一种机制砂干硬性高强混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于铁路混凝土工程技术领域，涉及一种干硬性混凝土，具体 涉及一种机制砂干硬性高强混凝土及其制备方法。
背景技术
作为最大宗的土木工程材料，混凝土用量全球达到50亿立方米，而作 为混凝土主要原材料的河砂日趋匮乏，因此在工程中采用机制砂替代河砂 作为混凝土细骨料已成为必然，机制砂是经除土处理，由机械破碎、筛分 制成的粒径小4.75mm的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗粒。目前铁路修筑采 用轨枕大多数为混凝土轨枕，轨枕所用的混凝土为干硬性高强混凝土，一 般情况下，混凝土没有坍落度，采用增实因数表征混凝土工作性，混凝土 强度等级一般为C60。在标准《铁路混凝土》TB/T3275-2011中规定，混凝 土强度等级大于C50，机制砂石粉含量要求小于5％。在采用机制砂生产轨 枕混凝土时，由于机制砂颗粒表面较为粗糙，颗粒比表面积大，需要较多 的浆体方能将其完全包裹，而干硬性混凝土浆体量本身较小，因此容易造 成生产出来的轨枕表面气泡较多。另外，机制砂高强混凝土粘度较大，施 工难度较大，轨枕生产效率低。
有鉴于上述现有的机制砂干硬性高强混凝土中存在的缺陷，本发明人 基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理 的运用，积极加以研究创新，以期创设一种机制砂干硬性高强混凝土及其 制备方法，通过增加机制砂石粉含量，丰富轨枕混凝土浆体量，减少了轨 枕表面孔隙和气泡，提高轨枕外观质量；另外通过添加粘度改性材料，降 低轨枕混凝土粘度，提高混凝土可施工性，提高轨枕生产效率。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的 本发明。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种机制砂干硬性高强混凝土，减少轨枕 表面孔隙和气泡，提高轨枕外观质量，并降低轨枕混凝土粘度，提高混凝 土可施工性，提高轨枕生产效率，具有产业价值。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的机制砂干硬性高强混凝土，按照重量份数计算，包括如 下组分：波特兰水泥350～400份，粉煤灰80～100份，粘度改性材料50～80 份，机制砂700～800份，碎石900～1000份，水135～150份，减水剂6～6.5 份和陶瓷涂层粉末20～30份。通过增加机制砂石粉含量，丰富轨枕混凝土 浆体量，减少轨枕表面孔隙和气泡，提高轨枕外观质量。
进一步的，粘度改性材料包括如下组分：超细粉煤灰80～90份，石灰 石粉8～10份，硅灰5～8份，磨细火山渣6～9份，皂素类引气剂0.8～1.0份， 胺基聚醚类消泡剂0.2～0.4份和氨基酸二羟基苯丙氯酸3～5份。通过添加粘 度改性材料，降低轨枕混凝土粘度，提高混凝土可施工性，提高轨枕生产 效率，其中氨基酸二羟基苯丙氯酸能够同时与机制砂、碎石和硅灰发生反 应，形成网状的交联结构，使多种骨料之间的连接力更强，固化后能够提 高干硬性混凝土的机械强度，进而提高轨枕的抗压强度。
进一步的，皂素类引气剂是松香引气剂。
进一步的，粘度改性剂的制备方法为：
B1.将超细粉煤灰80～90份，石灰石粉8～10份，硅灰5～8份，磨细火 山渣6～9份和氨基酸二羟基苯丙氯酸3～5份混合均匀；
B2.向步骤B1中加入皂素类引气剂0.8～1.0份，胺基聚醚类消泡剂 0.2～0.4份，混合均匀，即得粘度改性材料。先加入氨基酸二羟基苯丙氯酸 与超细粉煤灰、石灰石粉和硅灰反应后，再加入皂素类引气剂和胺基聚醚 类消泡剂，是为了防止胺基聚醚类消泡剂和皂素类引气剂破坏氨基酸二羟 基本丙氯酸与超细粉煤灰、石灰石粉和硅灰的反应，氨基酸二羟基本丙氯 酸先加入后能够提高皂素类引气剂和胺基聚醚类消泡剂与超细粉煤灰、石灰石粉和硅灰之间的相容性，减少大气泡的产生，从而避免混凝土轨枕的 孔隙的产生，进一步提高轨枕的抗压强度。
