一种抗裂无砟轨道道床板混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种抗裂无砟轨道道床板混凝土及其制备方法。

背景技术

无砟轨道因其良好的整体性、稳定的结构、经济性好等显著特点，已成为我国高速铁路轨道的主要结构。无砟轨道结构通常由钢轨、扣件、轨枕、道床板混凝土、混凝土支承层等组成。但是，无砟轨道作为一种露天放置、反复承受列车荷载的结构物，在列车荷载、温度变化、基础变形以及混凝土自身干燥收缩变形的影响下，容易导致道床板混凝土产生裂缝。腐蚀介质(氯化物、硫酸盐等)通过裂缝侵入道床板混凝土的内部，将进一步造成道床板混凝土的耐久性能下降和各项性能的劣化，严重影响到无砟轨道的服役安全和寿命。

由于影响道床板混凝土开裂的因素很多，即使在设计和施工上采取了很多措施，仍无法彻底解决道床板混凝土开裂的问题。为此，如何从混凝土本身的组成和配比上来提升道床板混凝土的抗裂性能，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种抗裂无砟轨道道床板混凝土及其制备方法，用于提升道床板混凝土的抗裂性能。其具体技术方案如下：

在第一方面，本发明提供了一种抗裂无砟轨道道床板混凝土，包括以下质量百分数的原料组分：

水泥9.0％-10.0％、氧化镁膨胀剂0.5％-1.0％、减缩剂0.1％-0.3％、粉煤灰6.0％-7.0％、粗骨料48.0％-49.0％、细骨料29.0％-30.0％、聚羧酸减水剂0.05％-0.1％以及水5.2％-5.5％；所述水泥为低热水泥。

可选的，所述减缩剂为CHUPPLJ100型减缩剂。

可选的，所述低热水泥为42.5级低热水泥。

可选的，所述粉煤灰为F类II级粉煤灰。

可选的，所述粗骨料包括中泰碎石，含泥量不大于1％。

可选的，所述中泰碎石的粒径为5-20mm。

可选的，所述细骨料包括闽侯河沙和中砂中的至少一种，含泥量不大于2.5％。

在第二方面，本发明提供了一种制备所述的抗裂无砟轨道道床板混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、将所需用量的各原料组分加入搅拌机内搅拌均匀，制得预混料；

步骤S2、将所述预混料倒入模具内，并通过振动机振动均匀，在所述模具内所述预混料经第一次养护后开模，获得成型试件；将所述成型试件经第二次养护后，制得所述抗裂无砟轨道道床板混凝土。

可选的，在步骤S2中，第一次养护的工艺条件为温度20℃±2℃，相对湿度95％±4％，养护时间1-2天；第二次养护的工艺条件为温度20℃±2℃，相对湿度95％±4％，养护时间28天；所述第二次养护在养护室内完成。

可选的，在步骤S2中采用振动机的振动频率为2800-3000次/分；在步骤S1中采用搅拌机的搅拌速率为45-50转/分。

应用本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

(1)本发明中所述抗裂无砟轨道道床板混凝土，采用低热水泥产生的水化放热远低于普通硅酸盐水泥和中热水泥，能够有效抑制道床板混凝土的干燥收缩变形，提高道床板混凝土的抗裂性能；然而，使用低热水泥会导致道床板混凝土早期抗拉强度低，容易出现早期裂缝的问题；因此，本发明采用氧化镁膨胀剂修补早期裂缝，具体的，所述氧化镁膨胀剂吸水能够产生足够的膨胀应力以修补早期裂缝；本发明采用减缩剂能够降低道床板混凝土孔隙溶液的表面张力，抑制道床板混凝土的干燥收缩变形；另外，减缩剂会延缓水泥水化进程，减少毛细孔溶液的蒸发，具有一定的保水作用，从而为所述氧化镁膨胀剂提供足够的水分以膨胀修补裂缝。故，本发明采用低热水泥、氧化镁膨胀剂和减缩剂组合使用，能够有效抑制道床板混凝土的干燥收缩变形，修补早期裂缝以延迟道床板混凝土的初始开裂时间，提升道床板混凝土的抗裂性能。

