本发明涉及一种无动力运输自密实混凝土及其应用，属于板式无咋轨道建筑材料技术领域。
背景技术：
近年来，以高速铁路、地铁为代表的轨道交通在全世界范围内得到了迅猛发展，在我国更是如此，截止至2018年3月，我国高速铁路营运里程2.5万km，城市地铁0.53万km，而根据规划，到2020年我国将建成高速铁路3万km，新增地铁0.3万km。在高速铁路、地铁等轨道交通中，相当多的线路采用板式无砟轨道结构，在这类型的轨道结构中，轨道板高度已经确定，而底板高度在施工中误差不可避免，由于高速铁路、地铁均需要有较高的平顺性，因此设计有充填层，用于后期的调平及消除误差。
最早采用水泥乳化沥青砂浆作为轨道板与底板间的填充材料，其不足之一是施工难度较大，同时施工作业质量对填充层的质量带来严重影响。如ⅰ型水泥乳化沥青砂浆采用袋注法施工，施工时需铺设灌注袋，施工完毕后需将灌注袋袋口切除，此外砂浆灌注需采用特殊机具，灌注速度对砂浆质量产生严重影响。另外ⅰ、ⅱ砂浆采用特殊搅拌机械经特定搅拌工艺拌制而成，流程复杂，质量极易难以控制。再者水泥乳化沥青砂浆成本太高，为普通混凝土约10倍，且每台砂浆搅拌车售价不菲，达数百万元，施工时特殊机具的加工、人工和设备成本(施工速度仅每个作业面300米/天)均较高。
因此，开发出施工工艺简单、施工质量易控、成本较低的材料以取代水泥乳化沥青砂浆是十分必要的。自密实混凝土具有大流态、自密实、低成本等优点，可满足高速铁路板式无砟轨道施工中自流平要求，因此我国自主开发了crts(chinarailwaytracksystem)ⅲ型板式无砟轨道成套技术，并将该结构调整后用于地铁、有轨电车等城市轨道交通中，其中采用自密实混凝土取代水泥乳化沥青砂浆是核心发明之一。但在施工中却发现，在隧道、桥梁等运输时较难提供搅拌动力的场合，新拌自密实混凝土在料斗中经长距离输运的颠簸后，混凝土出现大面积离析、浮浆、石子下沉现象，这在以地铁为代表的窄小、单线隧道时特别突出。因为受地铁空间限制不可能装备带搅拌的运输装置，且地铁下料口之间距离特别长，运距往往达10km以上，在无搅拌的情况下新拌自密实混凝土极易分层，迫切需要开发无动力运输的超高稳定性自密实混凝土。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种无动力运输自密实混凝土，该自密实混凝土具有大流态、自密实、低收缩、超高稳定性、运输时无需搅拌等特点。
本发明的第二个目的在于提供上述无动力运输自密实混凝土在板式无砟轨道中的应用。
为了实现上述目的，本发明提供如下方案，
本发明一种无动力运输自密实混凝土，按重量份数计，包括如下组份：
水泥：80～120份，粉煤灰：30～50份，矿粉：10～30份，微硅粉：2～5份，硅藻土：0.05～0.5份，纳米碳酸钙粉：0.02～0.1份，细骨料：200～300份，粗骨料：250～350，膨胀剂：10～25份，减水剂：1.0～3.5份，缓凝剂：0.1～1份，流变助剂：0.01～0.05份，消泡剂：0.001～0.003份，水：50～80份。
优选的方案，所述无动力运输自密实混凝土，按重量份数计，包括如下组份：
水泥：95～105份，粉煤灰：30～40份，矿粉：15～25份，微硅粉：3～5份，硅藻土：0.1～0.5份，纳米碳酸钙粉：0.03～0.08份，细骨料：220～280份，粗骨料：260～300，膨胀剂：10～20份，减水剂：2～3.4份，缓凝剂：0.1～0.5份，流变助剂：0.01～0.03份，消泡剂：0.001～0.002份，水：50～60份。
