多孔火山岩骨料混凝土轨枕的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多孔火山岩骨料混凝土轨枕，包括多孔火山岩骨料混凝土本体和位于多孔火山岩骨料混凝土本体内的预应力钢丝、箍筋及螺旋筋，其中每立方米多孔火山岩骨料混凝土中的原料重量比如下：水泥410～420千克、粉煤灰70～80千克、河砂650～660千克、多孔火山岩骨料1210～1220千克、水135～145千克、减水剂5.5～6.5千克。属于轨枕技术领域，本发明通过合理调配掺和料、外加剂、碎石分级及水泥和河砂的加入量，研发出可用于热带地区的多孔火山岩骨料混凝土轨枕。
【专利说明】
多孔火山岩骨料混凝土轨枕
技术领域
[0001]本发明涉及到混凝土轨枕，尤其是一种多孔火山岩骨料混凝土轨枕，属于轨枕技术领域。【背景技术】
[0002]当前，广泛应用的铁路轨枕多为预应力混凝土轨枕，其主要的原材料有水泥、河砂、碎石、水，通过合理的添加掺和料、外加剂，研发出不同性能的预应力混凝土轨枕，使其具备高耐久性和高抗压强度。
[0003]基于施工地域的差异所使用的原材料也略有不同，为了避免远距离运输，降低生产成本，均就地取材。当地处热带地区时，其具备独特的碎石即多孔火山岩，当地的火山岩表面并非光洁而是具备多孔结构，因此称之为多孔火山岩，这种多孔火山岩用于混凝土中容易产生气泡，使得混凝土呈现蜂窝结构，如果制备的混凝土轨枕中的气泡量过大，一方面影响混凝土轨枕的外观形貌，另一方面势必在一定程度会降低混凝土轨枕的抗压强度和耐久性，混凝土内部和混凝土表面形成的空隙和气泡，会形成后续使用过程中应力集中区，可能会出现深度裂纹将会严重降低混凝土的强度。
【发明内容】
[0004]本发明需要解决的技术问题是提供一种多孔火山岩骨料混凝土轨枕，通过合理调配掺和料、外加剂、碎石分级及水泥和河砂的加入量，研发出可用于热带地区质量轻、强度高的多孔火山岩骨料混凝土轨枕。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
[0006]—种多孔火山岩骨料混凝土轨枕，包括多孔火山岩骨料混凝土本体和位于多孔火山岩骨料混凝土本体内的预应力钢丝、箍筋及螺旋筋，其中每立方米所述多孔火山岩骨料混凝土中的原料重量比如下:
[0007]水泥410?420千克、粉煤灰70?80千克、河砂650?660千克、多孔火山岩骨料1210 ?1220千克、水135?145千克、减水剂5.5?6.5千克。
[0008]本发明技术方案的进一步改进在于:每立方米多孔火山岩骨料混凝土中的原料重量比如下:水泥412千克、粉煤灰77千克、河砂656千克、多孔火山岩骨料1218千克、水137千克、减水剂5.87千克。
[0009]本发明技术方案的进一步改进在于:多孔火山岩骨料包括粒径为5?10mm小碎石和粒径为10?20mm大碎石，其中5?10mm小碎石占多孔火山岩骨料质量的10?20%，粒径为 10?20mm大碎石占多孔火山岩骨料质量的80%?90%。
[0010]本发明技术方案的进一步改进在于:小碎石和大碎石的配比为5?10mm小碎石占多孔火山岩骨料质量的20%，粒径为10?20mm大碎石占多孔火山岩骨料质量的80%。
[0011]本发明技术方案的进一步改进在于:减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
[0012]本发明技术方案的进一步改进在于:多孔火山岩骨料混凝土本体内的预应力钢丝为低松弛螺旋肋钢丝，其数目为10根、公称直径为6.25mm?7mm。
[0013]本发明技术方案的进一步改进在于:箍筋的数目为9根，所述的9根箍筋套装于低松弛螺旋肋钢丝上。