进一步的，陶瓷涂层粉末是NiCrCoAlY粉末、NiCrAlY粉末或 NiCoCrAlYHfSi粉末中的任意一种或几种的混合物。由于陶瓷涂层粉末具 有热力学稳定的、移动性差的缺陷团簇和纳米相结构，因此陶瓷涂层粉末 的加入能够通过其缺陷团簇对皂基类引气剂也就是阴离子表面活性剂的活 性起到促进的作用，进而使混凝土材料中产生更加微小且大小均一的气泡， 对轨枕表面的孔隙进行填充，且能够降低混凝土材料的粘度，进而获得机 械强度更大，抗压能力更强的高铁轨枕。
进一步的，陶瓷涂层粉末由硅溶胶改性。硅溶胶改性后的陶瓷涂层粉 末与混凝土中的其他组分的相容性更好，且硅溶胶的存在能够使硅灰与陶 瓷涂层粉末的结合力更强，同时硅溶胶吸附在陶瓷涂层粉末表面，与氨基 酸二羟基苯丙氯酸反应形成固化强度更高的干硬性混凝土。
进一步的，硅溶胶对陶瓷涂层粉末的改性方法如下：
A1.将陶瓷涂层粉末溶于质量分数为10％的氢氧化钙水溶液中，超声 处理5～8min，过滤得到氢氧化钙改性的陶瓷涂层粉末，其中陶瓷涂层粉末 与氢氧化钙的摩尔比为1.5:2.5；
A2.将氢氧化钙改性的陶瓷涂层粉末加入到乙醇中，再加入硅溶胶， 常温下超声处理5～8min，过滤干燥得到硅溶胶改性的陶瓷涂层粉末，其中 硅溶胶和陶瓷涂层粉末的摩尔比为1:1～1:3。
进一步的，按照重量份数计算，波特兰水泥的添加量为360～380重量 份。
进一步的，粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，需水量比小于95％。
进一步的，按照重量份数计算，粉煤灰添加量为85～95重量份。
进一步的，按照重量份数计算，粘度改性材料的添加量为60～70重量 份。
进一步的，机制砂为细度模数2.6～3.0的中砂。
进一步的，按照重量份数计算，机制砂的添加量为740～780重量份。
进一步的，机制砂MB值小于1.0。
进一步的，碎石为5～26.5mm连续级配碎石，密度等级大于2600kg/m3， 孔隙率小于42％，碎石的压碎值小于8％。
进一步的，减水剂为聚羧酸盐减水剂，其固含量大于30％，减水率大 于25％。
进一步的，机制砂中颗粒粒径小于75μm的部分为石粉，其含量占到 机制砂重量的9～11％。
本发明的另一个目的是提供一种机制砂干硬性高强混凝土的制备方 法，具有同样的效果。
本发明的上述技术效果是由以下技术方案实现的：
本发明提供的机制砂干硬性高强混凝土的制备方法，包括如下操作步 骤：
S1.制备粘度改性材料；
S2.将波兰特水泥、粘度改性材料和水一起拌和，得到混合物A；
S3.向混合物A中加入陶瓷涂层粉末，持续搅拌30～50min，得到混合 物B；
S4.向混合物B中加入机制砂、碎石和减水剂，持续搅拌30～50min， 得到机制砂干硬性高强混凝土。其中，将粘度改性材料、水泥和水首先拌 和的原因是防止粘度改性材料与陶瓷涂层粉末裹附在一起，影响二者的作 用效果；而陶瓷涂层粉末先于机制砂等骨料加入到水泥中的目的是，使陶 瓷涂层粉末对水泥首先进行改性，提高水泥与机制砂等骨料之间的相容性， 进而避免大气泡和孔隙的产生。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明通过增加机制砂石粉含量，丰富轨枕混凝土浆体量，减少了轨 枕表面孔隙和气泡，提高轨枕外观质量；另外通过添加粘度改性材料，降 低轨枕混凝土粘度，提高混凝土可施工性，提高轨枕生产效率。
附图
图1.对比实施例的轨枕示意图；
