装配式轨枕连接用钢管柱及其制备方法与流程

本发明涉及装配式轨枕施工
技术领域：
，特别是涉及一种装配式轨枕连接用钢管柱及其制备方法。
背景技术：
：现有的双块式无砟轨道轨枕采用钢筋桁架或者角钢连接，此构造形式在制造、搬运、仓储、施工等多个环节仍存在很多缺陷或不足，其需采用钢模型、模型输送辊道、混凝土灌注设备、振动台、养护池、运模车、翻脱模机等多组复杂装置的配合来预制上述一体式构造的轨枕，且其预埋套管安装、钢桁架安装等工序不仅操作繁琐，且这些连接件自身必须具备足够强度，对材料要求高，相应对制造效率和整体轨枕制造成本造成很大影响。最近新兴的装配式轨枕的连接件为内部填充有高强填料的钢管柱，连接钢管柱在轨枕预制时，与轨枕内部的钢筋笼绑扎或焊接固定，然后浇筑固定。轨枕的浇筑混凝土一般为不低于c50的混凝土，但是连接钢管柱内部填充的灌浆料，强度要求更高，因此，需要在与轨枕连接前提前灌浆制成。但是现有的灌浆料无法满足连接件的强度要求，与钢管的粘结力较差，灌浆料内部常出现空洞或裂纹，灌注质量无法保障。技术实现要素：本发明提供一种承载强度好，抗弯能力好，填充物与钢管协调性好，制备成本低，便捷性高的装配式轨枕连接用钢管柱。解决的技术问题是：现有的灌浆料灌注到钢管内，强度无法满足连接件的强度要求，与钢管的粘结力较差，灌浆料内部常出现空洞或裂纹，灌注质量无法保障。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：本发明装配式轨枕连接用钢管柱，包括钢管和钢管内填充的灌浆料；灌浆料包括以下重量份数的组分：水泥300-500份，膨胀剂20-200份，石英砂300-580份，减水剂1.5-10份，消泡剂0.2-6.0份，防沉剂0.1-5.0份，纤维0.05-1.0份，发泡剂0.1-2.0份，憎水剂0.05-3.0份，润滑剂0.01-10份，粘接力增强剂0.02-2.5份。本发明装配式轨枕连接用钢管柱，进一步的，所述膨胀剂为硬石膏与铝酸盐熟料经过高能球磨后制备的粉体，具体的制备过程如下：a-1、备料：硬石膏与铝酸盐熟料按照重量配比1:1-1.5进行混合；a-2、将混合后的原料进行高能球磨，制得膨胀剂粉体，粉体的比表面积不小于400m2/kg。本发明装配式轨枕连接用钢管柱，进一步的，所述防沉剂为丙烯酸与烯丙基蔗糖交联的高分子聚合物、定优胶、普鲁兰多糖、结冷胶、黄原胶、纤维素醚或改性沉淀醚中的一种或者几种。本发明装配式轨枕连接用钢管柱，进一步的，所述防沉剂为定优胶、普鲁兰多糖、结冷胶和纤维素醚的混合物，四者混合的质量比为1:3-3.5:4:6-8。本发明装配式轨枕连接用钢管柱，进一步的，所述纤维为玄武岩矿物纤维和/或玻璃纤维。本发明装配式轨枕连接用钢管柱，进一步的，所述憎水剂为硅烷/硅氧烷、硅烷改性类粉体材料或硅酸盐类无机粉体材料中的一种或几种；润滑剂为球形硅微粉、球形碳酸钙、球形粉煤灰、有机改性膨润土或硅酸镁铝粉中的一种或几种。本发明装配式轨枕连接用钢管柱，进一步的，所述粘结力增强剂为丁苯聚合物、脲醛树脂胶粉和气相二氧化硅的混合物，三者混合的质量比为1:0.5-2:10。本发明装配式轨枕连接用钢管柱的制备方法，包括以下步骤：步骤一、在钢管上安装灌浆组件，并与灌浆机和注浆软管连接；步骤二、制备灌浆料；步骤三、打开注浆阀门，开启灌浆机，向钢管内注入灌浆料直至将钢管灌满为止；步骤四、稳压后关闭灌浆机；步骤五、填充的灌浆料终凝养护完成后，拆除钢管两端的罩体，完成钢管柱的制作。