作为进一步的优选，所述无动力运输自密实混凝土，按重量份数计，包括如下组份：
水泥：100份，粉煤灰：30～35份，矿粉：15～20份，微硅粉：3～5份，硅藻土：0.2～0.5份，纳米碳酸钙粉：0.03～0.05份，细骨料：260～265份，粗骨料：275～280，膨胀剂：10～12份，减水剂：2.7～3.4份，缓凝剂：0.1份，流变助剂：0.02份，消泡剂：0.001份，水：56～58份。
针对现有技术中自密实混凝土在无搅拌条件下，会出现大面积离析、浮浆、石子下沉现象，本发明首创的通过调整自密实的混凝土的成份，获得了大流态下兼具有良好的抗离析性能，有效防止了新拌自密实混凝土的浮浆、分层、石子下沉等问题的适用于无动力运输的自密实混凝土。
在本发明中，掺入一定量的硅藻土，硅藻土为含水非晶质sio2，具有多孔性、低密度、超大比表面积、强吸附性，利用其多孔性，可实现浆体物理增稠，利用其低密度、强吸附的特点，可有效将石子托住以防止其下沉，进而在运输时不易分层，且其还有一定的反应活性，可有效提高混凝土强度与耐久性。
同时本发明配方中加入了流变助剂，流变助剂是一类触变性物质，可可对浆体的屈服剪切力、粘度、假塑时间等进行调节，进而实现了混凝土在大流态下兼具有良好的抗离析性能，有效防止了新拌自密实混凝土的浮浆、分层等问题。
另外，本发明中加入了纳米级的碳酸钙粉，利用纳米碳酸钙粒子的超细化，其晶体结构和表面电子结构发生变化，产生了普通碳酸钙所不具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子效应与空间位阻效应，可使混凝土中密度较大的组分悬浮，并赋予体系的触变性，实现新拌混凝土结构的凝聚与解聚结构，保证混凝土的超稳定，可显著提高混凝土附着力，耐洗刷性，耐沾污性，提高强度与耐久性。
可以看出，本发明加入了多种物质，在他们的协同作用下，可实现防止石子下沉、大密度组分悬浮，增加抗离析能力，因此可实现无动力经长距离输运的颠簸的情况下，仍能保持混凝土的性能，保证其不发生浮浆、分层等问题。
当然本发明混凝土的配方，还通过各成份的协同作用，提高了混凝土的自密实、强度、密实性、抗渗性、抗裂性耐久性等各方面的性能。
优选的方案，所述硅藻土中其sio2含量≥85％，表面积≥25000m2/kg。
硅藻土是指由硅藻单细胞藻类死亡以后的硅酸盐遗骸形成，通过对原土粉碎、分选、煅烧、气流分级、去杂等加工制备获取的。
优选的方案，所述流变助剂选自羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素醚、羧乙基纤维素、水性聚氨酯乳液、水性聚酰胺乳液、聚乙烯醇中的至少一种。
优选的方案，所述纳米碳酸钙粉的粒径≤0.1μm。
优选的方案，所述水泥选自28d强度＞42.5mpa的硅酸盐系水泥，且所述硅酸盐系水泥的碱含量＜0.6％，氯离子含量＜0.06％。
本发明中所选择的水泥为市售强度等级42.5及以上的硅酸盐系列水泥，作为混凝土最主要的胶结材料，水泥可有效提供混凝土强度与耐久性，并保证混凝土的可浇注、可硬化性能。
优选的方案，所述粉煤灰品质等级为ⅰ级，其cao含量≥7％，活性指数≥80％，需水量比≤90％。
