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1、1,II型轨道板混凝土配合比设计方案,中国建筑材料科学研究总院王 玲,20081024京沪公司板厂建设工作会议,2,主要内容,一、铁道部无砟轨道混凝土材料研究项目介绍二、型轨道板及对混凝土要求三、型轨道板混凝土配合比设计方案1.研究思路2.提高早期强度的技术途径3.混凝土试验及性能4.实尺板的生产5.成本分析四、结论五、建议,3,一、铁道部无砟轨道混凝土材料研究项目介绍,4,1.项目简介,铁道部科技研究开发计划项目重大课题“无砟轨道结构混凝土材料的试验研究-B”，编号 2007G044-L-2。项目采取产学研结合的模式开展创新研究，8家单位合作。2006年2008年。,5,2.课题背景,京津客
2、运专线采用德国BOGL公司无砟轨道技术，在实际生产中存在一些问题：（1）我国水泥的细度通常控制在320380m2/kg，超细水泥不属于常规供应品种，超细水泥销售价格大约为1000元/吨，大大增加了生产成本；（2）由于特种加工的超细水泥不属于大宗产品，当博格板生产有大量需求时，有潜在的供不应求的危机；（3）在生产博格板的过程中，混凝土的胶凝材料全为超细水泥，混凝土的后期强度的增长有限，耐久性存在问题；（4）混凝土的氯离子渗透系数不能满足要求。,6,3.课题研究的意义,消化吸收引进的德国技术。利用我国高性能混凝土配制技术，采用大宗的硅酸盐水泥代替德国技术中的超细水泥生产无砟轨道板，研发出技术指标达
3、到德国技术要求，长期性能符合我国现有的铁路混凝土耐久性标准要求，同时适合我国国情的混凝土技术。达到原材料易得，提高混凝土结构耐久性能，并降低混凝土生产成本的目的。,7,4.主要研究内容,（1）轨道板混凝土材料的配制新技术及其物理、力学性能及长期耐久性能。（2）轨道板混凝土材料防裂性能研究。（3）新技术混凝土材料生产工艺调整和配合。,8,5.关键技术,采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥替代超细水泥，通过矿物掺合料和化学外加剂的联合使用，调整胶凝材料早期水化进程，达到混凝土早期强度技术指标的要求；通过降低混凝土结构各种缺陷，达到混凝土各项耐久性技术指标的要求；通过材料之间相互匹配的研究，在保证性能的前
4、提下，降低混凝土成本。,9,6.项目组织形式,中国建筑材料科学研究总院、铁道科学研究院、中铁十四局各自分别完成一套新型无砟轨道板混凝土技术。铁道部工管中心提供技术指导和外部协调；武广客运专线负责项目成果无砟轨道板的应用。中国建材院+中铁丰桥桥梁有限公司=150块板铁道科学研究院+中铁丰桥桥梁有限公司=150块板中铁十四局+北京中铁房山桥梁有限公司=150块板铁道科学研究院+北京中铁房山桥梁有限公司=150块板,10,7.项目进展,2008年3月13日 阶段成果审查会2008年4月7月 实尺板的生产、安装2008年12月 结题,11,二、型轨道板及对混凝土要求,12,博格板,13,京津博格板,1
5、4,型轨道板,15,型轨道板混凝土要求,德国博格板混凝土技术指标：混凝土设计标号C55，弹性模量大于35700MPa，抗弯强度67MPa；在生产工艺条件下，16h混凝土抗压强度大于48MPa；混凝土芯部温度55为宜，不宜超过60。第条是技术难点。按照德方要求，采用超细P.52.5水泥（水泥的比表面积在550600m2/kg）配制混凝土，在水灰比为0.4的条件下达到16h混凝土抗压强度大于48MPa的技术指标。,16,型轨道板技术经济指标,设计标号满足C55要求，弹性模量大于35.7GPa，抗弯强度大于6 MPa；模拟生产工艺条件下，16小时混凝土强度大于48MPa，满足早期脱模强度的要求；工作