[0014]本发明技术方案的进一步改进在于:螺旋筋的数目为4根。
[0015]由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是:
[0016]本发明采用的碎石为多孔结构，需要相对较多数量的河砂和水泥来裹覆和填充碎石之间的空隙和碎石表面的开口空隙，因此需要综合考虑掺和料、外加剂、碎石分级及水泥和河砂的加入量，研发出适用于热带地区的多孔火山岩骨料混凝土轨枕，使制备的轨枕具有重量轻、强度高的优势。[0〇17] 首先本发明合理调配了碎石的分级，采用粒径为5?10mm与10?20mm两级配，使其符合连续级配范围，其中粒径为5?10mm小碎石占多孔火山岩骨料质量的20%，粒径为10? 20mm大碎石占多孔火山岩骨料质量的80%，使大粒径的碎石所占比重较大，其原因在于:可以降低碎石之间的空隙率和碎石表面的开口空隙率，在保证了多孔火山岩骨料混凝土轨枕的强度同时相对的减少河砂及水泥的用量，降低成本，另外此种碎石具有多孔结构可以直接吸收部分拌合用水，降低水灰比，从而使拌合物的坍落度减小，不易产生离析，同时大大改善水泥与碎石之间的粘结，但是大碎石所占的比重不能过大，其原因在于:增大了碎石之间的空隙，在一定程度增加水泥的加入量，使混凝土的粘度增加不利于内部气体的排出，容易留下气孔，造成潜在应力集中区，影响轨枕的使用寿命及增加轨枕的生产成本。另一方面，大碎石所占的比重也不能过小，过小会降低轨枕的强度，影响轨枕的使用寿命。
[0018]其次，相对于常规的配比增加粉煤灰的加入量并对细度进行调整，调节了混凝土的强度等级，同时采用细煤粉灰可以降低粉煤灰的需水量，提高混凝土的流动性，利于内部气体排出。[〇〇19]最后，采用长分子链的聚羧酸系高性能减水剂，使其粘附与水泥颗粒上，依靠自身同种电荷相互排斥，增加混凝土的流动性，利于内部气体排出，同时聚羧酸系高性能减水剂，能够释放混凝土颗粒包裹住的自由水，尽可能的在所需要混凝土流动性上减少混凝土中水的掺量;当减水剂5.87千克时制备的多孔火山岩骨料混凝土，在坍落度在(200-215)_ 时，混凝土 30min坍落度损失减小，扩展度增大，拌合物工作性能有所改善，混凝土黏度小流动性能良好，得到的混凝土的表观气泡较小且数量少。
[0020]通过对混凝土砂率、碎石级配、水泥、粉煤灰以及减水剂的成分适宜调整，使混凝土粘稠性降低，利于内部气体排出，从而减少混凝土外观气泡的同时提高多孔火山岩骨料混凝土轨枕耐久性和强度。【附图说明】[0021 ]图1是多孔火山岩骨料混凝土轨枕局部剖视图；[〇〇22]图2是沿图1中A-A方向的视图；[〇〇23]图3是多孔火山岩骨料混凝土轨枕箍筋位置摆放示意图；
[0024]其中，1、低松弛螺旋肋钢丝，2、箍筋，3、螺旋筋。【具体实施方式】
[0025]下面结合实施例对本发明做进一步详细说明:
[0026]实施例1[〇〇27]本实施例公开了一种多孔火山岩骨料混凝土轨枕，包括多孔火山岩骨料混凝土本体和贯穿于所述多孔火山岩骨料混凝土本体内的预应力钢丝、箍筋及螺旋筋，其中每立方米所述多孔火山岩骨料混凝土本体中的原料重量比如下:[〇〇28] 水泥412千克、粉煤灰77千克、砂656千克、多孔火山岩1218千克、水137千克、减水剂5.87千克。
[0029]由于本实施例中应用的粗骨料具备独特的多孔结构，在生产过程中容易出现气泡，使得混凝土呈现蜂窝状结构，对混凝土轨枕的外观形貌和抗压强强度及耐久性造成一定的影响，本实施例通过添加掺合料、外加剂、碎石分级、选用与碎石相同产地的砂、以及钢筋的选用，从而研发出适用于热带地区的多孔火山岩轨枕。