本发明掺入一定量的ⅰ级粉煤灰，粉煤灰为电场燃煤燃烧后从烟气中收捕下来的细灰，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；且由于其密度比水泥小、比表面积比水泥大，因此具有更好的悬浮能力，能有效抑制混凝土的泌水；同时其火山灰效应、密实填充效应可降低混凝土渗透系数，改善混凝土耐久性，抑制碱骨料反应等的产生。
优选的方案，所述矿粉品质等级为s95级以上，其活性氧化物含量≥40％，需水量比≤85％。
矿粉为冶炼厂水淬高炉矿渣经干燥、粉磨等工艺处理而成，本发明采用优质矿粉，可有效提高混凝土的抗压强度，降低混凝土的成本，同时对抑制碱骨料反应，降低水化热，减少混凝土结构早期温度裂缝，提高混凝土密实度，并利用其二次水化，有效降低混凝土ca(oh)2含量，提高抗渗和抗侵蚀能力。
优选的方案，所述微硅粉的表面积≥20000m2/kg，活性指数≥110％。
微硅粉为铁合金厂在冶炼硅铁和工业硅(金属硅)过程中，由热电炉内产生的大量挥发性sio2和si气体经氧化、冷凝、沉淀后的产物，本发明所选择的为具有超大比表面积的微硅粉，其可实现混凝土物理增稠与增粘作用，从而抑制混凝土泌水；并利用其高反应活性的优点，其中sio2可与ca(oh)2发生二次水化，形成致密的c-s-h凝胶，进而可提高混凝土密实性、抗渗性与耐久性，并可有效提高的自密实混凝土早期强度，加快现场的模具周转速度与施工速度。
优选的方案，所述细骨料选自河沙或机制砂，细度模数为2.5～4.0，粉体含量为2％～8％。
优选的方案，所述粗骨料选自粒径≤16mm的石灰岩、玄武岩中的至少一种，其中粒径在10～16mm范围的粗骨料的质量分数≥20％，所述粗骨料的球度系数≥0.85。
在本发明中，通过优化粗、细骨料的颗粒级配，特别控制了控制骨料中粒径为10～16mm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。
优选的方案，所述膨胀剂为由鳞片状铝粉与硫铝酸钙、氧化钙、氧化镁中的至少一种组成的混合物，按重量份数计，其中1份膨胀剂中，含有鳞片状铝粉0.0001～0.0005份；所述鳞片状铝粉的细度≥250目。
本发明中，通过合理控制膨胀剂中铝粉的细度与含量，可有效提高混凝土的饱满程度，并达到补偿收缩目的。
优选的方案，所述减水剂，为酯类聚羧酸减水剂，其中减水率≥30％，固含量≥20％。
本发明所用的减水剂为市售的酯类聚羧酸减水剂，其具有一定的引气能力，该减水剂通过掺入特殊的无机盐，通过干扰水泥水化物的形成，以达到减少收缩、防止开裂和提高抗渗性的目的。
优选的方案，所述缓凝剂为缓释型缓凝剂，所述缓释型缓凝剂选自乳化葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙、木质素磺酸钙中的至少一种。
本发明中加入的缓凝剂，该缓凝剂采用乳化技术，在传统减水剂表面包裹有慢溶性钙盐，在后期通过钙盐缓慢溶解，不断将缓凝剂补充至混凝土中，从而实现新拌自密实混凝土坍落度不损失，保证混凝土的施工时间。
优选的方案，所述消泡剂选自有机硅类消泡剂，所述有机硅类消泡剂的主要成分为聚醚-硅氧烷共聚物。
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。
本发明一种无动力运输自密实混凝土，所述无动力运输自密实混凝土的制备方法为水泥、粉煤灰、矿粉、微硅粉、硅藻土、纳米碳酸钙粉、细骨料、粗骨料、膨胀剂、减水剂、缓凝剂、流变助剂、消泡剂、水混合搅拌而成。