6、性满足施工的要求；芯部温度55为宜，不宜超过60；抗冻性F300，抗渗性P20，电通量1000C，以确保混凝土的耐久性，满足结构使用年限要求；成本明显低于目前德国技术的混凝土配比。,17,三、II型轨道板混凝土配合比设计方案,汇报内容：中铁丰桥桥梁有限公司和中国建材总院共同研究、中试和实尺板试验完成的工作。,18,1.研究思路,采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥替代超细水泥，通过矿物掺合料和化学外加剂的复合使用，调整胶凝材料早期水化进程，达到混凝土早期强度技术指标的要求；,通过降低混凝土结构各种缺陷，达到混凝土各项耐久性技术指标的要求；通过材料之间相互匹配的研究，在保证性能的前提下，降低混凝土成本
7、。,19,2.提高混凝土早期强度的技术措施,20,2.提高混凝土早期强度的技术措施,21,2.提高混凝土早期强度的技术措施,22,通用硅酸盐水泥的组分和代号,注：a本组分材料为活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%的非活性混合材料或不超过水泥质量5%的窑灰代替。,（）选择合适的水泥,23,水泥标准的比较,（）选择合适的水泥,24,国家水泥标准指标,（）选择合适的水泥,25,不同水泥的性能指标,（）选择合适的水泥,26,不同水泥对混凝土早期强度的影响,注：抗压强度为标养强度,（）选择合适的水泥,27,不同水泥品种对早期强度的影响,（）选择合适的水泥,28,不同水泥对早期强度的影响试验小结,不
8、同水泥的混合材掺量差别很大：超细水泥和兴发P.42.5是没有混合材的硅酸盐水泥，三友冀东掺了5%的石灰石和7%的矿渣，兴发掺了5%的石灰石和8%的矿渣，某厂水泥的混合材掺量最多，超过20%。超细水泥16h早期强度最高，其次是兴发P.42.5水泥，三友冀东和兴发的早期强度也较高，某厂强度最低，不同水泥品种的早期强度差别还是较大的。混合材的掺量对混凝土早期强度的发展有较大影响。,（）选择合适的水泥,29,不同水灰比对混凝土强度的影响,（）适当降低水灰比,30,不同水灰比对混凝土强度的影响,降低水灰比能增加混凝土的早期强度 用P.O水泥，W/C=0.4设计C55的混凝土，水灰比偏大，应适当降低,（）
9、适当降低水灰比,31,国内减水剂的生产应用现状,品种齐全，产品性能不断提高 萘系为主，新品种快速发展 新型的聚羧酸系高效减水剂发展迅速，形成基本系列：标准型、缓凝型、早强型、保坍型、减缩型、降粘型。,3.选择优质的高效减水剂,32,聚羧酸系减水剂,33,HM-Z聚羧酸系减水剂,HM-Z聚羧酸系减水剂采用大分子量（2500）的原料，通过接枝聚合等技术，使得分子结构具有短主链、长侧链的特点，可提高早期强度。HM-Z聚羧酸系减水剂产品具有早期强度高、保塑性能好的特点，达到了国外同类产品的性能指标，但产品价格比国外同类产品要低，也为降低博格板生产成本有了更多的选择。,3.选择优质的高效减水剂,With
10、 chemical admixture,the possibilities are endless,34,减水剂的性能,注：按GB8076方法检测,3.选择优质的高效减水剂,35,减水剂对混凝土早期强度的影响,注：抗压强度为标养强度；不同的高效减水剂对混凝土的早期强度影响较大；Sika、Grace、HM-Z三种聚羧酸盐高效减水剂具有较好的早强性能。,3.选择优质的高效减水剂,36,常用掺合料的性能简介,（）选择合适的掺合料,注：其它掺合料还有偏高岭土，石灰石粉，磨细钢渣，活化煤矸石等,37,试验原材料,粉煤灰：内蒙元宝山一级粉煤灰矿渣粉：唐山建龙磨细矿渣粉S95硅 灰：山西忻州硅灰ZYY复合型
11、早强掺合料：北京中岩益工程技术开发中心产,（）选择合适的掺合料,38,不同掺合料对混凝土强度的影响,注：抗压强度为标养强度,（）选择合适的掺合料,39,ZYY对凝结时间的影响,注：W/C=0.3,（）选择合适的掺合料,40,无电极电阻率测定仪,采用无电极电阻率定量描述新拌水泥浆体从塑性状态到硬化状态过程中电阻率的变化规律，以电信号性能宏观表述新拌浆体初始结构的形成和发展规律。水泥水化电阻率变化与孔隙率、强度、水化阶段等有关系，根据电阻率变化，可将水泥水化分为溶解期、凝结期、硬化和减速期四个阶段，且发现终凝与电阻率时间曲线的转折点有关。,（）选择合适的掺合料,41,无电极电阻率测定（w/c=0.
