《一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料》是安徽中鐵工程材料科技有限公司於2015年3月24日申請的發明專利，該專利申請號為2015101313239，公布號為CN104829160A，專利公布日為2015年8月12日，發明人是黃海、陳錢寶、徐濤、陳雷、梅曉君、宿萬、汪志勇、許立。
《一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料》由氣相二氧化矽、碳酸鈣、低黏型羥乙基纖維素、高黏型羥乙基纖維素、觸變改性劑和水溶性聚合物膠粉均勻混合而成，按質量百分數計，各組分比例依次為：氣相二氧化矽45～55%、納米級碳酸鈣43～55%、低黏型羥乙基纖維素0～0.5%、高黏型羥乙基纖維素0～0.5%、觸變改性劑0～2%、水溶性聚合物膠粉2～4%。
2020年7月17日，《一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料》獲得安徽省第七屆專利獎銀獎。
基本介紹
- 中文名：一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料
- 公布號：CN104829160A
- 公布日：2015年8月12日
- 申請號：2015101313239
- 申請日：2015年3月24日
- 申請人：安徽中鐵工程材料科技有限公司
- 地址：安徽省合肥市廬陽工業園區天河路338號
- 發明人：黃海、陳錢寶、徐濤、陳雷、梅曉君、宿萬、汪志勇、許立
- 代理機構：安徽合肥華信智慧財產權代理有限公司
- 代理人：余成俊
- Int.Cl.：C04B24/38(2006.01)I；C04B22/10(2006.01)N；C04B22/06(2006.01)N
- 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
CRTSⅢ型無砟軌道結構作為中國鐵路客運專線軌道類型之一，是在CRTSI型、CRTSII型板式無砟軌道的基礎上最佳化創新出來，是中國擁有自主智慧財產權的板式無砟軌道結構形式。CRTSⅢ型無砟軌道結構的核心技術是在軌道結構充填層中灌注自密實混凝土。與CA砂漿施工複雜、成本高，材料性能受環境影響顯著等不足相比，自密實混凝土具有原材料來源廣泛、力學性能穩定、成本低等優勢，現場鋪設施工和方便維修的優勢。截至2015年3月，CRTSⅢ型無砟軌道結構形式將是中國今後高速鐵路建設中首選的無砟軌道結構形式，也是中國高鐵技術將來出口時無砟軌道的核心技術。
CRTSⅢ型板式無砟軌道，作為一種新穎的無砟軌道結構形式，充填層自密實混凝土灌注的施工是板式無砟軌道施工中技術難度最大的一部分。對自密實混凝土性能提出非常嚴格的要求，與傳統的自密實混凝土施工及控制不同的是，板式無砟軌道充填層用自密實混凝土必須具有高自流平性能、高的抗離析能力、高的間隙通過能力、超長距離流動能力、高的體積穩定性和優越的耐久性的特點，這與CRTSⅢ板式無砟軌道結構有關，具體表現在：
1）CRTSⅢ板式無砟軌道充填層屬於狹長的封閉板腔，標準板的長寬為5.6米×2.5米，密閉空間高度僅為9～10厘米，施工空間極為狹窄，無法進行振搗密實，為實現自密實混凝土在澆注時能長距離流動在結構空間中的自填充和自密實，其拌合物性能要求包括高流動性和抗離析性；
2）軌道結構具有特殊的高密集配筋結構，包括板底的門形筋和充填層中的複雜鋼筋網路，這就要求CRTSⅢ板式無砟軌道自密實混凝土必須具有高的間隙通過能力和高的漿體穩定性；
3）充填層板底土工布加大了CRTSⅢ板式無砟軌道充填層用自密實混凝土的灌注阻力，流態混凝土必須具備儘可能低的屈服剪下應力和適當的塑性粘度係數，以保證在流動和充模密實成型過程的均勻性和超長距離流動能力；
4）自密實混凝土由於長時和長距離運動，當混凝土體系穩定性較差時，極易在表面形成富漿層和氣泡聚集層，凝結硬化後降低了充填層與軌道板底面的粘結強度，影響列車荷載作用下軌道結構反應的一致性，易出現離縫等損傷，降低了整體結構的耐久性；
5）自密實混凝土需具有優異的體積穩定性，保證充填層的膨脹收縮與軌道板一致，避免溫度離縫的產生，同樣有助提高結構的耐久性。
