一种高原铁路混凝土的组成及制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种高原铁路混凝土的组成及制备方法。

背景技术

川藏铁路东起四川省成都市，向西经雅安、康定、昌都、林芝、山南到拉萨，全长1567km，总体线路西高东低，海拔高度差异巨大，属于典型的高原铁路。目前，川藏铁路拉萨至林芝段(简称拉林铁路)目前已全部完成主体工程建设，开始进入钢轨铺设阶段。

调研发现，拉林铁路建设期间混凝土用粉煤灰等矿物掺和料均是通过铁路运输与汽车运输的方式，从青海、甘肃等地外运而来，受近年经济形势及环保政策的影响，青海、甘肃等地的粉煤灰产量逐年萎缩，质量波动较大，且供应的粉煤灰到场价格普遍在800元/吨～1000元/吨，远远高出其它线路200元/吨～300元/吨的价格。此外，受高原环境气候的影响，拉林铁路建设期间部分地区混凝土还存在气泡稳定性差、早期强度发展慢及抗冻性差等问题。

即将开工建设的川藏铁路雅安至林芝段，途经地区冶金、火力发电等工业基础薄弱，沿线800公里范围内没有大型的粉煤灰和矿渣粉等生产企业，如继续采用与拉林铁路相似的粉煤灰等矿物掺和料外运方案，一方面更长的运输距离势必将进一步增加工程建设成本，另一方面受制于既有S318公路的运输能力，加上沿途地势险峻，极有可能造成严重的交通堵塞，工程建设进度存在延误风险。此外，新建川藏铁路雅安至林芝段沿途海拔起伏较大，冻融作用剧烈，对混凝土早期强度发展以及长期抗冻性能均提出了更高要求，亟需提出能够有效解决高原混凝土所存在气泡稳定性差、早期强度发展慢及抗冻性差等问题的技术方案。

基于上述情况，本发明提出采用以天然地域性矿物材料为主要原材料加工制得的火成岩质矿物掺和料替代粉煤灰，同时掺加适量高效引气剂及早强剂的技术路线成功配制出了各项性能满足《铁路混凝土》TB/T 3275要求的高原铁路混凝土。

发明内容

本发明目的在于提供一种高原铁路混凝土的组成及制备方法，以解决粉煤灰及矿渣粉资源匮乏地区铁路混凝土配制困难的问题，同时克服高原气候环境下混凝土气泡稳定性差、早期强度发展慢及抗冻性差等问题。

本发明一种高原铁路混凝土的组成及制备方法，高原铁路混凝土具体是由质量分数为15％～18％的胶凝材料、70％～80％的集料、5％～7％的拌合水以及1.5％～1.8％的化学外加剂组成，并通过一定的搅拌工艺制备而成。

一种高原铁路混凝土的组成及制备方法，所述胶凝材料包括水泥和矿物掺和料，其中水泥为强度等级不低于42.5，比表面积不高于350m2/kg的普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥和低热硅酸盐水泥中的一种或几种；矿物掺和料为56d活性指数不低于70％，流动度比不低于90％的火成岩质矿物掺和料。

一种高原铁路混凝土的组成及制备方法，所述胶凝材料中的火成岩质矿物掺和料是由磨细火成岩石粉、硅质增强材料、铝硅质增强材料、助磨剂及的激发剂按一定比例组配而成，是粉煤灰等传统矿物掺和料资源短缺地区的理想替代品，前期研究表明火成岩质矿物掺和料在物理密实填充、工作性能改善、水化放热控制等方面的作用与II级粉煤灰相当。

一种高原铁路混凝土的组成及制备方法，所述集料包括粗骨料和细骨料，其中粗骨料选用5mm～10mm与10mm～20mm组配而成的空隙率不超过40％的连续级配碎石；细骨料选用针片状含量不超过7％，细度模数为2.6～3.0，石粉含量为5％～10％的机制砂或混合砂。

一种高原铁路混凝土的组成及制备方法，所述拌合水为性能满足《铁路混凝土》TB/T 3275要求的自来水。

一种高原铁路混凝土的组成及制备方法，所述化学外加剂包括聚羧酸减水剂、保坍剂、引气剂及早强剂中的一种或几种，主要用于改善高原施工条件下混凝土拌合物气泡稳定性不足、硬化体早期强度发展缓慢等问题。

一种高原铁路混凝土的组成及制备方法，所述搅拌工艺具体包括以下步骤：

a)将粗细骨料按比例依次投入搅拌机内，然后添加1/2的拌合水，搅拌60s；

b)将水泥和火成岩质矿物掺和料按比例依次投入搅拌机内，搅拌30s；

c)将剩余1/2的拌合水及化学外加剂一并投入搅拌机内，搅拌120s。

相比于传统混凝土的投料顺序以及90s～120s的搅拌时间，本发明通过延长搅拌时间可充分发挥化学外加剂的引气作用；通过调整投料搅拌顺序可减少早期粗细骨料对化学外加剂的吸附，充分发挥化学外加剂的减水、保坍和引气作用。

附图说明

图1为高原铁路混凝土的搅拌工艺。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明，但本发明不仅限于所述的实施例。

实施例1：C40混凝土配制

其中胶凝材料总量为400kg，水胶比为0.36，砂率为44％，火成岩质矿物掺和料掺量为25％，火成岩质矿物掺和料具体选用昌都地区火成岩矿物(以安山岩矿物为主)及矿物改性剂(包括95级半加密硅灰、低热硅酸盐水泥熟料、三乙醇胺和元明粉等)复配而成，其具体性能指标如表1所示，实施例1的混凝土配合比如表2所示：

表1火成岩质矿物掺和料的性能检测指标

表2实施例1的具体配合比

按照图1的制备方式配制的高原铁路混凝土的性能如表3所示：

表3实施例1配制的高原铁路混凝土的性能

由表3可知，采用火成岩质矿物掺和料制备的混凝土各项性能均满足《铁路混凝土》TB/T3275中的要求。此外，采用本发明制备的混凝土拌合物2h的坍落度损失量和含气量损失量分别为15mm和0.8％，完全能够满足现场施工要求；硬化体混凝土3d抗压强度与56d抗压强度比可达56％，同样能够满足现场对混凝土早期强度发展的要求。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。