图2.实施例1的轨枕示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功 效，对依据本发明提出的一种机制砂干硬性高强混凝土的制备方法，其具 体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
其中，本发明的实施例中采用的主要原料如下：
波特兰水泥：建研建材有限公司42.5普通硅酸盐水泥；
粉煤灰：建研昆仑有限公司出售；
机制砂：中交隧道工程局有限公司生产，细度模数2.5，石粉含量9％；
碎石：中交隧道工程局有限公司生产；
聚羧酸系高性能减水剂：建研昆仑有限公司出售。
其中，粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，需水量比小于95％。
机制砂为细度模数2.6～3.0的中砂。
机制砂MB值小于1.0。
碎石为5～26.5mm连续级配碎石，密度等级大于2600kg/m3，孔隙率小 于42％，碎石的压碎值小于8％。
减水剂为聚羧酸盐减水剂，其固含量大于30％，减水率大于25％。
实施例1：一种机制砂干硬性高强混凝土及其制备方法
一种机制砂干硬性高强混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分： 波特兰水泥350份，粉煤灰100份，粘度改性材料60份，机制砂710份， 碎石1000份，水135份，减水剂6.5份和NiCrCoAlY粉末20份。
其制备方法如下：
S1.制备粘度改性材料，首先将超细粉煤灰80份，石灰石粉8份，硅 灰5份，磨细火山渣6份和氨基酸二羟基苯丙氯酸3份混合均匀后加入皂 素类引气剂0.8份，胺基聚醚类消泡剂0.2份，混合均匀，即得粘度改性材 料；
S2.将波兰特水泥、粘度改性材料和水一起拌和，得到混合物A；
S3.向混合物A中加入陶瓷涂层粉末，持续搅拌30～50min，得到混合 物B；
S4.向混合物B中加入机制砂、碎石和减水剂，持续搅拌30～50min， 得到机制砂干硬性高强混凝土。
其中，机制砂中颗粒粒径小于75μm的部分为石粉，其含量占到机制 砂重量的10％。
实施例2：一种机制砂干硬性高强混凝土及其制备方法
一种机制砂干硬性高强混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分： 波特兰水泥400份，粉煤灰80份，粘度改性材料50份，机制砂800份， 碎石900份，水150份，减水剂6份和NiCrCoAlY粉末25份。
其制备方法如下：
S1.制备粘度改性材料，首先将超细粉煤灰80份，石灰石粉8份，硅 灰5份，磨细火山渣6份和氨基酸二羟基苯丙氯酸3份混合均匀后加入皂 素类引气剂0.8份，胺基聚醚类消泡剂0.2份，混合均匀，即得粘度改性材 料；
S2.将波兰特水泥、粘度改性材料和水一起拌和，得到混合物A；
S3.向混合物A中加入陶瓷涂层粉末，持续搅拌30～50min，得到混合 物B；
S4.向混合物B中加入机制砂、碎石和减水剂，持续搅拌30～50min， 得到机制砂干硬性高强混凝土。
其中NiCrCoAlY粉末为硅溶胶改性的陶瓷涂层粉末，其改性方法为： A1.将陶瓷涂层粉末溶于质量分数为10％的氢氧化钙水溶液中，超声处理 5min，过滤得到氢氧化钙改性的陶瓷涂层粉末，其中陶瓷涂层粉末与氢氧 化钙的摩尔比为1.5:2.5；
A2.将氢氧化钙改性的陶瓷涂层粉末加入到乙醇中，再加入硅溶胶， 常温下超声处理8min，过滤干燥得到硅溶胶改性的陶瓷涂层粉末，其中硅 溶胶和陶瓷涂层粉末的摩尔比为1:1。
其中，机制砂中颗粒粒径小于75μm的部分为石粉，其含量占到机制 砂重量的10％。
实施例3：一种机制砂干硬性高强混凝土及其制备方法
一种机制砂干硬性高强混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分： 波特兰水泥370份，粉煤灰90份，粘度改性材料70份，机制砂750份， 碎石950份，水145份，减水剂6.2份和NiCrAlY粉末25份。