(2)本发明中所述抗裂无砟轨道道床板混凝土的制备方法具有步骤精简、操作简便和参数易控的优势，且所制备的抗裂无砟轨道道床板混凝土在干燥状态下的干燥收缩变形地低至138.78×10

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种抗裂无砟轨道道床板混凝土，包括以下质量百分数的原料组分：

42.5级低热水泥9.4％、氧化镁膨胀剂0.6％、CHUPPLJ100型减缩剂(为淡黄色液体，密度为1.01±0.02g/cm

所述粉煤灰为F类II级粉煤灰。

所述粗骨料为中泰碎石，含泥量不大于1％。

所述中泰碎石的粒径为5-20mm。

所述细骨料为闽侯中砂，含泥量不大于2.5％。

一种制备所述的抗裂无砟轨道道床板混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、将所需用量的各原料组分加入搅拌机内搅拌均匀，制得预混料；

步骤S2、将所述预混料倒入模具内，并通过振动机振动均匀，在所述模具内所述预混料经第一次养护后开模，获得成型试件；将所述成型试件经第二次养护后，制得所述抗裂无砟轨道道床板混凝土。

在步骤S2中，第一次养护的工艺条件为温度20℃±2℃，相对湿度95％±4％，养护时间1天；第二次养护的工艺条件为温度20℃±2℃，相对湿度95％±4％，养护时间28天；所述第二次养护在养护室内完成。

在步骤S2中采用振动机的振动频率为2860次/分；在步骤S1中采用搅拌机的搅拌速率为48转/分。

本发明在实施例1的基础上，围绕制备所述抗裂无砟轨道道床板混凝土采用的原料组分和各组分用量还做了实施例2-9和对比例1-8。实施例1-9和对比例1-8的具体区别之处参见表1所示。

表1实施例1-9和对比例1-8采用的制备所述抗裂无砟轨道道床板混凝土采用的原料组分和各组分用量的情况

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将由实施例1-9与对比例1-8采用的各原料组分按照对应的用量配比制得各成型试件，将各成型试件分别进行以下性能测试：

1)抗压强度测试：将各成型试件分别制作成相同形状和相同大小的样品，并将各样品完成所述第二次养护；然后根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行测试。其中，抗压强度越高，说明混凝土的抗裂性能越好。

2)劈裂抗拉强度测试：将各成型试件分别制作成相同形状和相同大小的样品，并将各样品完成所述第二次养护；然后根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行测试。其中，劈裂抗拉强度越高，说明混凝土的抗裂性能越好。

3)弹性模量测试：将各成型试件分别制作成相同形状和相同大小的样品，并将各样品完成所述第二次养护；然后根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行测试。其中，弹性模量越低，说明混凝土的抗裂性能越好。

4)干燥收缩变形测试：将各成型试件分别制作成相同形状和相同大小的样品，并将各样品完成所述第二次养护；然后根据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行测试。其中，干燥收缩变形越低，说明混凝土的抗裂性能越好。

5)初始开裂时间测试：将各成型试件分别制作成相同形状和相同大小的样品；然后根据CCES01-2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》进行测试。其中，混凝土初始开裂时间越长，说明混凝土的抗裂性能越好。

上述性能测试结果参见表2所示。

表2实施例1-9和对比例1-8制备的各抗裂无砟轨道道床板混凝土性能测试情况

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由表2数据知：

相比于对比例1，对比例2采用低热水泥能够在一定程度上延迟初始开裂时间，降低干燥收缩变形；

相比于对比例2，对比例3-5在采用低热水泥的基础上，组合使用不同用量的氧化镁膨胀剂能够进一步延迟初始开裂时间，降低干燥收缩变形；其中，氧化镁膨胀剂用量为0.8％时，延迟初始开裂时间最长；

相比于对比例2，对比例6-8在采用低热水泥的基础上，组合使用不同用量的CHUPPL J100型减缩剂能够进一步延迟初始开裂时间，降低干燥收缩变形；其中，CHUPPLJ100型减缩剂用量为0.2％时，延迟初始开裂时间最长；

相比于对比例1-8，本发明在实施例1-9中组合使用低热水泥、氧化镁膨胀剂和CHUPPL J100型减缩剂所制备的抗裂无砟轨道道床板混凝土，能够有效延迟初始开裂时间，降低干燥收缩变形，从而提升道床板混凝土的抗裂性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。