本发明装配式轨枕连接用钢管柱的制备方法，进一步的，步骤一中使用的灌浆组件包括设置在钢管两端开口处、与钢管截面形状相配合的罩体，罩体为侧壁和水平板围合而成的一端敞口的箱型结构，侧壁内表面贴合钢管外侧壁设置，水平板的内表面与钢管端面贴合设置；所述罩体包括位于钢管顶部开口处的上罩体和位于钢管底部开口处的下罩体，灌浆机的出浆口处连接有注浆软管，注浆软管上设置有注浆阀门，注浆软管穿过罩体的水平板上开设的注浆孔后伸入钢管内。本发明装配式轨枕连接用钢管柱的制备方法，进一步的，步骤二中灌浆料的制备方法包括以下步骤：步骤a、备料：按照以下重量份数的组分进行备料：水泥300-500份，膨胀剂20-200份，石英砂300-580份，减水剂1.5-10份，消泡剂0.2-6.0份，防沉剂0.1-5.0份，纤维0.05-1.0份，发泡剂0.1-2.0份，憎水剂0.05-3.0份，润滑剂0.01-10份，粘接力增强剂0.02-2.5份；步骤b、将减水剂、消泡剂、防沉剂、纤维、发泡剂、憎水剂、润滑剂和粘结力增加剂混合均匀，制得外加剂母料；步骤c、将步骤b制得的外加剂母料与水泥、石英砂混合均匀，得到灌浆料粉料；步骤d、以1：0.12-0.17的水料比将水与灌浆料粉料混合，搅拌均匀，即可用于灌浆。本发明装配式轨枕连接用钢管柱与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明装配式轨枕连接用钢管柱在钢管内灌注灌浆料，为预制件，在施工现场可以直接与轨枕组装，使用方便高效，大大提高了铁路施工的效率；本发明使用的高强度灌浆料具有较高的抗压强度和抗折强度，灌注在钢管内，与钢管内壁的粘结性好，大大提高了灌注质量，有效避免了钢管内灌浆料出现空洞或裂缝等情况，确保了连接用钢管柱的刚度和抗弯强度，与轨枕连接共同承载负荷，以确保轨枕以及无砟轨道结构的安全性。本发明采用自制的灌浆设备，在钢管柱内灌浆，灌浆工艺简单易操作，大大提高了连接用钢管柱的预制效率，降低了预制难度和预制成本。本发明采用的灌浆设备结构简单，使用便捷，与钢管配合使用，匹配度高，密封性好；灌浆过程可控性强，灌注完成后经过一段时间的稳压，可以确保灌浆的饱满度，有效避免灌浆料内部出现空洞或裂缝的情况，提高灌浆质量。下面结合附图对本发明的装配式轨枕连接用钢管柱作进一步说明。附图说明图1为本发明装配式轨枕连接用钢管柱的结构示意图；图2为本发明装配式轨枕连接用钢管柱的灌浆装置的结构示意图；图3为图2中a部位的细节结构示意图；图4为另一种实施例的灌浆装置的结构示意图；图5为另一种实施例的灌浆装置的结构示意图。附图标记：1-钢管；2-灌浆料；3-上罩体；4-下罩体；5-注浆软管；6-灌浆机；7-注浆阀门；8-出浆管头；9-出浆阀门；91-密封垫圈。具体实施方式如图1所示，本发明装配式轨枕连接用钢管柱包括钢管1和钢管1内填充的灌浆料2。钢管1为优质碳素结构钢或低合金高强度结构钢制成的钢管，钢管1截面形状可以为圆形、方形或强度符合连接要求的其他形状，钢管1的长度为1500-2000mm，管壁厚度不小于3mm，外径的最大宽度为40-45mm。灌浆料2为硬化后抗压强度不低于50mpa、膨胀率不大于2％的水泥类灌浆料。灌浆料的制备实施例灌浆料采用以下方法制备而成：步骤a、备料：按照表1所示重量份数的组分进行备料；其中，使用的水泥为硅酸盐类水泥、硫铝酸盐水泥或铝酸盐水泥中的一种或者几种；其中，膨胀剂为硬石膏与铝酸盐熟料经过高能球磨后制备的粉体，具体的制备过程如下：a-1、备料：硬石膏与铝酸盐熟料按照重量配比1:1-1.2进行混合；a-2、将混合后的原料进行高能球磨，制得膨胀剂粉体，粉体的比表面积不小于400m2/kg；其中，石英砂的粒径为0.106mm-3.35mm；其中，减水剂为固体聚羧酸盐减水剂、固体萘系减水剂、固体密胺类减水剂、或石膏类减水剂中的一种或几种；其中，消泡剂为活性硅酮