混凝土原料、顶面无气泡的混凝土轨枕浇筑方法及应用

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及混凝土原料、顶面无气泡的混凝土轨枕浇筑方法及应用。

背景技术

混凝土是一种将多种原料按照一定比例混合而成的建筑材料，在搅拌混合过程中，不可避免地引入一定数量的气泡，而混凝土中产生的气泡存在不同的尺寸，一般地，100μm以上的称之为大害泡，100-50μm的叫中害泡，50-20μm的叫低害泡或无害泡，20μm以下的称有益气泡。从混凝土结构理论上来说，这种50μm以下的微小气泡形成的空隙属于毛细孔范围或称无害孔、少害孔，它不但不会降低强度，还会大大提高混凝土的耐久性。因此，一般混凝土生产过程中，通过优选原材料、调整搅拌工艺、掺加外加剂(消泡剂)等方式，可以有效消除50μm以上的有害气泡，保证混凝土质量稳定。

然而，一些对混凝土表面光滑度、平整度有特殊要求的工程，如清水混凝土，则对混凝土气泡数量有着更为严苛的要求，要求脱模后混凝土表面达到“零气泡”的效果。一般需要通过配合使用专用模具、专用脱模剂和特种的清水混凝土配方来实现混凝土表面“零气泡”的效果。但是，由于气泡的上浮聚集效应，清水混凝土表面“零气泡”的效果只能在混凝土侧面或底面实现，混凝土顶面脱模还无法实现“零气泡”效果。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中无法实现混凝土顶面脱模后“零气泡”效果的问题。

为此，本发明提供了一种混凝土原料，以质量百分比计，所述混凝土原料包括20-33％的硫铝酸盐水泥、2-8％的硅灰、0.5-3％的聚合物乳液、0.05-0.15％的减水剂、0.01-0.06％的缓凝剂、0.03-0.10％的早强剂、0.01-0.06％的膨胀剂、0.01-0.09％的消泡剂、0.04-0.11％的防沉降剂、0.05-0.13％的纤维、27-33％的砂和29-40％的碎石。

具体的，上述早强剂包括碳酸锂、甲酸钙或硫酸钠中一种或多种。

具体的，上述纤维包括聚丙烯纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维中的一种或多种。

具体的，上述碎石的粒径为4.75-9.5mm。

本发明还提供了一种顶面无气泡的混凝土轨枕浇筑方法，包括以下步骤：

(1)制备轨枕模具，固定在既有钢轨上并进行密封处理；

(2)按比例配置上述混凝土原料；

(3)将混凝土原料与水混合，搅拌均匀后静置消泡；

(4)消泡后的混凝土浇灌至轨枕模具内，成型后拆除轨枕模具，安装扣件装置。

具体的，上述步骤(1)中轨枕模具的顶面采用透气钢制作。

具体的，上述步骤(4)消泡后的混凝土浇灌至轨枕模具后10min以内，通过真空泵设备抽吸模具表面辅助排气。

具体的，上述步骤(3)中水与混凝土原料质量比为(0.11-0.15)：1。

具体的，上述步骤(3)中搅拌时间为3-5min，搅拌速率为20-30r/min。

本发明提供的混凝土原料和顶面无气泡的混凝土轨枕浇筑方法可用于运营高速铁路现浇轨枕，特别是双块式无砟轨道轨枕修复。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明提供的这种混凝土原料和顶面无气泡的混凝土轨枕浇筑方法在运营高速铁路双块式无砟轨道轨枕病害整治工程中，不仅保证了混凝土材质的性能需求，还实现了现浇轨枕混凝土脱模后表面零气泡的施工效果，满足了钢轨扣件安装对轨枕承轨台表面的尺寸和密实度严苛要求，同时提升了轨枕混凝土的耐久性和美观性。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例2中轨枕模具的主视图。

图2是本发明实施例2中轨枕模具的俯视图。

图3是本发明实施例2中漏斗式关注设备结构示意图。

图4是本发明实施例2中混凝土轨枕示意图。

图5是本发明实施例2中混凝土轨枕铺设示意图。

图6是本发明比较例1制备的混凝土轨枕示意图。

图7是本发明比较例2制备的混凝土轨枕示意图。

附图标记：1、钢轨；2、轨枕模具；201、透气钢顶面；202、进料口；203、溢浆口；3、螺栓；4、储料斗；5、控制阀；6、软管。

具体实施方式

下面将结合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。尽管已经详细描述了本发明的代表性实施例，但是本发明所属技术领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下可以对本发明进行各种修改和改变。因此，本发明的范围不应局限于实施方案，而应由所附权利要求及其等同物来限定。

