一种用于重载铁路轨枕的高强弹性混凝土的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于重载铁路轨枕的高强弹性混凝土，由水泥、橡胶粉及辅料与水混合搅拌制得。各成分所占重量份为：水泥：100份，橡胶粉：3～8份，粉煤灰：20～50份，硅灰：5～20份；细骨料：200～300份，粗骨料：250～300份，膨胀剂：5～15份，减水剂：1.0～2.0份，消泡剂：0.001份，水：40～60份。本发明混凝土具有高强度、高抗裂、抗冲击、高耐久等优点，其在45℃下蒸养3d强度≥95MPa，抗冲击次数≥3000次(ACI-544方法)。可用于重载铁路预应力混凝土轨枕，也可用于其他一些受严重冲击的混凝土结构。
【专利说明】-种用于重载铁路轨枕的高强弹性混凝土
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于重载铁路轨枕的高强弹性混凝土，可用于重载铁路预应力混 凝土轨枕的制造，也可用于其他一些受严重冲击的混凝土结构。
【背景技术】
[0002] 重载铁路一般指列车重量至少达到5000t，轴重21t及以上，单线年运量2000万 t及以上。根据2005年国际重载协会巴西年会的新标准，重载铁路是指列车重量至少达到 8000t，轴重（计划轴重）在27t及以上，在至少150km线路区段上单线年运量超过4000万 t。重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低而受到世界各国铁路的广泛重视，特别是 在一些幅员辽阔、资源丰富、煤炭和矿石等大宗货物运量占有较大比重的国家，如美国、力口 拿大、巴西、澳大利亚、南非等，发展尤为迅速。目前，重载铁路运输在世界范围内迅速发展， 重载运输已被国际公认为铁路货运发展的方向，成为世界铁路发展的重要趋势。
[0003] 我国第一条重载铁路为大秦铁路运煤通道，大秦线西起大同地区的韩家岭站，东 至秦皇岛的柳村南站，全长653km，1992年12月全面开通。作为中国最重要的煤炭运输通 道，大秦铁路承担着全国铁路近1/5的煤炭运量，为全国六大电网、数千家企业和广大人民 群众提供生产、生活用煤。从2003年至2008年，大秦铁路年运量持续增长，2007-2009年达 到3亿吨以上。以大秦重载运输技术为支撑，北同蒲线、云岗支线、迁曹线开行了 1万吨和 2万吨重载组合列车，大包线、口泉支线、大准线开行了 1万吨重载列车。
[0004] 和普通铁路相比，重载铁路高运行密度、高冲击荷载等特点，造成轨道零部件伤损 大大加快，有的甚至一周内即出现彻底毁损。对于重载铁路所用轨枕，其主要破坏形式有： (1)轨下弹性垫板在混凝土轨枕承轨台上的磨损与刻槽；（2)轨下截面出现过大的横向裂 缝；（3)轨下截面压溃；(4)轨枕中间部分出现过大的横向裂缝；（5)轨枕中间部分压溃； (6)轨枕纵向裂缝轨枕的龟裂；（7)轨枕中间部分斜裂及扭伤；(8)轨枕挡肩破损；(9)轨枕 的腐蚀；（10)轨枕底边掉块。此外，由于重载列车使道碴挤压与磨损程度大大加强，从而使 线路养护维修作业频繁，其中捣固作业同样易使轨枕受到较大的冲击力而破坏。
[0005] 重载铁路将是我国未来货运铁路的重要发展方向，也是我国铁路技术走出去的内 容之一。开发高抗冲击、高耐久性的轨枕混凝土材料，用于制造高性能的重载轨枕，对于我 国重载铁路建造以及现有铁路重载化改造具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0006] 鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的在于提出一种用于重载铁路轨枕的高强 弹性混凝土，使之克服现有技术的以上不足，具有高强度、高抗裂、抗冲击、吸振、高耐久的 优点，用于重载铁路预应力混凝土轨枕，也可用于其他一些受严重冲击的混凝土结构。
[0007] 本发明的目的通过如下手段来实现。
[0008] 1. 一种用于重载铁路轨枕的高强弹性混凝土，由混凝土由水泥、橡胶粉和辅料与 水混合搅拌制得，用于重载铁路轨枕，并具有可承受：在45°c下蒸养3d强度> 95MPa，抗冲 击次数> 3000次（ACI-544方法），抗冻次数> 500次的强度性能；各组分所占重量份为：