类消泡剂、改性聚硅氧烷消泡剂、聚醚改性有机硅消泡剂、矿物油类消泡剂或聚醚类消泡剂中的一种或者几种；其中，防沉剂为丙烯酸与烯丙基蔗糖交联的高分子聚合物、定优胶、普鲁兰多糖、结冷胶、黄原胶、纤维素醚或改性沉淀醚中的一种或者几种；丙烯酸与烯丙基蔗糖交联的高分子聚合物选自江苏宜昊添生物科技有限公司的wg-80的卡波姆c-934；其中优选定优胶、普鲁兰多糖、结冷胶和纤维素醚的混合物，混合的质量比为1:3-3.5:4:6-8；各制备实施例中的具体使用情况如表2所示；其中，纤维为玄武岩矿物纤维和/或玻璃纤维；其中，发泡剂为偶氮化合物、磺酰肼类化合物、亚硝基化合物、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或几种；其中，憎水剂为硅烷/硅氧烷、硅烷改性类粉体材料或硅酸盐类无机粉体材料中的一种或几种，用于提高灌浆料防水效果，在灌浆料表面形成防水膜，隔绝水份的侵袭；其中，润滑剂为球形硅微粉、球形碳酸钙、球形粉煤灰、有机改性膨润土或硅酸镁铝粉中的一种或几种，主要起到增加灌浆料流动性和可灌性的作用，保证灌注饱满度；其中，粘结力增强剂为丁苯聚合物、脲醛树脂胶粉和气相二氧化硅的混合物，三者混合的质量比为1:0.5-2:10；各制备实施例中的具体使用情况如表3所；上述丁苯聚合物采用以下方法制备而成：首先将质量比为2:1的丁二烯和苯乙烯加入到反应釜中，控制反应温度50-80℃，然后加入过硫酸钾、聚氧乙烯酚烷基醚，烷基苯磺酸钠和叔十二碳硫醇，聚合反应时间3h-7h后获得丁苯乳液；随后将丁苯乳液喷雾干燥制备成胶粉，最后通过球磨、分级获得粒径小于100μm丁苯聚合物；步骤b、将减水剂、消泡剂、防沉剂、纤维、发泡剂、憎水剂、润滑剂和粘结力增加剂混合均匀，制得外加剂母料；步骤c、将步骤b制得的外加剂母料与水泥、石英砂混合均匀，得到灌浆料粉料；步骤d、以1：0.12-0.17的水料比将水与灌浆料粉料混合，搅拌均匀，即可用于灌浆。制得的灌浆料按照gb/t2419-2005水泥胶砂流动度测定方法、gb/t50080-2016普通拌和物性能试验方法、gb/t50081-2016普通拌和物性能试验方法，进行基本性能检测，具体的检测结果如表4所示。表1灌浆料的各制备实施例的原料组分制备例1制备例2制备例3制备例4制备例5水泥300370400450500石英砂580500450400300硬石膏8010452868铝酸盐熟料9610503272减水剂1.545710消泡剂1.50.25.23.86防沉剂5.03.21.10.12.6玄武岩矿物纤维0.01-0.20.250.48玻璃纤维0.040.8-0.230.52发泡剂0.10.61.01.62.0憎水剂0.050.121.82.43润滑剂7.6101.10.20.01粘结力增强剂2.51.80.020.240.6水料比0.130.140.150.160.17其中防沉剂和粘接力增强剂的具体使用情况如表2和表3所示。表2各制备实施例中防沉剂的质量比例表3各制备实施例中粘接力增强剂的质量比例制备例1制备例2制备例3制备例4制备例5丁苯聚合物11111脲醛树脂胶粉0.51.520.71.1气相二氧化硅1010101010表4各制备实施例制得的灌浆料的基本性能检测结果制备例1制备例2制备例3制备例4制备例5初始流动度(mm)2802852802852957d抗压强度(mpa)62.163.164.464.865.228d抗压强度(mpa)85.686.286.887.187.728d抗折强度(mpa)12.212.512.813.113.3限制膨胀率(％)0.080.060.080.060.07自由膨胀率(