12、3）,掺入ZYY后，水化反应加快，凝结时间缩短,（）选择合适的掺合料,42,ZYY的作用效果,掺入复合型早强掺合料后，水泥石中生成了较多的AFt，C-S-H凝胶与AFt交错在一起。在水泥石中的孔隙处填满了C-S-H凝胶，更加密实。能降低水泥石的孔隙率，改善孔结构，改善界面过渡区。与纯水泥的水化产物相比较，掺加复合型早强掺合料后，水化产物中C-S-H凝胶增多，更能增强混凝土的强度；水化产物中Ca(OH)2含量也比纯水泥的相对较少。能加速水泥主要矿物成分的早期水化速度，参与水化反应，填充孔隙结构，加速混凝土水化凝结，从而实现早强。需水量较小，掺入后不影响混凝土流动性能。,（）选择合适的掺合料,43
13、,3.混凝土试验及性能,44,45,3.混凝土试验及性能,混凝土干燥收缩试验,46,圆环试验：研究早期自收缩和干燥收缩对混凝土开裂性能的影响。平板试验：研究塑性收缩对混凝土开裂性能的影响。,3.混凝土试验及性能,47,圆环开裂试验图片,圆环开裂试验表明：用兴发P.42.5水泥复合掺合料配制的混凝土早期抗开裂性能优于用超细水泥配制的混凝土。,3.混凝土试验及性能,48,平板试验结果,用兴发P.42.5水泥复合掺合料配制的混凝土塑性收缩小于用超细水泥配制的混凝土。,3.混凝土试验及性能,49,模拟试验仪器示意图,模拟试验仪器,模拟试验：是用传感器跟踪实体混凝土的芯部温度，并用芯部温度来控制试块的养
14、护温度，使试块的强度能反映实体混凝土的强度。,3.混凝土试验及性能,50,3.混凝土试验及性能,51,混凝土试验小结（1）,在试验研究和模拟生产表明：通用硅酸盐水泥和早强掺合料的技术路线是可行，提出的混凝土配合比能够全面满足博格板生产的要求。超细水泥虽然具有很高的早期强度，但其后期强度的增长幅度较小；用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥配制的混凝土，后期的抗压强度增长率均大于用超细水泥配制的混凝土，后期的强度增长幅度较大，说明用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥配制的混凝土比超细水泥具有更好长期力学性能。,3.混凝土试验及性能,52,混凝土试验小结（2）,所有配比混凝土的28d弹性模量大于35700MPa，抗
15、弯强度大于6MPa，满足博格板的要求。所有混凝土的抗渗等级都大于P20。在抗渗压力达到2.1MPa后测量水在混凝土中的渗透高度，用超细水泥配制的混凝土的渗透高度最大，说明超细水泥的抗渗透性能不如其它配比的混凝土。混凝土快速冻融试验表明，所有配比的混凝土都能达到快速冻融300次的要求。,3.混凝土试验及性能,53,混凝土试验小结（3）,超细水泥混凝土电通量为1313C，大于1000C，不能满足客运专线高性能混凝土暂行技术条件小于1000C的要求；其它配比混凝土的电通量小于1000C，满足要求，说明用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制的混凝土具有更为优异的抗氯离子侵蚀的能力。用超细水泥配制的混凝土3d
16、和28d干燥收缩均大于硅酸盐水泥和普通水泥配制的混凝土，抗开裂的性能要好于超细水泥混凝土。,3.混凝土试验及性能,54,4.实尺板的生产,实尺板混凝土的原材料1.水泥：冀东三友水泥厂生产的P.42.5水泥。2.砂子：河北新乐生产的中砂，细度模数为2.8，为区中砂。3.碎石：天津蓟县生产，由（510）mm和（1020）mm两种规格的石子按2：3的比例级配而成。4.高效减水剂：北京市世纪海马新型建材有限公司生产的早强型聚羧酸系减水剂HM-SP。5.矿物掺合料：北京中研益工程技术开发中心研制的复合型早强掺合料ZYY。,55,实尺板混凝土的配合比及性能,4.实尺板的生产,56,混凝土力学指标和耐久性能
17、,4.实尺板的生产,57,实尺板生产体会,1.温度对混凝土早期强度发展的影响2.混凝土振捣工艺与表面气泡的关系3.确定水泥中混合材实际掺量很重要4.通过技术调整降低混凝土粘度,4.实尺板的生产,58,5.混凝土原材料成本分析,59,5.混凝土原材料成本分析,60,四、结 论,1.采取ZYY早强矿物掺合料和HM-SP聚羧酸系减水剂双掺的技术路线，可以利用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制出满足II型轨道板生产的高早强、高耐久性要求的混凝土。2.使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥替代超细水泥后配制的高性能混凝土材料成本大幅度降低。3.推荐混凝土配合比：,61,五、建 议,在选择水泥时，应优先考虑硅酸盐水泥，以利于混凝土的早期强度和耐久性能。并对其中的混合材品种和掺量进行确认，以便有的放矢地对配合比进行调整，这一点应引起高度重视。注意超早强混凝土原材料的匹配：水泥减水剂掺合料组合要进行全面试验。注意混凝土原材料的匀质性。,62,报告完毕 谢谢聆听不当之处 敬请指正,王玲，中国建筑材料科学研究总院，教授级高工，51167954（F）100024 北京朝阳区管庄东里1号,
