剂互掺使用时，引气剂的掺入有利于改善混凝土流动性和粘聚性。相较于实施例5-8，未掺明胶的对比例7混凝土的形状保持能力下降至84.5％，抗收缩能力降低；对比例8中未掺超细沸石粉和明胶，混凝土初始坍落度/扩展度分别为220/390mm,但混凝土的形状保持能力及抗收缩能力比对比例7降低更加明显。
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。