[0009] 水泥：1〇〇份，橡胶粉：3?8份，粉煤灰：20?50份，硅灰：5?20份；细骨料： 200?300份，粗骨料：250?300份，膨胀剂：5?15份，减水剂：1. 0?2. 0份，消泡剂： 0.001份，水：40?60份。
[0010] 本发明掺入一定量的I级粉煤灰，粉煤灰主要成分为高温瞬冷的玻璃化微珠，具 有滚轴、润滑作用，可有效减少混凝土用水量，进而降低混凝土的干燥收缩，同时其火山灰 效应、密实填充效应可降低混凝土渗透系数，有效改善界面过渡区，提高混凝土的体积稳定 性与抗裂性，抑制碱-集料反应以及钢筋锈蚀，提高混凝土的耐久性。
[0011] 本发明掺入一定量的硅灰，利用硅灰的大比表面积、高反应活性等优点，可有效提 高混凝土的早期强度，加快现场的模具周转速度与施工速度，同时利用其细小、致密的优 点，有效提1?混凝土的最终强度和耐久性。
[0012] 本发明通过优化粗、细骨料的颗粒级配，特别通过控制骨料中粒径为10?20_石 子含量，提高混凝土自密实与钢筋透过性能，同时使颗粒间达到最大密实堆积，提高了混凝 土的体积稳定性，减小混凝土的收缩开裂。
[0013] 本发明中通过将橡胶颗粒表面用PVA和硅烷偶联剂进行处理，显著提高了橡胶混 凝土的抗压强度，使得混凝土弹性增加的同时抗压强度并没有明显降低，且分布于混凝土 中的橡胶颗粒充当了一个个吸能单元，有效的改善了高强混凝土的脆性问题，使其抗冲击 能力、能量吸收能力等远比普通混凝土高，极限拉、压应变也优于普通混凝土，并使混凝土 具有一定吸、减振能力。
[0014] 本发明采用新型膨胀剂技术，该膨胀剂中掺入一定细度的铝粉，通过合理控制铝 粉细度与含量，可有效降低混凝土的早期收缩开裂，提高混凝土在模腔中的饱满程度，并达 到补偿收缩目的。
[0015] 本发明采用聚羧酸减水剂技术，通过较大程度地减少混凝土的拌合用水量，减少 混凝土的孔隙率与干燥收缩，以达到高强的目的。
[0016] 本发明采用有机硅消泡剂技术，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，并可自密实混凝土搅拌、泵送过程中所引入 气泡的含量。
【具体实施方式】
[0017] 下面对本发明的实施作进一步的描述。但是应该强调的是下面的实施方式只是示 例性的，而不是为了限制本发明的范围及应用。工艺步骤中所涉及化学原料与试剂均为常 规市售工业纯，余为市售常规辅助建材。
[0018] 本发明实施过程中所用原料具有如下要求：水泥为低碱硅酸盐水泥，其28d强度 应大于42. 5MPa，其碱含量应小于0. 6 %，氯离子含量应小于0. 06 % ;粉煤灰为电厂从烟道 气体中收集的细灰，其品质应达到I级粉煤灰的水平；硅灰为铁合金厂在冶炼硅铁和工业 硅过程中，由热电炉内产生的大量挥发性Si0 2和Si气体经氧化、冷凝、沉淀后的产物，其 表面积应> 20000m2/kg，活性指数应> 105% ;细骨料可以为河沙或机制砂，其细度模数为 2. 5?4. 0。粗骨料为粒径不大于20mm的石灰岩、玄武岩等，其中10?20mm部分不得少于 25%。橡胶粉为切碎后的废旧轮胎颗粒，橡胶颗粒表面预先用PVA和硅烷偶联剂进行处理， 细度为30?50目。膨胀剂成分为硫铝酸钙系列膨胀剂，也可为市售氧化钙、氧化镁系列膨 胀剂，其中掺入〇. 〇〇〇1?〇. 0004重量份鳞片状铝粉，铝粉细度不小于150目。减水剂成分 为聚羧酸减水剂，其减水率>25%，固含量>25%，收缩率比应< 110%。消泡剂为有机硅 类消泡剂，其主要成分为聚醚-硅氧烷共聚物。
[0019] 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。
[0020] 实施例1 :
[0021] 本实施例的重载铁路轨枕的高强弹性混凝土是由水泥、橡胶粉、粉煤灰、硅灰、细 骨料、粗骨料、膨胀剂、减水剂、消泡剂、水等组成。各组分的重量份为：
[0022] 水泥100份 粉煤灰31份 硅灰11份 河沙（细骨料）180份 碎心（粗脊料）2?份 橡胶粉10份 钙矾石系膨胀剂12份 聚羧酸减水剂1.25份 有机硅消泡剂0.001份 水39份
