一种用于预应力混凝土轨道板的封锚材料及其制备方法与应用 |
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| 申请号 | CN202311384184.1 | 申请日 | 2023-10-24 | 公开(公告)号 | CN117534395A | 公开(公告)日 | 2024-02-09 |
| 申请人 | 北京铁科首钢轨道技术股份有限公司; | 发明人 | 孙成晓; 杨富民; 周港明; 范振清; 王瑞; 周正; 徐宏超; 邵维超; 肖俊恒; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于预应 力 混凝土 轨道板的封锚材料及其制备方法与应用，属于建筑工程技术领域。该封锚材料包括胶凝材料和 骨料 ；按重量份计，所述胶凝材料包含：45‑55份 水 泥、1‑10份矿物掺合料、1‑2.5份膨胀剂、0.1‑0.4份 减水剂 、0.01‑0.1份消泡剂、0.1‑0.4份可再分散性乳胶粉、1‑5份早强剂和0.05‑0.3份 纤维 素醚；所述骨料包含：20‑40份粒径≥30目且 石英 砂和10‑30份粒径≥70目且＜120目的石英砂。本发明的封锚材料能满足用于预 应力 混凝土轨道板封锚 砂浆 工作性能的要求，是一种力学性能和耐久性能良好的快速封锚砂浆材料。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于预应力混凝土轨道板的封锚材料，其特征在于，包括胶凝材料和骨料； |
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| 说明书全文 | 一种用于预应力混凝土轨道板的封锚材料及其制备方法与应用 技术领域背景技术[0002] 无砟轨道因具有整体性强、稳定性好、使用寿命长、噪音低、粉尘小、美化环境、便于维护等优点，在高速铁路上得到了广泛的应用。其中CRTSⅢ型板式无砟轨道系统是我国自主研发的新型无砟轨道结构型式，已基本形成设计理论、结构设计、工程材料、建造技术和养护维修等成套技术。预应力混凝土轨道板是无砟轨道结构重要组成部分，预应力混凝土轨道板在预应力放张结束后，需对锚穴孔进行封堵处理，以防止外部环境因素侵蚀预应力筋，造成预应力损失、锈蚀，进而影响轨道结构的使用寿命。 [0003] 依据《无砟轨道轨道板CRTSⅢ型板式无砟轨道》(TB/T3579‑2022)标准要求：封锚砂浆宜采用塑性封锚砂浆；除满足封锚砂浆技术指标要求外，不准许锚穴部位表面缺陷(裂纹、离缝、起壳等)，对封锚砂浆产品质量和现场施工作业质量提出了更高的技术要求。现有技术中封锚砂浆材料多采用双组份材料，即干料和乳液，干料多以硫铝酸盐水泥为主要胶凝材料，复配矿物掺合料、功能性助剂、细骨料等，乳液多以苯丙乳液、丙烯乳液等为主，现场施工时按照比例混合搅拌成型。使用该种技术的封锚砂浆产品具有较好的早期强度、抗渗性能和微膨胀性能，但混凝土轨道板在养护过程中由于封锚砂浆和混凝土收缩系数不同宜导致在锚穴周边形成离缝，且由于早期强度增长较快，在后期易出现锚穴开裂和强度不足等情况。在使用该技术的封锚砂浆时由于乳液易挥发刺鼻气味，对施工环境不友好，需佩戴劳防用品以防止对作业人员产生身体伤害。 发明内容[0004] (一)要解决的技术问题 [0005] 鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种用于预应力混凝土轨道板的封锚材料及其制备方法与应用，其解决了锚穴周边易形成离缝，以及锚穴后期易出现开裂和强度不足等的技术问题。 [0006] (二)技术方案 [0007] 为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括： [0008] 第一方面，本发明实施例提供一种用于预应力混凝土轨道板的封锚材料，包括胶凝材料和骨料； [0009] 所述胶凝材料包括如下重量份的成分：45‑55份水泥、1‑10份矿物掺合料、1‑2.5份膨胀剂、0.1‑0.4份减水剂、0.01‑0.1份消泡剂、0.1‑0.4份可再分散性乳胶粉、1‑5份早强剂和0.05‑0.3份纤维素醚； [0010] 所述骨料包括如下重量份的成分：20‑40份粒径≥30目且<70目的石英砂和10‑30份粒径≥70目且＜120目的石英砂。 [0011] 优选地，所述胶凝材料包括如下重量份的成分：47份水泥，3‑5份矿物掺合料，1‑1.5份膨胀剂，0.1‑0.2份减水剂，0.02‑0.06份消泡剂，0.1‑0.3份可再分散性乳胶粉，1‑2.5份早强剂和0.05‑0.15份纤维素醚； [0012] 所述骨料包括如下重量份的成分：20‑30份粒径≥30目且<70目的石英砂和10‑20份粒径≥70目且＜120目的石英砂。 [0013] 可选地，所述水泥为硅酸盐水泥；所述矿物掺合料为矿渣粉和硅粉中的一种或两种；所述膨胀剂为II型膨胀剂；所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述消泡剂为聚醚消泡剂；所述可再分散性乳胶粉为RDP I型可再分散性乳胶粉或VAE型可再分散性乳胶粉，拉伸强度超过11MPa；所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素。 [0014] 可选地，所述硅酸盐水泥为P.O42.5硅酸盐水泥、P.O52.5硅酸盐水泥、P.O42.5R硅酸盐水泥中的一种；所述矿渣粉的细度超过1250目；所述硅粉为不加密硅粉，活性指数超过110％；所述II型膨胀剂包括硫铝酸盐‑氧化钙类膨胀剂或氧化钙类膨胀剂中的一种或两种；所述早强剂包括碳酸锂、硫酸锂、甲酸钙或硫氰酸钠中的一种或两种以上。 [0015] 优选地，所述硅酸盐水泥为P.O 52.5硅酸盐水泥，本发明选用P.O 52.5硅酸盐水泥具有强度高、抗渗透性好、耐久性强等优点。 [0016] 优选地，所述膨胀剂为硫铝酸盐‑氧化钙类膨胀剂；所述可再分散性乳胶粉为VAE型可再分散性乳胶粉，拉伸强度超过11MPa；所述早强剂性能减水率小于3％，1d抗压强度比大于140％，28d抗压强度比大于100％。 [0017] 可选地，所述羟丙基甲基纤维素的粘度为8万‑10万。 [0018] 第二方面，本发明实施例提供一种用于预应力混凝土轨道板的封锚材料的制备方法，包括如下步骤： [0019] (1)按重量份称取原材料，在搅拌机中依次加入水泥、矿物掺合料、骨料和早强剂，充分搅拌均匀后再依次加入膨胀剂、减水剂、可再分散性乳胶粉、纤维素醚和消泡剂，充分搅拌均匀后得到粉体砂浆材料； [0020] (2)将水加入搅拌机中，搅拌过程中，将所述粉体砂浆材料加入搅拌机，搅拌均匀，即得。 [0021] 可选地，所述粉体砂浆材料与水按重量比为1000：260‑280的比例添加。 [0022] 第三方面，本发明实施例提供一种用于预应力混凝土轨道板的封锚材料的应用，应用于预应力混凝土轨道板的锚穴孔封堵。 [0023] (三)有益效果 [0024] 本发明的有益效果是：本发明提供了一种用于预应力混凝土轨道板的封锚材料与应用，本发明的封锚材料能满足用于预应力混凝土轨道板封锚砂浆工作性能(可施工时间、可剂出性)的要求，是一种力学性能和耐久性能较良好的快速封锚砂浆材料。 [0025] 本发明是基于普通硅酸盐水泥(P.O52.5)为主要胶凝材料，通过添加复合矿渣粉和硅粉提高浆体流动性和密实性；使用早强剂解决砂浆早期强度增长缓慢和后期强度衰减的问题；使用纤维素醚和可再分散性乳胶粉解决砂浆可塑性差的问题，纤维素醚和可再分散性乳胶粉还有利于提高材料固化体的抗温度骤变引起的膨胀收缩能力；使用大量两个粒径区间(≥30目且<70目，≥70目且＜120目)级配的石英砂来解决目前封锚砂浆表面的砂粒感明显，美观不足的问题；在添加纤维素醚和可再分散性乳胶粉基础上，再配合使用II型膨胀剂可进一步有效解决砂浆硬化阶段收缩开裂问题；使用消泡剂来降低砂浆中的含气量，避免材料固化体中间出现微小孔隙、微细裂缝甚至空腔等问题。 [0026] 本发明的封锚材料具有良好的早期强度、抗渗性能和微膨胀性能，使用本发明的封锚材料对锚穴孔封堵后，混凝土轨道板在养护过程中未出现在锚穴周边形成离缝的情况。并且在后期未出现锚穴开裂和强度不足等情况。本发明的封锚材料未使用易挥发的有机溶剂，不产生刺鼻气体，对施工环境友好，对作业人员不会产生身体伤害。 [0027] 本发明提供的快速封锚材料施工性能好，操作简便，可施工时间长，使用时，加水搅拌即可使用，适合用于预应力混凝土轨道板封锚施工。 [0028] 本发明提供的用于预应力混凝土轨道板的快速封锚材料具有优良的施工性能。该材料新拌浆体具有很好的塑性、粘附力和抗塑性变形性能，封锚施工不会出现流淌、塌孔现象，封锚砂浆与基体混凝土粘结性能良好，在室外养护期间不会产生收缩裂纹和收缩缝隙，有效保障了轨道板预应力体系的稳定性。 [0029] 本发明提供的用于预应力混凝土轨道板的快速封锚材料具有较高的早期强度和后期强度持续发展，可达到轨道板设计标准要求，具有良好的力学性能和耐久性能。材料中掺加了可再分散性乳胶粉和纤维素醚使其粘结性能和砂浆拌合物的粘聚性得到很大提高，同时配合添加的膨胀剂以及活性矿物掺合料等可进一步大幅度提高材料固化体的抗裂性能。使用该材料封锚成型后，锚穴表面细腻、光洁，无明显沙粒感，且硬化后的砂浆与基体混凝土颜色基本一致。 具体实施方式[0030] 为了更好的解释本发明，以便于理解，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。 [0031] 为了更好的理解上述技术方案，下面将参照更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。 [0032] 按表1的各原材料的重量份数称量。其中，矿渣粉为超细矿渣粉，粒度超过1250目。不加密硅粉的活性指数超过110％。羟丙基甲基纤维素的粘度为8W。 [0033] 表1：实施例1‑3和对比例1‑3封锚材料的原材料及添加量(重量份数)[0034] [0035] [0036] 实施例1‑6的封锚材料的制备方法为按表1配比称取干料和水，在搅拌机中依次加入水泥、矿渣粉、不加密硅粉、30目石英砂、70目石英砂和早强剂，充分搅拌均匀后再依次加入II型膨胀剂、聚羧酸减水剂、VAE型可再分散性乳胶粉、羟丙基甲基纤维素和聚醚消泡剂，充分搅拌均匀后得到粉体砂浆材料。本发明实施例中采用行星式强制搅拌机，转速不低于180转/分钟。先将水投到搅拌机内搅拌均匀，然后加入粉体砂浆材料，先低速搅拌60s，再高速搅拌120s，粉体砂浆材料与水要充分混合。总搅拌时间不少于3分钟，可二次搅拌，但严禁二次加水。各个实施案例按照搅拌方法制备的封锚砂浆依据TB/T 3579‑2022《无砟轨道轨道板CRTSⅢ型板式无砟轨道》中规定的检测方法进行检验，按照GB/T50082‑2019《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行封锚砂浆的抗冻性能检测。实施例1‑3和对比例1‑3对应的封锚材料施工性和各项指标检测结果见表2。 [0037] 表2：实施例1‑3和对比例1‑3制备的封锚材料性能检测结果 [0038] [0039] [0040] 表2状态中干散的定义为：砂浆搅拌完成后胶凝材料包裹在骨料表面，但无法成团；较稀的定义为：砂浆搅拌完成后具有一定的流动性；粘聚性差的定义为搅拌完成后的砂浆出现分层或者离析的状态；合格的定义为砂浆具有可塑性，搅拌完成后砂浆不具备流动性，但粘聚性良好。 [0041] 从以上数据可以看出，实施例1‑3的砂浆状态和各项性能上具有较好的优势，由于砂浆凝结硬化后收缩率较小，可有效降低后期封锚砂浆与锚穴间的离缝问题的产生。砂浆各龄期抗压强度和抗折强度均满足标准要求，可有效保证封锚砂浆的后期强度的有效性。对比例1搅拌完成后由于减水剂掺量较小，早强剂掺量大、用水量较低导致砂浆状态较为干散，无法搅拌成团，无法满足现有封锚工装的技术要求；对比例2用水量和减水剂掺量提高，但是未添加早强剂，影响砂浆搅拌时的状态导致砂浆状态较稀，封锚作业时该种状态下的砂浆容易产生流挂或者塌孔的情况；对比例3由于用水量继续提高导致砂浆状态粘聚性差，表明砂浆搅拌完成后的砂浆出现离析或者分层的情况，无法满足封锚作业要求。 [0042] 本发明提供了一种预应力混凝土轨道板的快速封锚材料各功能助剂的组成和胶凝材料体系能够使封锚砂浆材料具有良好的施工性能和耐久性能，具有施工简便、强度高、耐久性能好等特点，通过各组分在砂浆中的物理化学作用，提高砂浆和易性和密实度，有效保障预应力钢筋在使用过程中不受腐蚀伤害。 [0043] 对比例4 [0044] 本对比例的方法同实施例1，区别在于，未添加石英砂作为骨料。 [0045] 对比例5 [0046] 本对比例的方法同实施例1，区别在于，仅添加30目的石英砂作为骨料。 [0047] 对比例6 [0048] 本对比例的方法同实施例1，区别在于，仅添加100目的石英砂作为骨料。 [0049] 对比例7 [0050] 本对比例的方法同实施例1，区别在于，仅添加矿渣粉，矿渣粉的粒度超过1250目。 [0051] 对比例8 [0052] 本对比例的方法同实施例1，区别在于，仅添加不加密硅粉，不加密硅粉的活性指数超过110％。 [0053] 对比例9 [0054] 本对比例的方法同实施例1，区别在于，过少添加纤维素醚和可再分散性乳胶粉，使羟丙基甲基纤维素的添加量为0.01份，VAE型可再分散性乳胶粉的添加量为0.05份。 [0055] 对比例10 [0056] 本对比例的方法同实施例1，区别在于，过量添加纤维素醚和可再分散性乳胶粉，使羟丙基甲基纤维素的添加量为0.5份，VAE型可再分散性乳胶粉的添加量为0.5份。 [0057] 表3对比例4‑10制备的封锚材料性能检测结果 [0058] [0059] [0060] 由对比例4‑6可以看出，若封锚材料中不添加石英砂或添加粗石英砂(30目左右)或仅添加细石英砂(100目左右)时，将会出现砂浆收率变大，可造成后期封锚砂浆与锚穴产生离缝，同时由于骨料颗粒级配的不连续性，造成砂浆粘聚性降低，导致砂浆无法满足封锚是作业的要求；由对比例7‑8可以看出，矿物掺合料若只有矿渣粉或只有硅粉，将不利于改善浆体流动性和固化体的密实性；由对比例9‑10可看出，纤维素醚和可再分散性乳胶粉添加量过少，不利于缩短凝固时间，无法达到快速封锚功效，也易在抗冻实验中产生微细裂缝；而若纤维素醚和可再分散性乳胶粉添加量过多则导致材料抗压强度不足。 [0061] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。 |
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