％)1.31.11.21.31.2泌水率(％)00000粘结强度(mpa)2.12.32.22.42.1由表4的检测结果可知，按照上述制备方法制得的灌浆料，自由泌水率为零，浆体均匀、饱满，无离析现象，初始流动度不小于280mm，具有优异的抗压强度，7d抗压强度不低于60mpa，28d抗压强度可以高达85mpa以上，28d抗折强度也可以达到12mpa以上，灌浆料不仅具有较高的早期强度，而且不影响后期强度的增长；微膨胀性能较好，自由膨胀率为1.1-1.3％，限制膨胀率为0.06-0.08％，灌浆后内部填充料体积不收缩，在塑性阶段具有良好的补偿收缩能力，确保钢管内的填充结构密实度和饱满度好，无空洞、裂纹等缺陷，提高连接用钢管柱的刚度，确保钢管柱自身的受弯能力；而且填充料与钢管的粘接力强，韧性好，可有效增大钢管柱的约束能力，提高轴压承载力，在受弯作用时，钢管与内部填充料协调变形，可大大提高钢管柱的抗弯承载力。对比实施例1以制备实施例2为对照组，设置4个试验组，除了防沉剂外，其余组分与制备实施例1的各组分使用情况一致；试验组1-1使用羟丙基甲基纤维素醚作为防沉剂，使用分量与对照组相同；试验组1-2使用羧甲基纤维素钠作为防沉剂，使用分量与对照组相同；试验组1-3使用定优胶、普鲁兰多糖、结冷胶和纤维素醚的混合物作为防沉剂使用，但是四者混合的质量比为9:5:1:2；试验组1-4使用定优胶、普鲁兰多糖、结冷胶和纤维素醚的混合物作为防沉剂使用，但是四者混合的质量比为1:1:1:1。将上述各对比实施例制得的灌浆料进行基本性能检测，得到的性能检测结果如表5所示。表5各制备实施例制得的灌浆料的基本性能检测结果制备例2试验组1-1试验组1-2试验组1-3试验组1-4初始流动度(mm)2853203302302407d抗压强度(mpa)63.150.349.862.062.228d抗压强度(mpa)86.255.654.585.585.328d抗折强度(mpa)12.59.89.711.812.1限制膨胀率(％)0.060-0.10.070.08自由膨胀率(％)1.1001.31.3泌水率(％)02.12.300粘结强度(mpa)2.30.80.72.12.1由表5可知，试验组1-1和1-2使用了市面上其他比较常见的防沉剂种类，其余部分按照本发明的制备方法制得的灌浆料不仅抗压强度和抗折强度明显低于对照组制得的灌浆料，而且泌水率明显提高，膨胀率也几乎为零，灌浆料在灌注后非常容易产生泌水，硬化后并不能膨胀密封甚至会产生收缩，从而直接影响灌浆料的粘结性能，粘结强度仅为对照组灌浆料的1/3。试验组1-3和1-4虽然选择了与对照组相同种类的物质，但是配比和比例趋势与本发明完全不同的组合使用方式，制得的灌浆料在抗压强度、抗折强度、泌水率、膨胀率和粘结强度上与对照组制得的灌浆料相似，但是不适当的配比使用，会不同程度的造成灌浆料初始流动度的降低，降低灌浆料的可灌性，直接影响灌注效率和灌注质量。因此，本发明中选择使用的防沉剂，尤其是优选方案“定优胶、普鲁兰多糖、结冷胶和纤维素醚的混合物，混合的质量比为1:3-3.5:4:6-8”，制得的灌浆料具有较好的初始流动度，膨胀率和泌水率，优异的抗压强度和抗折强度。对比实施例2以制备实施例1为对照组，设置4个试验组，除了粘接力增强剂外，其余组分与制备实施例1的各组分使用情况一致；试验组2-1使用vae胶粉作为粘接力增强剂，使用分量与对照组相同；试验组2-2使用生物质胶粉作为粘接力增强剂，使用分量与对照组相同；试验组2-3使用丁苯聚合物、脲醛树脂胶粉和气相二氧化硅的混合物作为粘接力增强剂使用，但是三者混合的质量比为10:1:1；试验组2-4使用丁苯聚合物、脲醛树脂胶粉和气相二氧化硅的混合物作为粘接力增强剂使用，但是三者混合的质量比为1:1:1。