[0023] 新拌混凝土性能指标为：枬落度85mm，表观密度2410kg/m3,无离析，无泌水；硬化 混凝土性能指标为：混凝土在45°C下蒸养3d抗压强度95. 8MPa，28d抗压强度97. 8MPa，28d 抗折强度应10. 2MPa，ACI 544抗冲击次数5100次（ACI-544方法），56d混凝土电通量150C， 56d混凝土抗冻次数（快冻法）> F500。
[0024] 实施例2 :
[0025] 本实施例的重载铁路轨枕的高强弹性混凝土是由水泥、橡胶粉、粉煤灰、硅灰、细 骨料、粗骨料、膨胀剂、减水剂、消泡剂、水等组成。各组分的重量份为 ：
[0026] 水海100 # 粉煤灰35份 硅灰10份 河沙200份 脖石250 # 橡胶粉8份
[0027] 钙矾石系膨胀剂10份 聚羧酸减水剂〗.25份 有机硅消泡剂0.001份 氷40份
[0028] 新拌混凝土性能指标为：枬落度90mm，表观密度2420kg/m3,无离析，无泌水；硬化 混凝土性能指标为：混凝土在45°C下蒸养3d抗压强度95. 8MPa，28d抗压强度98. 2MPa，28d 抗折强度应10. 4MPa，ACI 544抗冲击次数5500次（ACI-544方法），56d混凝土电通量180C， 56d混凝土抗冻次数（快冻法）> F500。
【权利要求】
1. 一种用于重载铁路轨枕的高强弹性混凝土，由混凝土由水泥、橡胶粉和辅料与水混 合搅拌制得，用于重载铁路轨枕，并具有可承受：在45°c下蒸养3d强度> 95MPa，抗冲击次 数> 3000次，抗冻次数> 500次的强度性能；各组分所占重量份为： 水泥：1〇〇份，橡胶粉：3?8份，粉煤灰：20?50份，硅灰：5?20份；细骨料：200? 300份，粗骨料：250?300份，膨胀剂：5?15份，减水剂：1. 0?2.0份，消泡剂：0.001份， 水：40?60份。
2. 根据权利要求1所述用于重载铁路轨枕的高强弹性混凝土，其特征在于所述水泥为 低碱硅酸盐水泥，其28d强度应大于42. 5MPa，其碱含量应小于0. 6 %，氯离子含量应小于 0· 06%。
3. 根据权利要求1所述用于重载铁路轨枕的高强弹性混凝土，其特征在于，所述粉煤 灰为电厂从烟道气体中收集的细灰，其品质应达到I级粉煤灰的水平。
4. 根据权利要求1所述用于重载铁路轨枕的高强弹性混凝土，其特征在于，所述硅灰 为铁合金厂在冶炼硅铁和工业硅过程中，由热电炉内产生的大量挥发性Si0 2和Si气体经 氧化、冷凝、沉淀后的产物，其表面积应> 20000m2/kg，活性指数应> 105%。
5. 根据权利要求1所述用于重载铁路轨枕的高强弹性混凝土，其特征在于，所述细骨 料可以为河沙或机制砂，其细度模数为2. 5?4. 0。
6. 根据权利要求1所述用于重载铁路轨枕的高强弹性混凝土，其特征在于，所述粗骨 料为粒径不大于20mm的石灰岩、玄武岩等，其中10?20mm部分不得少于25%。
7. 根据权利要求1所述用于重载铁路轨枕的高强弹性混凝土，其特征在于，所述橡 胶粉为切碎后的废旧轮胎颗粒，橡胶颗粒表面预先用PVA和硅烷偶联剂进行处理，细度为 30?50目。
8. 根据权利要求1所述用于重载铁路轨枕的高强弹性混凝土，其特征在于，所述 膨胀剂成分为硫铝酸钙系列膨胀剂，也可为市售氧化钙、氧化镁系列膨胀剂，其中掺入 0. 0001?0. 0004重量份鳞片状铝粉，铝粉细度不小于150目。
9. 根据权利要求1所述用于重载铁路轨枕的高强弹性混凝土，其特征在于，所述减水 剂成分为聚羧酸减水剂，其减水率> 25%，固含量> 25%，收缩率比应< 110%。
10. 根据权利要求1所述用于重载铁路轨枕的高强弹性混凝土，其特征在于，所述消泡 剂为有机硅类消泡剂，其主要成分为聚醚-硅氧烷共聚物。
【文档编号】C04B18/08GK104193258SQ201410397789
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】王平, 曾晓辉, 颜华, 肖杰灵, 林红松, 陈嵘, 韦凯, 洪晓龙, 付丽霖 申请人:西南交通大学