引气剂与凹凸棒土对新拌混凝土触变性能的影响研究

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发布时间：2021-09-03

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引气剂与凹凸棒土对新拌混凝土
触变性能的影响研究
刘竞
(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081)
摘要：高速铁路曲线段超高混凝土底座板的形态控制是无砟轨道底座混凝土施35．控制难点．针对曲线段超高
底座板混凝土在凝结前无法有效保持与定型，导致超高不满足要求及排水坡度不能顺利实现等难题．以混凝土动态
处理时(如：泵送、浇筑、振捣)具有良好流变性能，静态放置时(如：抹坡、收坡后)具有良好形态保持能力为目标。通
过新拌混凝土坍落度、含气量、屈服应力、坡度保持能力等室内试验以及现场32．程试用，研究了引气剂、凹凸棒土等
矿物掺合料对混凝土触变性能的影响。结果表明，引气剂与凹凸棒土双掺加入，充分发挥了引气剂在浆体引入大量
微型气泡的滚珠、润滑作用与凹凸棒土凝胶在浆体中的纤维状结构与取向网络分布的束缚、托举的复合作用．提高
新拌混凝土静态屈服应力至10．28N·m、降低动态屈服应力至5．47N·nl，增加静／动态屈服力矩比至1,9．改善混凝土
坡度保持能力至95．6％。现场试用情况表明，在泵送压力无明显增加情况下，引气剂与凹凸棒土双掺混凝土硬化后
底座超高坡度保持率93％vX上，明显优于单掺引气剂的混凝土。．
关键词：混凝土；触变；凹凸棒土；引气剂；底座板
Abstract：The elevation control of concrete bottom slab in curve line section of high——speed railway is dificult be．．
cause flesh concrete cannot hold its shape and the slope of flesh concrete cannot maintain efectively before concrete
hardening．To solve this problem，air-entraining agent and attapulgite clay were used to improve the thixotropy of flesh
concrete．Results indicated when air-entraining agent and attapulgite cIay incorporated simultaneously，the static yield
stress of fresh concrete increased f10．28N·m)，the dynamic yield stress decreased f5．47N·m)，the ratio between the static
and dynamic yield stress increased(1．9)，and the ability of holding the shape and slope was improved(95．5％)．Moreover，
the pumping pressure was not increased obviously．The slope-holding rate of concrete bottom slab in curve line section on
site reached more than 93％ with air-entraining agent and attapulgite clay simultaneously added which was significanfly
better than that of fly ash concrete．Th is is mainly due to fibrous gel structure and orientation distribution of attapulgite
clay and spherical air bubbles incorporated by air-entraining agent in flesh cement paste．These will provide valuable and
useful references for quality control of concrete bottom slab in curve line section of ballastless track．
