《一種高速鐵路無砟軌道自密實混凝土專用減水劑》是中鐵五局（集團）有限公司、中鐵五局集團物資實業有限責任公司、貴州天威建材科技有限責任公司於2013年1月22日申請的專利，該專利的公布號為CN103086634A，公布日為2013年5月8日，發明人是凌帆、伊繡臻、趙勇。
《一種高速鐵路無砟軌道自密實混凝土專用減水劑》其由普通聚羧酸減水劑、具有不同釋放速度和釋放峰值時間的緩釋型聚羧酸減水劑母液、緩凝劑、消氣劑及引氣劑復配而成。該發明提供了一種可以套用於密閉空間灌注自密實混凝土的專用減水劑，能夠解決自密實混凝土坍落擴展度的經時損失問題，保證自密實混凝土出機以後直到澆築時的工作狀態穩定，滿足自密實混凝土的施工要求。
2017年12月11日，《一種高速鐵路無砟軌道自密實混凝土專用減水劑》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種高速鐵路無砟軌道自密實混凝土專用減水劑
- 申請人：中鐵五局（集團）有限公司、中鐵五局集團物資實業有限責任公司、貴州天威建材科技有限責任公司
- 申請日：2013年1月22日
- 申請號：2013100223397
- 公布號：CN103086634A
- 公布日：2013年5月8日
- 發明人：凌帆、伊繡臻、趙勇
- 地址：貴州省貴陽市棗山路23號
- 分類號：C04B24/32(2006.01)I、C04B24/28(2006.01)I、C04B24/40(2006.01)I、C04B103/30(2006.01)N
- 代理機構：貴陽中新專利商標事務所
- 代理人：吳無懼
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
高速鐵路無砟軌道結構從上到下分為鋼軌、墊板、軌道板、填充層、隔離層和底座板等六部分組成。在這六部分中，自密實混凝土填充層結構具有至關重要的作用，並且也是無砟軌道施工中技術難度最大的一部分。其中的一個最大的難度就是要保證混凝土從出機到澆築的工作性能的穩定。如果不能很好的解決這個問題，自密實混凝土施工的其它問題將失去解決的基礎。從實際的現場施工情況來看，無砟軌道澆築自密實混凝土從出機到整車混凝土澆築完成所需要的時間要超過3個小時，一般的情況下，要求要達到3.5個小時以上。遇到施工條件困難的地段需要的時間就要更長。不得已時，就需要減小混凝土的腳踏車運輸方量和增設混凝土攪拌站，造成施工成本的增加。另外，無砟軌道澆築自密實混凝土填充層施工時間較長，需要在現場等待順序澆築，對自密實混凝土的工作性能的穩定和一致性也提出了極高的要求。要求在混凝土出機開始，到澆築完成的整個時間裡。自密實混凝土的工作性能指標要一致，以保證施工的正常進行和工程質量的穩定。
解決混凝土坍落擴展度的經時損失的傳統的方法是採用緩凝劑控制水泥水化。但是在較高的溫度條件下，水泥水化較快，少量的緩凝劑並不能夠解決好坍落擴展度的經時損失；但是緩凝劑加入過多，又會造成混凝土的過緩凝，影響混凝土的強度發展。在現場還有一個解決坍落擴展度經時損失的方法，就是現場添加減水劑來恢復混凝土的工作性能。但是這樣的操作對現場混凝土施工的組織和管理提出了極高的要求，這時的混凝土處於一個不穩定的狀態，什麼時候加減水劑？應加多少？是一個技術性極高的工作。現場極難做好。實際上對施工質量造成了威脅。怎樣解決這個問題？實際上最好的解決方案就是使用緩釋型聚羧酸減水劑。
自密實混凝土坍落擴展度的經時損失形成的原因，與其他混凝土坍落度經時損失的原因一樣，實際上是因為水泥水化將吸附了減水劑分子的微粒包裹，水泥液相中可供微粒再次吸附的游離減水劑分子數量不足，造成微粒之間的電荷斥力和分子之間的空間位阻減小，造成水泥漿體中分子間和微粒之間分散能力下降。這種分散能力的下降，以混凝土的流動度下降表現出來，就形成了坍落度或坍落擴展度的經時損失。現場再次加入減水劑恢複流動度實際上就是補充水泥液相中的減水劑分子的不足。