其制备方法如下：
S1.制备粘度改性材料，首先将超细粉煤灰80份，石灰石粉8份，硅 灰5份，磨细火山渣6份和氨基酸二羟基苯丙氯酸3份混合均匀后加入皂 素类引气剂0.8份，胺基聚醚类消泡剂0.2份，混合均匀，即得粘度改性材 料；
S2.将波兰特水泥、粘度改性材料和水一起拌和，得到混合物A；
S3.向混合物A中加入陶瓷涂层粉末，持续搅拌30～50min，得到混合 物B；
S4.向混合物B中加入机制砂、碎石和减水剂，持续搅拌30～50min， 得到机制砂干硬性高强混凝土。
其中NiCrAlY粉末为硅溶胶改性的陶瓷涂层粉末，其改性方法为：A1. 将陶瓷涂层粉末溶于质量分数为10％的氢氧化钙水溶液中，超声处理5min， 过滤得到氢氧化钙改性的陶瓷涂层粉末，其中陶瓷涂层粉末与氢氧化钙的 摩尔比为1.5:2.5；
A2.将氢氧化钙改性的陶瓷涂层粉末加入到乙醇中，再加入硅溶胶， 常温下超声处理8min，过滤干燥得到硅溶胶改性的陶瓷涂层粉末，其中硅 溶胶和陶瓷涂层粉末的摩尔比为1:3。
其中，机制砂中颗粒粒径小于75μm的部分为石粉，其含量占到机制 砂重量的10％。
实施例4：一种机制砂干硬性高强混凝土及其制备方法
一种机制砂干硬性高强混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分： 波特兰水泥370份，粉煤灰90份，粘度改性材料60份，机制砂750份， 碎石950份，水140份，减水剂6.3份和NiCoCrAlYHfSi粉末25份。
其制备方法如下：
S1.制备粘度改性材料，首先将超细粉煤灰80份，石灰石粉8份，硅 灰5份，磨细火山渣6份和氨基酸二羟基苯丙氯酸3份混合均匀后加入皂 素类引气剂0.8份，胺基聚醚类消泡剂0.2份，混合均匀，即得粘度改性材 料；
S2.将波兰特水泥、粘度改性材料和水一起拌和，得到混合物A；
S3.向混合物A中加入NiCoCrAlYHfSi粉末，持续搅拌30～50min，得 到混合物B；
S4.向混合物B中加入机制砂、碎石和减水剂，持续搅拌30～50min， 得到机制砂干硬性高强混凝土。
其中，机制砂中颗粒粒径小于75μm的部分为石粉，其含量占到机制 砂重量的7％。
实施例5：一种机制砂干硬性高强混凝土及其制备方法
一种机制砂干硬性高强混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分： 波特兰水泥370份，粉煤灰90份，粘度改性材料60份，机制砂750份， 碎石950份，水140份，减水剂6.3份和NiCoCrAlYHfSi粉末25份。
其制备方法如下：
S1.制备粘度改性材料，首先将超细粉煤灰80份，石灰石粉8份，硅 灰5份，磨细火山渣6份和氨基酸二羟基苯丙氯酸3份混合均匀后加入皂 素类引气剂0.8份，胺基聚醚类消泡剂0.2份，混合均匀，即得粘度改性材 料；
S2.将波兰特水泥、粘度改性材料和水一起拌和，得到混合物A；
S3.向混合物A中加入NiCoCrAlYHfSi粉末，持续搅拌30～50min，得 到混合物B；
S4.向所述混合物B中加入机制砂、碎石和减水剂，持续搅拌 30～50min，得到机制砂干硬性高强混凝土。
其中，机制砂中颗粒粒径小于75μm的部分为石粉，其含量占到机制 砂重量的8％。
实施例6：一种机制砂干硬性高强混凝土及其制备方法
一种机制砂干硬性高强混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分： 波特兰水泥370份，粉煤灰90份，粘度改性材料60份，机制砂750份， 碎石950份，水140份，减水剂6.3份和NiCoCrAlYHfSi粉末25份。
其制备方法如下：
S1.制备粘度改性材料，首先将超细粉煤灰80份，石灰石粉8份，硅 灰5份，磨细火山渣6份和氨基酸二羟基苯丙氯酸3份混合均匀后加入皂 素类引气剂0.8份，胺基聚醚类消泡剂0.2份，混合均匀，即得粘度改性材 料；