本发明提供了一种混凝土原料，以质量百分比计，所述混凝土原料包括20-33％的硫铝酸盐水泥、2-8％的硅灰、0.5-3％的聚合物乳液、0.05-0.15％的减水剂、0.01-0.06％的缓凝剂、0.03-0.10％的早强剂、0.01-0.06％的膨胀剂、0.01-0.09％的消泡剂、0.04-0.11％的防沉降剂、0.05-0.13％的纤维、27-33％的砂和29-40％的碎石。

可选的，聚合物乳液为丁苯乳液；减水剂为粉状聚羧酸减水剂；缓凝剂为硼酸、酒石酸或柠檬酸中一种或多种；早强剂为碳酸锂、甲酸钙或硫酸钠中一种或多种；膨胀剂为石膏、氧化钙类膨胀剂或硫铝酸钙类膨胀剂中一种或多种；消泡剂为有机硅类消泡剂或矿物油类消泡剂；防沉降剂为纤维素醚、膨润土、硅灰中一种或多种；纤维为聚丙烯纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维中的一种或多种，长度在3-9mm；砂为普通河砂，II区砂；碎石为粒径范围4.75-9.5mm的干净碎石。

对混凝土原料的各性能指标进行检测，结果如表1所示。

表1性能指标

本发明还提供了一种顶面无气泡的混凝土轨枕浇筑方法，包括以下步骤：

(1)制备轨枕模具，固定在既有钢轨上并进行密封处理。

轨枕模具顶面优选采用3D打印透气钢材料，其他部位采用Cr12模具钢，轨枕模具顶面开设有进料口和溢浆口。

(2)按比例配置上述混凝土原料。

(3)将混凝土原料与水混合，水料比控制在0.11-0.15，采用强制式搅拌机搅拌3-5min，搅拌速率为20-30r/min，搅拌均匀后静置消泡。

(4)消泡后的混凝土浇灌至轨枕模具内，模具停止灌注后10min以内，通过真空泵设备抽吸模具表面辅助排气。成型后拆除轨枕模具，安装扣件装置。

下面通过具体实施例对本发明的混凝土原料和顶面无气泡的混凝土轨枕浇筑方法的效果进行研究。

实施例1：

本实施例提供了一种混凝土原料，以质量百分比计，所述混凝土原料包括28％的硫铝酸盐水泥(42.5等级)、4％的硅灰(I级)、1.6％的丁苯乳液、0.08％的粉状聚羧酸减水剂、0.04％的硼酸、0.05％的碳酸锂、0.03％的石膏、0.04％的有机硅消泡剂、0.06％的纤维素醚、0.1％的聚丙烯纤维(长度在3-9mm)、30％的普通河砂(II区砂)和36％的粒径范围4.75-9.5mm的干净碎石。

将上述原料与水混合，水料比控制在0.13，采用强制式搅拌机拌合混凝土3min，搅拌速率为25r/min，根据浇筑量每次搅拌量可控制在100L左右，所制备的混凝土材料性能如表2所示。

表2混凝土材料性能

实施例2：

本实施例提供了一种顶面无气泡的混凝土轨枕浇筑方法，包括以下步骤：

(1)如图1-2，制备轨枕模具2，模具顶面采用3D打印透气钢材料制成透气钢顶面201，其他部位采用Cr12模具钢，并在轨枕模具2顶面开设进料口202和溢浆口203。将轨枕模具2通过螺栓3固定在既有钢轨1上，使用堵漏剂将轨枕模具2底部与道床板顶面密封处理。

(2)按比例配置实施例1中的混凝土原料。

(3)将混凝土原料与水混合，水料比控制在0.13，采用容积为150-200L的强制式搅拌机搅拌3min，搅拌速率为25r/min，根据浇筑量每次搅拌量可控制在100L左右，搅拌均匀后在搅拌机出料口位置增设一个斜溜槽，将新拌混凝土料转运到盛料容器中静置消泡6min。

(4)采用漏斗式灌注设备进行灌注，在储料斗4底部增加一个控制阀5，便于出浆及控制流速，灌注流速控制为5L/min，同时底部出浆口连接一个直径60mm的软管6，软管6另一端插入轨枕模具2进料口202中，储料斗4容量50L，料斗整体高1米，结构如图3所示。

消泡完毕后，将静置好的混凝土材料倒入灌注设备的储料斗4中，加料过程中保持控制阀5始终处于关闭状态，待浆料达到指定液面后，开启下方控制阀5放料，通过控制阀5控制浆体流速。