減水劑如果在混凝土拌合初始加入過多，會造成混凝土離析、泌水和產生浮漿，使混凝土的和易性變差，不能夠滿足施工的要求。怎樣才能夠解決這個問題是混凝土外加劑技術人員急切盼望和科研人員努力攻關的方向。隨著技術的進步，2013年前已經出現了系列化的緩釋型聚羧酸減水劑，使我們解決這個問題有了途徑。這種緩釋型減水劑在加入混凝土中的初期，並沒有減水分散作用，在水泥液相的鹼性環境中，逐步發生化學反應，釋放出減水有效成分，它的有效成分釋放特性曲線與水泥水化消耗掉減水劑成分的消耗特性曲線形成互補。由於有釋放速度和釋放到峰值的時間不同的緩釋型聚羧酸減水劑，使得有可能使用幾種不同的緩釋型聚羧酸減水劑與普通聚羧酸減水劑進行復配，性能實現互補。不光解決坍落擴展度的經時損失問題，還有可能通過配方的調整，在一個較長的時間裡實現自密實混凝土坍落擴展度和其它性能指標保持穩定不變的目標。
發明內容
專利目的
《一種高速鐵路無砟軌道自密實混凝土專用減水劑》要解決的技術問題是：提供一種使用緩釋技術，且能夠與自密實混凝土液相中減水劑有效成分的消耗特性曲線互補的專用減水劑。這種減水劑能夠緩慢釋放出減水劑的有效成分，並且其釋放特性曲線與水泥液相中有效成分的消耗特性曲線互補，保證了在一定的時間範圍內（一般可以在4.0個小時內），保持自密實混凝土的坍落擴展度不變，滿足自密實混凝土的施工對於工作性能的要求，從而解決高速鐵路板式無砟軌道填充層自密實混凝土配製和施工中存在的自密實混凝土坍落擴展度損失較快的問題。
技術方案
《一種高速鐵路無砟軌道自密實混凝土專用減水劑》由普通聚羧酸減水劑母液、釋放到峰值的時間為60分鐘的60型緩釋型減水劑母液、釋放到峰值的時間為90分鐘的90型緩釋型減水劑母液、釋放到峰值的時間為120分鐘的120型緩釋型減水劑母液、緩凝劑、消氣劑和引氣劑按照以下比例額復配而成。普通聚羧酸減水劑母液（按固含量計算，下同）：3%～5%，60型聚羧酸緩釋型減水劑母液：1%～3%；90型聚羧酸緩釋型減水劑母液：3%～6%；120型聚羧酸緩釋型減水劑母液：0～3%；緩凝劑：0～3%；引氣劑：0～0.15%；消氣劑：0～0.15%，其餘為水，且各復配組分材料的氯離子折固含量低於0.05%。
所述的聚羧酸減水劑母液包括一般工廠生產的脂類或醚類聚羧酸減水劑母液，其各項指標均符合國家標準的要求。所述的緩釋型聚羧酸減水劑母液是三種具有不同釋放速度和釋放峰值時間的保坍劑。60型緩釋型聚羧酸減水劑母液為初始減水率極低，能夠在水泥液相的強鹼性環境裡通過化學反應逐步釋放出減水劑的有效成分，且釋放到峰值的時間為60分鐘的緩釋型聚羧酸減水劑，如貴州天威建材科技有限公司生產的TW-BM60型緩釋型聚羧酸減水劑。
90型緩釋型聚羧酸減水劑母液為初始減水率較60型更低，能夠在水泥液相的強鹼性環境裡通過化學反應逐步釋放出減水劑的有效成分，釋放到峰值的時間為90分鐘的緩釋型聚羧酸減水劑，如貴州天威建材科技有限公司生產的TW-BM90型緩釋型聚羧酸減水劑。
120型緩釋型聚羧酸減水劑母液為初始減水率較90型更低，能夠在水泥液相的強鹼性環境裡通過化學反應逐步釋放出減水劑的有效成分，釋放到峰值的時間為120分鐘的緩釋型聚羧酸減水劑，如貴州天威建材科技有限公司生產的TW-BM120型緩釋型聚羧酸減水劑。
所述的緩凝劑包括羥基羧酸及其鹽類、磷酸鹽類、單糖及多糖類或多元醇緩凝劑，例如葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉、檸檬酸及檸檬酸鈉或二甘醇。所述的消氣劑包括有機矽及醚類或脂類消氣劑。所述的引氣劑包括脂肪醇十二烷基硫酸鈉、三萜皂甙或醚類引氣劑。
改善效果