為保證自密實混凝土性能的穩定性，滿足灌注施工要求，提高施工灌注質量，提升無砟軌道結構整體的耐久性，需配置出流動性好、間隙透過能力強、漿體工作性能長時穩定、觸變變化小、內部氣泡小而穩定的高流態CRTSⅢ型板專用自密實混凝土。中國針對CRTSⅢ型板專用自密實混凝土研究陸續展開，CN103043943A中公開了一種高速鐵路板式無砟軌道充填層自密實混凝土專用改性材料的製備方法，以粉煤灰、碳酸鈣石粉、可分散乳膠粉、羥丙基甲基纖維素、矽酸鋁鎂為主要原料，製備出改性材料用於自密實混凝土的配製，僅僅再嘗試解決其離析、泌水和表面浮漿等問題，然後還要求自密實混凝土具有大的擴展度，才可用於施工灌注，這個技術方案實施起來難度較大，不利於現場施工自密實混凝土灌注質量的控制，同時對於漿體性能長時穩定、觸變穩定和體積穩定性問題的解決也並未提及，獲得的混凝土性能尚有很大的技術局限性。CN102503229A提及解決自密實混凝土易於離析、泌水、表面浮漿的問題，同樣只是關注混凝土工作性能，對於混凝土耐久性的解決並未提及，且製備出的混凝土流動性損失較快，無法滿足真正灌注施工的時間要求。
發明內容
專利目的
《一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料》旨在通過多組分功能的協調互補，發明出一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料，用其製備出的混凝土具有：流動性好、間隙透過能力強、漿體工作性能長時穩定、觸變經時變化小、內部氣泡小而穩定和耐久性好等優勢，可專用於CRTSⅢ型板充填層的灌注施工。發明要解決的就是CRTSⅢ型板充填層以及其他薄壁結構中自密實混凝土的施工難題，提供種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料，可在不改變混凝土屈服應力的情況下增加混凝土的塑性黏度，解決了自密實混凝土在低擴展度（600～630毫米）條件下，流動性差、間隙通過性不強、體系穩定性差、用水量敏感性高等問題，同時兼具改善自密實混凝土觸變特性和內部氣泡結構的作用。尤為重要的是減少了浮漿浮泡和大水灰比漿體層等軟弱聯接層的出現，提高了自密實混凝土硬化後與軌道板的粘結強度，增大了結構耐久性，為CRTSⅢ型板用自密實混凝土的製備提供了技術保障。
技術方案
《一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料》所述黏度改性材料由氣相二氧化矽、碳酸鈣、低黏型羥乙基纖維素醚、高黏型羥乙基纖維素醚、觸變改性劑和水溶性聚合物膠粉均勻混合而成，按質量百分數計，各組分比例依次為：氣相二氧化矽45～55％、納米級碳酸鈣43～55％、低黏型羥乙基纖維素0～0.5％、高黏型羥乙基纖維素0～0.5％、觸變改性劑0～2％、水溶性聚合物膠粉2～4％。2、根據權利要求1所述的一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用緩釋可控型聚羧酸減水劑的製備方法，其特徵在於：
所述氣相二氧化矽的比表面積大於100平方米/克，水分低於1％；
所述納米級碳酸鈣要求100納米粒徑顆粒所占質量比例為5～10％；
所述低黏型羥乙基纖維素分子量低於2萬，常溫水中溶解度大於1.0wt％；
所述高黏型羥乙基纖維素分子量20萬，常溫水中溶解度大於1.0wt％；
所述觸變改性劑包括聚醯胺、納米級有機改性膨潤土和二脲類中的一種或兩種；
所述水溶性聚合物膠粉包括聚乙烯醇乾膠粉和阿拉伯樹膠粉中的一種或兩種；
所述各種材料的氯離子含量均要求低於0.05％。
改善效果
《一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料》具有以下有益效果：
1）無機和有機改性組分的復配使用，在不改變自密實混凝土體系屈服應力的條件下適當的增大了塑性黏度，獲得了擴展度小（600～630毫米），流速快的自密實混凝土，避免了大摻量減水劑的使用，有助於解決了自密實混凝土易離析、用水量敏感的問題。