将上述各对比实施例制得的灌浆料进行基本性能检测，得到的性能检测结果如表6所示。表6各制备实施例制得的灌浆料的基本性能检测结果制备例1试验组2-1试验组2-2试验组2-3试验组2-4初始流动度(mm)2803003252701807d抗压强度(mpa)62.160.159.860.159.128d抗压强度(mpa)85.683.281.084.680.628d抗折强度(mpa)12.210.811.14.510.4限制膨胀率(％)0.080.070.070.050.06自由膨胀率(％)1.31.21.21.11.0泌水率(％)00000粘结强度(mpa)2.11.30.52.02.0由表6可知，试验组2-1和2-2使用了市面上其他比较常见的粘接力增强剂种类，其余部分按照本发明的制备方法制得的灌浆料初始流动度明显增大，粘结强度随之降低，这会直接影响灌浆料的整体性能。而试验组2-3和2-4虽然选择了与对照组相同种类的物质，但是配比和比例趋势与本发明完全不同的组合使用方式，制得的灌浆料膨胀率、泌水率和粘结强度没有明显变化，但是初始流动度明显降低，大大降低了灌浆料的流动性，会直接影响灌注效率和灌注质量。本发明装配式轨枕连接用钢管柱的制备方法，使用专用的灌浆组件，如图2和图3所示，灌浆组件包括设置在钢管1两端开口处、与钢管1截面形状相配合的罩体，罩体为侧壁和水平板围合而成的一端敞口的箱型结构，侧壁内表面贴合钢管1外侧壁设置，水平板的内表面与钢管1端面贴合设置，罩体包括位于钢管1顶部开口处的上罩体3和位于钢管1底部开口处的下罩体4，钢管1端面与水平板的内表面之间还可以设置有密封垫圈91；灌浆机6的出浆口处连接有注浆软管5，注浆软管5上设置有注浆阀门7，注浆软管5穿过罩体的水平板上开设的注浆孔后伸入钢管1内，下罩体4的水平板的上表面上涂覆有脱模剂，脱模剂的厚度不超过2mm，罩体为厚度不大于6mm的钢板围合而成，或由厚度不小于2mm的硬质塑料围合而成。注浆软管5可以穿过下罩体4伸入钢管1内，同时上罩体3的水平板上设置有出浆管头8，出浆管头8上设置有出浆阀门9。同等替换的，如图4所示，注浆软管5还可以穿过上罩体3的水平板伸入钢管1内，下罩体4与钢管1下端开口密封连接，注浆软管5的顶部端面伸至钢管1底部开始灌浆；或如图5所示，注浆软管5也可以伸至钢管1顶端开始灌浆，通过灌浆漏斗采用重力灌浆的方法完成灌浆。灌浆机6为活塞式灌浆机6或螺旋式灌浆机6，灌浆压力为0.1-4.0mpa。本发明使用上述灌浆组件的装配式轨枕连接用钢管1柱的制备方法，包括以下步骤：步骤一、安装灌浆组件：将罩体分别套设在钢管1的两端，连接灌浆机6和注浆软管5，将注浆软管5穿过罩体伸入钢管1内；步骤二、制备灌浆料：按照上述制备实施例记载的方法制备灌浆料；步骤三、打开注浆阀门7，开启灌浆机6，向钢管1内注入灌浆料直至将钢管1灌满为止；步骤四、然后稳压3-5min后关闭灌浆机6；步骤五、填充的灌浆料2终凝养护完成后，拆除钢管1两端的罩体，完成钢管1柱的制作；填充的灌浆料养护时间不少于3d。当注浆软管5穿过上罩体3的水平板伸入钢管1内，下罩体4与钢管1下端开口密封连接时，注浆软管5的顶部端面伸至钢管1底部开始灌浆时，注浆软管5随着浆体的注入而不断上提，直至钢管1灌满为止。当注浆软管5穿过上罩体3的水平板伸入钢管1内，下罩体4与钢管1下端开口密封连接时，注浆软管5的顶部端面伸至钢管1顶端开始灌浆时，连续灌浆直至钢管1灌满为止。以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。当前第1页12