《一種高速鐵路無砟軌道自密實混凝土專用減水劑》利用普通減水劑的減水效果先大後小，緩釋型減水劑的先小後大以及不同型號的緩釋型減水劑的不同釋放特性，通過調整各種特性減水劑組分的比例關係，與緩凝組分配合，很好的解決了自密實混凝土的坍落擴展度經時損失，做到了在35攝氏度的高溫下，使自密實混凝土的坍落擴展度在四個小時之內保持在650毫米不變，並且保持時間可調。巧妙的運用減水劑和一系列緩釋型減水劑的不同釋放特性曲線，很好的解決了自密實混凝土的坍落擴展度的經時損失。
該發明套用了先進的緩釋型減水劑技術，與緩凝劑配合，能夠在高的氣溫下，較長時間保持自密實混凝土的坍落擴展度，保持混凝土的流動度在要求的工作時間內不損失；能夠與改性材料配合，解決自密實混凝土在大的坍落擴展度的情況下容易出現離析、泌水和表面出現浮漿的問題；能夠與膨脹劑配合，解決自密實混凝土的體積穩定性問題；與上述各種材料的適應性良好，是全面解決自密實混凝土配製問題，提高自密實混凝土性能和保證自密實混凝土施工質量的重要技術手段之一。
技術領域
《一種高速鐵路無砟軌道自密實混凝土專用減水劑》涉及一種混凝土減水劑，適用於高速鐵路CRTSⅢ型無砟軌道自密實混凝土填充層和CRTSⅡ型無砟軌道道岔區自密實混凝土填充層，以及其它需要在密閉空間和非密閉空間灌注自密實混凝土，且對自密實混凝土的坍落擴展度保持具有較高要求的場所，屬於建築工程中的混凝土新材料技術領域。
權利要求
1.《一種高速鐵路無砟軌道自密實混凝土專用減水劑》其特徵在於：所述減水劑由普通聚羧酸減水劑母液、60型緩釋型聚羧酸減水劑母液、90型緩釋型聚羧酸減水劑母液、120型緩釋型聚羧酸減水劑母液、緩凝劑、消氣劑和引氣劑復配組成，各組分折合成固含量後的配比為：普通聚羧酸減水劑母液3%～5%；60型緩釋型聚羧酸減水劑母液1%～3%；90型緩釋型聚羧酸減水劑母液3%～6%；120型緩釋型聚羧酸減水劑母液0～3%；緩凝劑0～3%；引氣劑0～0.15%；消氣劑0～0.15%，其餘為水，且各復配組分材料的氯離子折固含量低於0.05%。
2.根據權利要求1所述的一種高速鐵路無砟軌道自密實混凝土專用減水劑，其特徵在於：所述的普通聚羧酸減水劑包括醚類或脂類聚羧酸減水劑母液。
3.根據權利要求1所述的一種高速鐵路無砟軌道自密實混凝土專用減水劑，其特徵在於：緩凝劑包括羥基羧酸及其鹽類、磷酸鹽類、單糖及多糖類或多元醇緩凝劑。
4.根據權利要求1所述的一種高速鐵路無砟軌道自密實混凝土專用減水劑，其特徵在於：消氣劑包括有機矽、醚類或脂類消氣劑。
5.根據權利要求1所述的一種高速鐵路無砟軌道自密實混凝土專用減水劑，其特徵在於：引氣劑包括脂肪醇十二烷基硫酸鈉、三萜皂甙或醚類引氣劑。
實施方式
實施例1
取普通聚羧酸減水劑母液，按照配製總量折合固含量4%的計算量加入到水中，形成固含量4%的聚羧酸減水劑溶液；再取60型緩釋型聚羧酸減水劑母液，也按照配製總量折合固含量2%的計算重量加入到溶液中，形成總固含量6%的溶液；再取90型緩釋型聚羧酸減水劑母液，還是按照配製總量折合固含量4.5%的技術重量也加入到溶液中，形成固含量10.5%的減水劑水溶液。在這個水溶液中按照總量加入2.5%的葡萄糖酸鈉緩凝劑，再加入所配製的減水劑總重量0.1%的消氣劑和0.05%的引氣劑，即成固含量為13%左右的自密實混凝土專用減水劑。
水泥 PO42.5 | 一級粉煤灰 | 石粉 | 中砂 (2.7) | 碎石 (5-16毫米) | 水 | 本發明專用減水劑 | 膨脹劑 | 改性劑 |
250 | 222 | 30 | 812 | 812 | 160 | 10.98 | 47 | 27.45 |
初始擴展度 （毫米） | 1小時擴展度（毫米） | 2小時擴展度（毫米） | 3小時擴展度（毫米） | T50時間 (秒) | 56天抗壓祖度（兆帕） |
650 | 660 | 670 | 665 | 3.3 | 56.2 |
實施例2