2）引入氣相二氧化矽和球形粒徑納米級碳酸鈣，起到了滾珠和微填充效應，增大了自密實混凝土流動性，同時提高了自密實混凝土硬化後結構的密實度。有助於提高自密實混凝土的耐久性。
3）膠粉的摻入，起到一定的增塑潤滑作用，可顯著地提高自密實混凝土的流動性。
4）引入低黏型羥乙基纖維素和高黏型羥乙基纖維素，分別起到保水和增稠作用，克服了單摻纖維素用量過大，引起混凝土過黏和含氣量過大的問題，保證混自密實混凝土在黏度適中，增大了骨料重力沉降和氣泡上升阻力，提高了混凝土體系穩定性，避免了浮漿浮泡層和大水灰比漿體層的出現，提高了自密實混凝土硬化後與軌道板的粘結強度，增大了耐久性。
5）獨創性的引入觸變改性劑，保證自密實混凝土能夠在5h內觸變性能恆定，減少了由於觸變大導致的堵板情況的出現，增大了灌注密實的成功率。
6）納米顆粒的存在，具有細化漿體內部氣泡的效用，改善了自密實混凝土的內部孔結構，有助於提升混凝土的體積穩定性，增大其耐久性。
7）粘改材料多組分的互補效應，有效地解決了自密實混凝土流動性差、間隙通過性不強、體系穩定性差、用水量敏感性高等問題，同時兼具改善自密實混凝土觸變特性和內部氣泡結構的作用。尤為重要的是減少了浮漿浮泡和大水灰比漿體層等軟弱聯接層的出現，提高了自密實混凝土硬化後與軌道板的粘結強度，增大了結構耐久性，為CRTSⅢ型板用自密實混凝土的製備提供了技術保障。
技術領域
《一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料》屬混凝土新材料技術領域，具體涉及一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料的製備。
權利要求
1.《一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料》所述黏度改性材料由氣相二氧化矽、碳酸鈣、低黏型羥乙基纖維素醚、高黏型羥乙基纖維素醚、觸變改性劑和水溶性聚合物膠粉均勻混合而成，按質量百分數計，各組分比例依次為：氣相二氧化矽45～48.6%、納米級碳酸鈣43～47.4%、低黏型羥乙基纖維素0.2～0.5%、高黏型乙基纖維素0.2～0.5%、觸變改性劑1～2%、水溶性聚合物膠粉2～4%；觸變改性劑指的是聚醯胺、納米級有機改性膨潤土或二脲類。
2.根據權利要求1所述的一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料，其特徵在於：氣相二氧化矽比表面積大於100平方米/克、其水分含量低於1%。
3.根據權利要求1所述的一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料，其特徵在於，所述的納米級碳酸鈣中的100納米粒徑顆粒所占質量比例為5～10%。
4.根據權利要求1所述的一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料，其特徵在於：所述的低黏型羥乙基纖維素分子量低於2萬，常溫水中溶解度大於1.0wt%。
5.根據權利要求1所述的一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料，其特徵在於：高黏型羥乙基纖維素分子量20萬，常溫水中溶解度大於1.0wt%。
6.根據權利要求1所述的一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料，其特徵在於：水溶性聚合物膠粉包括聚乙烯醇乾膠粉和阿拉伯樹膠粉中的一種或兩種。
7.根據權利要求1所述的一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料，其特徵為：各種材料的氯離子含量均要求低於0.05%。
實施方式
- 實施例1
CRTSⅢ型板新型自密實混凝土專用黏度改性材料的配比如表1：
組分 | 比例（％） | 組分 | 比例（％） |
|---|---|---|---|
氣相二氧化矽 | 47 | 低黏型羥乙基纖維素 | 0.3 |
納米級碳酸鈣 | 49.1 | 高黏型羥乙基纖維素 | 0.4 |
聚醯胺 | 1.2 | 水溶性聚合物膠粉 | 2 |
拌制自密實混凝土使用配合比如表2。