[0030]其中，细骨料采用细度模数2.6的河砂，河砂的模数的合理选择对混凝土的强度及和易性的影响至关重要，其中河砂能够填充多孔火山岩骨料的空隙及大、小碎石之间的空隙，有效的减少气泡的产生，使混凝土轨枕更加密实、抑制收缩、防止开裂，但是如果河砂的细度模数过小，拌制的混凝土拌合物显得太粘稠，同时会造成施工过程中振捣困难，且河砂太细增加水泥的用量，增加生产成本；[〇〇31 ]碎石采用5-1〇1111]1与1〇-2〇1]11]1两级配，符合5-2〇1]11]1连续级配范围，其中5-1〇1]11]1为20%，10-20mm为80%，即小碎石为244kg、大碎石974kg，确保混凝土的流动性和扩展性，便于后续的浇筑施工。小碎石和大碎石采用肯尼亚所产生的多孔火山岩，水泥、河砂均产自肯尼亚，其中水泥的强度等级为52.5。
[0032]而减水剂选自中华人民共和国的聚羧酸系高性能减水剂，并且此减水剂与所用的水泥具有良好的适应力，能够明显提尚混凝土耐久性及和易性。
[0033]粉煤灰采用细度为8.77%，利用细粉煤灰释放内部的自由水降低粉煤灰的需水量，进而改善混凝土的和易性，提高混凝土的强度等级。[〇〇34]拌合和养护用水采用是地下水，同时保证水泥初凝时间差及终凝时间差不得大于 30min〇
[0035]其中，采用10根公称直径为6.25mm的低松弛螺旋肋钢丝，其分布形式图2所示，所述的10根低松弛螺旋肋钢丝设置于上中下三排中，其中上、下两排分别分布4根，中间一排分布两排，9根箍筋以一定的间隔沿轨枕的长度方向分布，如图3所示，多孔火山岩骨料混凝土轨枕中包括4个螺旋筋，如图1所示，螺旋筋采用卷簧机绕制而成，螺旋筋加工分为螺旋筋的绕制和三根纵筋的点焊两个过程。
[0036]在生产制造过程中，将制作好的钢模放于硬化的生产场地，安装砂箱，采用定长切割机下料预应力钢丝，预应力钢丝一端先镦头，另一端穿入锚固板、铁挡板及箍筋后，进行绑扎，将低松弛螺旋肋钢丝与张拉千斤顶相连接，张拉过程中采取单根张拉，从中间向两边对称张拉，张拉一个锚固一根，再此过程中要保持张拉速度匀速、渐进，张拉完毕后放置螺旋筋，按照上述的混凝土配比进行混料，采用全自动混凝土拌合机进行拌合，严格控制水灰比、坍落度，并且制作平行试件，确保拌制出合格的混凝土。拌制好的混凝土用翻斗车运输， 通过龙门吊用吊斗提升至模板上方并且缓慢放入模内，再用插入式振动棒及小型平板振动器组合进行振捣，同时为了尽快提高混凝土的强度，采用蒸汽养生。浇筑完毕后对混凝土进行覆盖并开始加热养生，混凝土试块与浇筑好的多孔火山岩骨料混凝土轨枕一并养生，养护时间以混凝土试块的强度来确定，确保强度不应低于设计强度的70%。最后降温完成后， 预应力钢丝放张时，采用砂箱一次性全部放松;拆除模板，预应力钢丝用砂轮机切割，完成整个多孔火山岩骨料混凝土轨枕的制作过程。[0〇37] 新拌混凝土性能指标:纟丹落度210臟、扩展度46〇1111]1、表观密度256()1^/1]13，半个小后對落度210mm、扩展度450mm，无泌衆。[〇〇38] 硬化混凝土性能指标:混凝土在50°C下蒸养3d抗压强度62MPa，28d抗压强度64.5MPa〇[〇〇39] 实施例2
[0040]本实施例与实施例1不同之处在于:每立方米所述多孔火山岩骨料混凝土本体中的原料重量比如下:[0041 ] 水泥410千克、粉煤灰70千克、砂656千克、多孔火山岩1210千克、水135千克、减水剂5.5千克、水胶比为0.287，粒径5-10mm小碎石为15%，粒径10-20mm大碎石为85%。[0〇42] 新拌混凝土性能指标:纟丹落度212臟、扩展度4551111]1、表观密度25581^/1]13，半个小后對落度212mm、扩展度450mm，无泌衆。[〇〇43] 硬化混凝土性能指标:混凝土在50°C下蒸养3d抗压强度60.5MPa，28d抗压强度 63MPa〇
[0044]实施例3