Key words：Concrete；Thixotropy；Attapulgite clay；Air-entraining agent；Bottom slab
中图分类号：TU528．01 文献标识码：A 文章编号：1000—4637(2016)04-05-05
O 前言
混凝土底座是无砟轨道的重要结构部位和主
要承重构。-4]。工程实践表明：曲线段超高底座形
态与高程控制一直是现场底座混凝土施工难点。为
达到无砟轨道设计超高，底座两侧混凝土高差最大
可达175mm，施工时．除按设计调整底座钢制模板
外，在新浇混凝土浇筑振捣后，施工人员需对底座
进行多次“收坡提浆”处理，但现场发现，经“收坡”
处理后，尽管底座超高在短时间内满足要求，但由
于此时混凝土尚具有一定的流动性，在重力作用
基金项目：中国铁道科学研究院基金项目(2014YJ017)；中
国铁路总公司科技研究开发计划课题(2013G008一D)。
下，混凝土具有流平趋势，导致超高消失。施工人员
不得不多次进行处理，因而费工费力，且效果并不
理想：一方面易出现底座排水坡度不足或反坡，不
利于无砟轨道结构排水；另一方面，易出现在超高
侧已浇筑混凝土上再新浇筑一定量的混凝土以达
到设计超高等不规范的施工处理方法，这会导致底
座高程控制偏差较大，对底座上部充填层厚度控制
不利：另外，超高侧底座混凝土在硬化前受重力作
用易出现纵向开裂，这都将对后续上部无砟轨道结
构的施工与质量控制乃至线路开通运营后的无砟
轨道耐久性产生不利影响阎。
产生上述问题的主要原因是。目前用于底座施
工的混凝土，为满足泵送需要，坍落度一般较大，在
一5 一
2016年第4期混凝土与水泥制品总第240期
入模混凝土经抹坡或收坡处理后，静置时仍具有较
大的流动性．混凝土所成坡度在硬化前无法有效保
持与定型．导致抹坡或收坡后的曲线设计超高“消
失殆尽”。因此，针对该问题，本文研究采用引气剂
和矿物掺合料来改善混凝土的触变性能，进而实现
混凝土在动态处理时(如：泵送、浇筑、振捣等)，具
有良好的流变性能、工作性能，便于施工；在静态放
置时(如：抹坡、收坡处理完成后)，具有良好的形状
保持能力，便于坡度定型，从而为现场解决上述曲
线超高地段无砟轨道底座施工问题提供简单、有
效、可靠的技术措施[6-71。
1 试验研究方法
1．1 原材料
水泥：P·0 42．5级低碱水泥，比表面积为
355m~kg，初凝81min，终凝159min，烧失量2．82％，
28d抗压强度53．9MPa。
细骨料：河砂，Ⅱ区中砂，细度模数2．8，含泥量
1．5％。吸水率1．3％。 ’
粗骨料：5-20mm连续级配石灰石碎石，含泥量
0．1％，针片状颗粒含量3．5％。
掺合料：河北西柏坡电厂生产的I级粉煤灰，
细度8．7％，需水量比94％，烧失量4．59％；研磨自制
的凹凸棒土凝胶粉末，呈微纤维针状。主要化学成
分为(Mg，AI)5Si8020·41-120，采用马尔文激光粒度仪
Mastersizer 2000分析的颗粒粒径分布如图1所示，
其平均粒径7．161Ixm。
瓤
基
颗粒粒径／IJ,m
图1 凹凸棒土凝胶粉末粒径分布情况
高效减水剂：聚羧酸盐高效减水剂，减水率
27％。
高效引气剂：sJ一2型三萜皂苷引气剂，其主要
组成是单糖基、苷键和苷元基，是一个既含亲水基
因又含憎水基因的非离子型表面活性物质，易溶于
水，对酸、碱和硬水有较强的化学稳定性，其溶液主
要性能满足表1的要求。
1．2 混凝土配合比
基准混凝土配比A：水胶比为0．4，胶凝材料用
一6 一
表1 SJ一2型三萜皂苷引气剂溶液试验结果(25℃)
量380kg／m。：混凝土配比B：在配比A的基础上加入
SJ_2型三萜皂苷引气剂；混凝土配比C：在配比B
的基础上加入胶凝材料用量0．8％的凹凸棒土凝胶
粉末。在用水量不变的情况下，通过调整减水剂用
量使新拌混凝土坍落度为(13+1)Cmo混凝土配合比
及其坍落度、含气量测试结果见表2。
1．3 试验内容与方法
1．3．1 新拌混凝土坍落度和含气量
新拌混凝土搅拌、拌合物性能(坍落度和含气
量)按GB／T 50080-2002(普通混凝土拌合物性能
试验方法标准》进行。
1．3．2 新拌混凝土屈服应力
新拌混凝土屈服应力作为混凝土重要的流变
参数，能够较好地反映新拌混凝土的触变性能。新
拌混凝土屈服应力主要．戈IJ分为动、静态屈服应力：
当新拌混凝土处于静止状态，在较小剪切速率作用
的情况下，其剪切应力会随着时间的增加而增加，
但此时混凝土还未达到流动状态．当剪切应力超过
新拌混凝土的静态屈服应力时。新拌混凝土才能开
始流动；随后在稍小的剪切应力作用下即可维持该
流动状态，该稍小的剪切应力对应于新拌混凝土的
动态屈服应力。新拌混凝土的动、静屈服