水泥（P·042.5） | 粉煤灰（I級） | 礦粉（S95） | 膨脹劑（I級） | 黏度增效劑 | 河砂（2.6） | 碎石（5-16毫米） | 水 | 外加劑 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
280 | 75 | 100 | 40 | 30.8 | 835 | 835 | 180 | 9.0 |
採用實施例1中黏度改性材料和表1中混凝土配比拌制自密實混凝土性能如表3。
擴展度（毫米） | T50（秒） | 粘結強度 （兆帕） | 56天抗壓強度（兆帕） | 混凝土孔隙率（%） | ||||||
0 小時 | 1 小時 | 3 小時 | 5 小時 | 0 小時 | 1 小時 | 3 小時 | 5 小時 | |||
61 | 61 | 61 | 61 | 4.6 | 4 | 4 | 4 | 3 | 49.3 | 18.8 |
0 | 5 | 0 | 0 | - | 3 | 5 | 7 | - | - | - |
- 實施例2
CRTSⅢ型板新型自密實混凝土專用黏度改性材料的配比如表4：
組分 | 比例（％） | 組分 | 比例（％） |
|---|---|---|---|
氣相二氧化矽 | 46.1 | 低黏型羥乙基纖維素 | 0.2 |
納米級碳酸鈣 | 50 | 高黏型羥乙基纖維素 | 0.2 |
聚醯胺 | 1.5 | 水溶性聚合物膠粉 | 2 |
採用實施例2中黏度改性材料和表2中混凝土配比拌制自密實混凝土，性能如表5。
擴展度（毫米） | T50（秒） | 粘結強度（兆帕） | 56天抗壓強度（兆帕） | 混凝土孔隙率（%） | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0 小時 | 1 小時 | 3 小時 | 5 小時 | 0 小時 | 1 小時 | 3 小時 | 5 小時 | |||
61 5 | 61 5 | 61 5 | 61 0 | 4. 1 | 4. 2 | 4. 4 | 4. 9 | 3.1 | 50.4 | 18.1 |
- 實施例3
CRTSⅢ型板新型自密實混凝土專用黏度改性材料的配比如表6：
組分 | 比例（％） | 組分 | 比例（％） |
|---|---|---|---|
氣相二氧化矽 | 48.6 | 低黏型羥乙基纖維素 | 0.2 |
納米級碳酸鈣 | 47 | 高黏型羥乙基纖維素 | 0.2 |
二脲類 | 2 | 水溶性聚合物膠粉 | 2 |
採用實施例3中黏度改性材料和表2中混凝土配比拌制自密實混凝土，性能如表7。
擴展度（毫米） | T50（秒） | 粘結強度 （兆帕） | 56天抗壓強度 （兆帕） | 混凝土孔隙率（%） | ||||||
0 小時 | 1 小時 | 3 小時 | 5 小時 | 0 小時 | 1 小時 | 3 小時 | 5 小時 | |||
61 5 | 61 0 | 61 0 | 61 0 | 4.7 | 5.2 | 5.7 | 5.9 | 3.2 | 50.1 | 18.4 |
- 實施例4
CRTSⅢ型板新型自密實混凝土專用黏度改性材料的配比如表8：
組分 | 比例（％） | 組分 | 比例（％） |
|---|---|---|---|
氣相二氧化矽 | 48 | 低黏型羥乙基纖維素 | 0.3 |
納米級碳酸鈣 | 47.4 | 高黏型羥乙基纖維素 | 0.3 |
納米級有機改性膨潤土 | 1 | 水溶性聚合物膠粉 | 3 |
採用實施例4中黏度改性材料和表2中混凝土配比拌制自密實混凝土，性能如表9。
擴展度（毫米） | T50（秒） | 粘結強度 （兆帕） | 56天抗壓強度 （兆帕） | 混凝土孔隙率（%） | ||||||
0 小時 | 1 小時 | 3 小時 | 5 小時 | 0 小時 | 1 小時 | 3 小時 | 5 小時 | |||
61 5 | 61 5 | 62 0 | 61 5 | 4.3 | 4.5 | 4.9 | 5.1 | 3.0 | 50.2 | 18.2 |
榮譽表彰
2020年7月17日，《一種CRTSⅢ型板自密實混凝土專用黏度改性材料》獲得安徽省第七屆專利獎銀獎。