[0045]本实施例与实施例1不同之处在于:每立方米所述多孔火山岩骨料混凝土本体中的原料重量比如下:[〇〇46] 水泥416千克、粉煤灰78千克、砂658千克、多孔火山岩1215千克、水138千克、减水剂5.7千克、水胶比为0.288，粒径5-10mm小碎石为20%，粒径10-20mm大碎石为80%。[0〇47] 新拌混凝土性能指标:纟丹落度213臟、扩展度4551111]1、表观密度25621^/1]13，半个小后對落度213mm、扩展度450mm，无泌衆。[〇〇48] 硬化混凝土性能指标:混凝土在50°C下蒸养3d抗压强度62.5MPa，28d抗压强度 65MPa〇
[0049]实施例4
[0050]本实施例与实施例1不同之处在于:每立方米所述多孔火山岩骨料混凝土本体中的原料重量比如下:[0051 ] 水泥420千克、粉煤灰80千克、砂656千克、多孔火山岩1220千克、水145千克、减水剂6千克、水胶比为0.29,粒径5-10mm小碎石为10%，粒径10-20mm大碎石为90%。[0〇52] 新拌混凝土性能指标:纟丹落度215臟、扩展度4551111]1、表观密度25641^/1]13，半个小后對落度215mm、扩展度450mm，无泌衆。[〇〇53] 硬化混凝土性能指标:混凝土在50°C下蒸养3d抗压强度64MPa，28d抗压强度 66MPa〇
【主权项】
1.一种多孔火山岩骨料混凝土轨枕，其特征在于:包括多孔火山岩骨料混凝土本体和 位于多孔火山岩骨料混凝土本体内的预应力钢丝、箍筋及螺旋筋，其中每立方米所述多孔 火山岩骨料混凝土中的原料重量比如下:水泥410?420千克、粉煤灰70?80千克、河砂650 ?660千克、多孔火山岩骨料1210?1220千克、水135?145千克、减水剂5.5?6.5千克。2.根据权利要求1所述的多孔火山岩骨料混凝土轨枕，其特征在于:每立方米所述多孔 火山岩骨料混凝土中的原料重量比如下:水泥412千克、粉煤灰77千克、河砂656千克、多孔 火山岩骨料1218千克、水137千克、减水剂5.87千克。3.根据权利要求1或2任一项所述的多孔火山岩骨料混凝土轨枕，其特征在于:所述多 孔火山岩骨料包括粒径为5?10mm小碎石和粒径为10?20mm大碎石，其中5?10mm小碎石占 多孔火山岩骨料质量的10?20%，粒径为10?20mm大碎石占多孔火山岩骨料质量的80%? 90% 〇4.根据权利要求3所述的多孔火山岩骨料混凝土轨枕，其特征在于:所述小碎石和大碎 石的配比为5?10mm小碎石占多孔火山岩骨料质量的20%，粒径为10?20mm大碎石占多孔火 山岩骨料质量的80%。5.根据权利要求1所述的多孔火山岩骨料混凝土轨枕，其特征在于:所述减水剂为聚羧 酸系尚性能减水剂。6.根据权利要求1所述的多孔火山岩骨料混凝土轨枕，其特征在于:所述多孔火山岩骨 料混凝土本体内的预应力钢丝为低松弛螺旋肋钢丝(1 )，其数目为10根、公称直径为6.25mm ?7mm〇7.根据权利要求1所述的多孔火山岩骨料混凝土轨枕，其特征在于:所述箍筋(2)的数 目为9根，所述的9根箍筋套装于低松弛螺旋肋钢丝上。8.根据权利要求1所述的多孔火山岩骨料混凝土轨枕，其特征在于:所述螺旋筋(3)的 数目为4根。
【文档编号】C04B14/16GK106045386SQ201610341555
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】温欣岚, 俞晓东, 张兵, 颜炳仁, 冷冬, 李新泽, 李菲, 肖立, 唐祖阳, 古俊晓, 徐鑫, 崔振东, 王立刚, 管强, 马记, 陈勇华, 姜雅峰, 郭勇, 李启发, 宋照军
【申请人】中国路桥工程有限责任公司, 中交隧道工程局有限公司