本发明一种无动力运输自密实混凝土的应用，将所述的无动力运输自密实混凝土应用于无砟轨道的轨道板与底板间的填充材料。
所述的无砟轨道为高速铁路或地铁板式无砟轨道。
本发明一种无动力运输自密实混凝土的应用，将所述的无动力运输自密实混凝土应用于道岔结构中道岔板与底板间的填充材料。
本发明中的无动力运输自密实混凝土因可实现无动力运输，尤其适用于隧道、桥梁等运输时较难提供搅拌，且需长距离运输的场合。
本发明的原理和优势:
针对现有技术中自密实混凝土在无搅拌条件下，会出现大面积离析、浮浆、石子下沉现象，本发明首创的通过调整自密实的混凝土的成份，获得了大流态下兼具有良好的抗离析性能，有效防止了新拌自密实混凝土的浮浆、分层、石子下沉等问题的适用于无动力运输的自密实混凝土。
本发明通过各组份协同作用下，可实现防止石子下沉、大密度组分悬浮，增加抗离析能力，因此可实现无动力经长距离输运的颠簸的情况下，仍能保持混凝土的性能，保证其不发生浮浆、分层等问题。
同时本发明混凝土的配方，还通过各成份的协同作用，提高了混凝土的自密实、强度、密实性、抗渗性、抗裂性耐久性等各方面的性能。
本发明首创的提供了一种无动力运输的自密实混凝土，为隧道、桥梁等运输时较难提供搅拌，且需长距离运输的场合施工提供了无动力运输的超高稳定性自密实混凝土。具有重大的产业化意义。
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。
实施例1：
本实施例的板式无砟轨道用自密实混凝土是由水泥、粉煤灰、矿粉、微硅粉(硅灰)、硅藻土、纳米碳酸钙粉、细骨料、粗骨料、膨胀剂、减水剂、缓凝剂、流变助剂、消泡剂、水混合搅拌而成。各组分的重量份为：
水泥100份粉煤灰30份
矿粉20份硅灰3份
硅藻土0.2份纳米碳酸钙0.05份
细骨料265份粗骨料275份
膨胀剂10份减水剂2.8份
缓凝剂0.1份流变助剂0.02份
消泡剂0.001份水56份,
其中所述硅藻土的比表面积为27000m2/kg，所述纳米碳酸钙粉的平均粒径为80nm，所述微硅粉的比表面积为21000m2/kg，所述细骨料为河沙，所述粗骨料选自石灰岩，其中粒径在10～16mm范围的粗骨料的质量分数主为25％，所述膨胀剂为由鳞片状铝粉与硫铝酸钙组成的混合物，其中1份膨胀剂中，含鳞片状铝粉0.0002份，所述鳞片状铝粉的平均细度为300目。所述流变助剂为羧甲基纤维素钠，所述缓凝剂为乳化葡萄糖酸钠。
新拌混凝土性能指标为：坍落度筒扩展至500mm所需时间4.2s，扩展度为680mm，“j”环高差为12mm，“l”仪时间为9s，“l”仪两侧高度比为0.92，新拌混凝土装入10l容量桶放至振动台振动10次，混凝土仍能全部倒出；硬化混凝土性能指标为：3d抗压强度18.0mpa，28d抗压强度47.0mpa，56d电通量425库伦，抗冻融循环次数300次，56d干燥收缩值350×10-6。
从上面的性能指标可以看出本发明的无动力运输自密实混凝土具有优异的抗离析性能，因此可实现无动力长距离运输情况下，新拌自密实混凝土性能的保持。
实施例2：
本实施例的板式无砟轨道用自密实混凝土是由水泥、粉煤灰、矿粉、微硅粉(硅灰)、硅藻土、纳米碳酸钙粉、细骨料、粗骨料、膨胀剂、减水剂、缓凝剂、流变助剂、消泡剂、水混合搅拌而成。各组分的重量份为：
水泥100份粉煤灰35份
矿粉15份硅灰5份
硅藻土0.3份纳米碳酸钙0.03份
细骨料260份粗骨料280份
膨胀剂12份减水剂2.7份
缓凝剂0.1份流变助剂0.02份