待挡肩一侧溢浆口203出浆后，关闭控制阀5停止灌注，取出进料软管6，并持续向进料口202和溢浆口203处补入适量浆料，保持进料口202和溢浆口203充填饱满。

轨枕模具2停止灌注后10min以内，通过真空泵设备抽吸轨枕模具2表面辅助排气。3d后拆除轨枕模具，完成混凝土轨枕浇筑，并安装扣件装置。

本实施例制备的混凝土轨枕如图4-5所示，依据《CRTS双块式无砟轨道混凝土轨枕》TB/T 3397-2015，对固化后的混凝土轨枕外观质量及尺寸进行检测，检测结果满足规范标准各项要求，且承轨部位混凝土表面无气孔气泡缺陷，表面平整光滑，色泽均匀，满足使用功能和外表美观要求。

比较例1：

本比较例提供了一种混凝土轨枕浇筑方法，包括以下步骤：

(1)如图1-2，制备轨枕模具，模具顶面采用3D打印透气钢材料，其他部位采用Cr12模具钢，并在轨枕模具顶面开设进料口和溢浆口。将轨枕模具通过螺栓固定在既有钢轨上，使用堵漏剂将轨枕模具底部与道床板顶面密封处理。

(2)配置混凝土原料，1m

(3)将步骤(2)中混凝土原料混合，采用容积为150-200L的强制式搅拌机搅拌3min，搅拌速率为25r/min，根据浇筑量每次搅拌量可控制在100L左右，搅拌均匀后在搅拌机出料口位置增设一个斜溜槽，将新拌混凝土料转运到盛料容器中静置消泡6min。

(4)采用漏斗式灌注设备进行灌注，在储料斗底部增加一个控制阀，便于出浆及控制流速，灌注流速控制为5L/min，同时底部出浆口连接一个直径60mm的软管，软管另一端插入模具进料口中，储料斗容量50L，料斗整体高1米，结构如图3所示。

消泡完毕后，将静置好的混凝土材料倒入灌注设备的储料斗中，加料过程中保持控制阀始终处于关闭状态，待浆料达到指定液面后，开启下方控制阀门放料，通过控制阀控制浆体流速。

待挡肩一侧溢浆口出浆后，关闭控制阀停止灌注，取出进料软管，并持续向进料口和溢浆口处补入适量浆料，保持进料口和溢浆口充填饱满。

轨枕模具停止灌注后10min以内，通过真空泵设备抽吸模具表面辅助排气。3d后拆除轨枕模具，并安装扣件装置，完成混凝土轨枕浇筑。

本比较例制备的混凝土轨枕如图6所示，依据《CRTS双块式无砟轨道混凝土轨枕》TB/T 3397-2015，对固化后的混凝土轨枕外观质量及尺寸进行检测，检测结果显示承轨部位混凝土表面气孔最大长度、深度超出规范标准要求，不能满足规范标准要求，且承轨部位混凝土表面存在大量不同尺寸的气孔缺陷，外表美观性较差，不能满足现场要求。

比较例2：

本比较例提供了一种混凝土轨枕浇筑方法，包括以下步骤：

(1)采用Cr12模具钢制备轨枕模具，并在轨枕模具顶面开设进料口和溢浆口。将轨枕模具通过螺栓固定在既有钢轨上，使用堵漏剂将轨枕模具底部与道床板顶面密封处理。

(2)按比例配置实施例1中的混凝土原料。

(3)将混凝土原料与水混合，水料比控制在0.13，采用容积为150-200L的强制式搅拌机搅拌3min，搅拌速率为25r/min，根据浇筑量每次搅拌量可控制在100L左右，搅拌均匀后在搅拌机出料口位置增设一个斜溜槽，将新拌混凝土料转运到盛料容器中静置消泡6min。

(4)采用漏斗式灌注设备进行灌注，在储料斗底部增加一个控制阀，便于出浆及控制流速，灌注流速控制为5L/min，同时底部出浆口连接一个直径60mm的软管，软管另一端插入模具进料口中，储料斗容量50L，料斗整体高1米，结构如图3所示。

消泡完毕后，将静置好的混凝土材料倒入灌注设备的储料斗中，加料过程中保持控制阀始终处于关闭状态，待浆料达到指定液面后，开启下方控制阀门放料，通过控制阀控制浆体流速。

待挡肩一侧溢浆口出浆后，关闭控制阀停止灌注，取出进料软管，并持续向进料口和溢浆口处补入适量浆料，保持进料口和溢浆口充填饱满。

3d后拆除轨枕模具，并安装扣件装置，完成混凝土轨枕浇筑。

本比较例制备的混凝土轨枕如图7所示，依据《CRTS双块式无砟轨道混凝土轨枕》TB/T 3397-2015，对固化后的混凝土轨枕外观质量及尺寸进行检测，检测结果显示承轨部位混凝土表面气孔最大长度、深度超出规范标准要求，不能满足规范标准要求，且承轨部位混凝土表面存在大量不同尺寸的气孔缺陷，外表美观性较差，不能满足现场要求。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。