取普通聚羧酸減水劑母液，按照配製總量折合固含量4%的計算量加入到水中，形成固含量4%的聚羧酸減水劑溶液；再取60型緩釋型聚羧酸減水劑母液，也按照配製總量折合固含量3%的計算重量加入到溶液中，形成總固含量7%的溶液；再取90型緩釋型聚羧酸減水劑母液，還是按照配製總量折合固含量5%的計算重量也加入到溶液中，形成固含量12%的減水劑水溶液。在這個水溶液中按照總量加入2%的葡萄糖酸鈉緩凝劑，再加入所配製的減水劑總重量0.1%的消氣劑和0.05%的引氣劑，即成固含量為14%左右的自密實混凝土專用減水劑。
依然按照表1的配比配製自密實混凝土。
使用該實施例中減水劑後的自密實混凝土性能如下：
初始擴展度 （毫米） | 1小時擴展度（毫米） | 2小時擴展度（毫米） | 3小時擴展度（毫米） | T50時間 (秒) | 56天抗壓祖度（兆帕） |
650 | 685 | 690 | 690 | 2.9 | 55.2 |
實施例3
取普通聚羧酸減水劑母液，按照配製總量折合固含量4%的計算量加入到水中，形成固含量4%的聚羧酸減水劑溶液；再取60型緩釋型聚羧酸減水劑母液，也按照配製總量折合固含量1%的計算重量加入到溶液中，形成總固含量5%的溶液；再取90型緩釋型聚羧酸減水劑母液，還是按照配製總量折合固含量4.5%的計算重量也加入到溶液中，形成固含量9.5%的減水劑水溶液。在這個水溶液中按照總量加入2.5%的三聚磷酸鈉緩凝劑，再加入所配製的減水劑總重量0.1%的消氣劑和0.05%的引氣劑，即成固含量為12.0%左右的自密實混凝土專用減水劑。
依然按照表1的配比配製自密實混凝土。
使用該實施例中減水劑後的自密實混凝土性能如下：
初始擴展度 （毫米） | 1小時擴展度（毫米） | 2小時擴展度（毫米） | 3小時擴展度（毫米） | T50時間 (秒) | 56天抗壓祖度（兆帕） |
650 | 640 | 630 | 600 | 3.5 | 55.5 |
實施例4
取普通聚羧酸減水劑母液，按照配製總量折合固含量4%的計算量加入到水中，形成固含量4%的聚羧酸減水劑溶液；再取60型緩釋型聚羧酸減水劑母液，也按照配製總量折合固含量1.5%的計算重量加入到溶液中，形成總固含量5.5%的溶液；再取90型緩釋型聚羧酸減水劑母液，還是按照配製總量折合固含量4%的計算重量也加入到溶液中，形成固含量9.5%的減水劑水溶液。再取120型緩釋型聚羧酸減水劑母液，還是按照配製總量折合固含量3%的計算重量也加入到溶液中，形成固含量量為12.5%的減水劑水溶液。在這個水溶液中按照總量加入2.5%的丙二醇緩凝劑，再加入所配製的減水劑總重量0.1%的消氣劑和0.05%的引氣劑，即成固含量為15%左右的自密實混凝土專用減水劑。
仍然按照表1的配合比配製自密實混凝土。
使用該實施例中減水劑後的自密實混凝土性能如下：
初始擴展度 （毫米） | 1小時擴展度（毫米） | 2小時擴展度（毫米） | 3小時擴展度（毫米） | T50時間 (秒) | 56天抗壓祖度（兆帕） |
670 | 680 | 690 | 690 | 2.5 | 54.5 |
依照該發明提出的技術方案，使用普通聚羧酸減水劑和各種緩釋性聚羧酸減水劑以及緩凝劑、引氣劑和消氣劑各個組分的上下限值以及區間值均能夠不同程度的實現該發明，組分使用上配合不當，將會造成自密實混凝土的坍落擴展度隨時間增大和減小，配合良好的情況下，可以保持自密實混凝土的坍落擴展度在需要的時間內保持一致。在此就不一一例舉實施例。
在套用該發明時，消氣劑的使用是為了減少混凝土中的直徑較大的有害氣泡，引氣劑的使用是為了在混凝土中引入直徑在150微米以下的微小的氣泡，改善混凝土的抗滲性能和工作性能，提高耐久性。消氣劑和引氣劑具體的使用量，需要根據現場材料的具體情況在該發明提出的範圍內進行調整，使其滿足施工規範的要求。
榮譽表彰
2017年12月11日，《一種高速鐵路無砟軌道自密實混凝土專用減水劑》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