消泡剂0.001份水58份
其中所述硅藻土的比表面积为25000m2/kg，所述纳米碳酸钙粉的平均粒径为60nm，所述微硅粉的比表面积为20000m2/kg，所述细骨料为机制沙，所述粗骨料选自石灰岩，其中粒径在10～16mm范围的粗骨料的质量分数为30％，所述膨胀剂为由鳞片状铝粉与氧化钙组成的混合物，其中1份膨胀剂中，含鳞片状铝粉0.0003份，所述鳞片状铝粉的平均细度为350目。所述流变助剂为水性聚氨酯乳液，所述缓凝剂为葡萄糖酸钙。
新拌混凝土性能指标为：坍落度筒扩展至500mm所需时间3.8s，扩展度为670mm，“j”环高差为11mm，“l”仪时间为8s，“l”仪两侧高度比为0.92，新拌混凝土装入10l容量桶放至振动台振动10次，混凝土仍能全部倒出；硬化混凝土性能指标为：3d抗压强度20.2mpa，28d抗压强度48.4mpa，56d电通量325库伦，抗冻融循环次数300次，56d干燥收缩值320×10-6。
从上面的性能指标可以看出本发明的无动力运输自密实混凝土具有优异的抗离析性能，因此可实现无动力长距离运输情况下，新拌自密实混凝土性能的保持。
实施例3：
本实施例的板式无砟轨道用自密实混凝土是水泥、粉煤灰、矿粉、微硅粉、硅藻土、纳米碳酸钙粉、细骨料、粗骨料、膨胀剂、减水剂、缓凝剂、流变助剂、消泡剂、水混合搅拌而成。各组分的重量份为：
水泥100份粉煤灰35份
矿粉20份硅灰5份
硅藻土0.5份纳米碳酸钙0.05份
细骨料260份粗骨料280份
膨胀剂12份减水剂3.4份
缓凝剂0.1份流变助剂0.02份
消泡剂0.001份水56份
其中所述硅藻土的比表面积为30000m2/kg，所述纳米碳酸钙粉的平均粒径为50nm，所述微硅粉的比表面积为25000m2/kg，所述细骨料为机制沙，所述粗骨料选自石灰岩，其中粒径在10～16mm范围的粗骨料的质量分数为20％，所述膨胀剂为由鳞片状铝粉与氧化镁组成的混合物，其中1份膨胀剂中，含鳞片状铝粉0.0004份，所述鳞片状铝粉的平均细度为400目。所述流变助剂为水性聚氨酯乳液，所述缓凝剂为木质素磺酸钙。
新拌混凝土性能指标为：坍落度筒扩展至500mm所需时间4.8s，扩展度为680mm，“j”环高差为9mm，“l”仪时间为12s，“l”仪两侧高度比为0.94，新拌混凝土装入10l容量桶放至振动台振动10次，混凝土仍能全部倒出；硬化混凝土性能指标为：3d抗压强度22.5mpa，28d抗压强度50.4mpa，56d电通量280库伦，抗冻融循环次数400次，56d干燥收缩值300×10-6。
从上面的性能指标可以看出本发明的无动力运输自密实混凝土具有优异的抗离析性能，因此可实现无动力长距离运输情况下，新拌自密实混凝土性能的保持。
对比例1
其它条件与实施例1相同，仅不加入流变助剂。新拌混凝土的性能指标为：坍落度筒扩展至500mm所需时间6.4s，扩展度为520mm，“j”环高差为21mm，新拌混凝土装入10l容量桶放至振动台振动10次，混凝土离析、沉底，几乎不能顺利倒出，反映出混凝土运输过程中易分层、离析、泌水。。
对比例2
其它条件与实施例2相同，仅加入的硅藻土的比表面积为5000m2/kg，新拌混凝土的性能指标为：坍落度筒扩展至500mm所需时间6.1s，扩展度为630mm，“j”环高差为18mm，新拌混凝土装入10l容量桶放至振动台振动10次，混凝土离析、沉底，几乎不能顺利倒出，反映出混凝土运输过程中易分层、离析、泌水。