S2.将波兰特水泥、粘度改性材料和水一起拌和，得到混合物A；
S3.向混合物A中加入NiCoCrAlYHfSi粉末，持续搅拌30～50min，得 到混合物B；
S4.向所述混合物B中加入机制砂、碎石和减水剂，持续搅拌 30～50min，得到机制砂干硬性高强混凝土。
其中，机制砂中颗粒粒径小于75μm的部分为石粉，其含量占到机制 砂重量的13％。
实施例7：一种机制砂干硬性高强混凝土及其制备方法
一种机制砂干硬性高强混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分： 波特兰水泥370份，粉煤灰90份，粘度改性材料60份，机制砂750份， 碎石950份，水140份，减水剂6.3份和NiCoCrAlYHfSi粉末25份。
其制备方法如下：
S1.制备粘度改性材料，首先将超细粉煤灰80份，石灰石粉8份，硅 灰5份，磨细火山渣6份和氨基酸二羟基苯丙氯酸3份混合均匀后加入皂 素类引气剂0.8份，胺基聚醚类消泡剂0.2份，混合均匀，即得粘度改性材 料；
S2.将波兰特水泥、粘度改性材料和水一起拌和，得到混合物A；
S3.向混合物A中加入NiCoCrAlYHfSi粉末，持续搅拌30～50min，得 到混合物B；
S4.向所述混合物B中加入机制砂、碎石和减水剂，持续搅拌 30～50min，得到机制砂干硬性高强混凝土。
其中，机制砂中颗粒粒径小于75μm的部分为石粉，其含量占到机制 砂重量的11％。
对比实施例：常规的机制砂干硬性高强混凝土，其原料及重量百分比 如下：波特兰水泥420kg，粉煤灰80kg，机制砂800kg，碎石1000kg，水 140kg和减水剂6kg，其制备方法采用常规的拌和方式，得到常规的机制砂 干硬性高强混凝土。
性能测试：
按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080-2016)标准 测试混凝土增实因数。
按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)标准测 试混凝土的抗压强度。
采用对比实施例和实施例1生产轨枕，对比轨枕外观质量，测试结果 见图1和图2。
对实施例1～7和对比实施例的混凝土测试其混凝土增实因数，并成型 混凝土试块标准养护28d测试抗压强度，采用该配比生产轨枕，拆模后观 察外观质量。测试结果如下：
通过外观质量观察可知，提高机制砂石粉含量能够很好的改善轨枕外 观气泡较多的问题；通过以上数据可以看出，将实施例的测试结果与对比 实施例进行比较，发现采用粘度改性材料替代部分胶凝材料，混凝土增实 因数普遍下降，也就是混凝土可施工性提高。
通过以上具体实施方式的测试数据来看，本发明一种机制砂干硬性高 强混凝土通过机制砂石粉含量的提高和加入粘度改性材料，轨枕外观质量 改善明显，混凝土可施工性显著提高，且通过实施例1与实施例2～3对比 可知，对陶瓷涂层粉末进行改性后，轨枕的抗压强度(MPa)更高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上 的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明， 任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用 上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡 是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所 作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
