CRTS III型無砟軌道板自密實混凝土配合比調(diào)整與質(zhì)量控制

杜紀(jì)鋒

（濟(jì)南常春藤建材科技有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 前言

1988 年日本東京大學(xué)岡村甫教授首先成功研發(fā)了自密實混凝土，它具有很高的流動性、黏聚性和抗離析性，在自重作用下無需振搗就能自動流平并充滿模具和包裹鋼筋。由于 CRTS Ⅲ 型無砟軌道板腔狹長空間密閉，混凝土流動距離長。要求自密實混凝土具有高流動性和抗離析性。軌道板腔內(nèi)具有高密集配筋結(jié)構(gòu)，包括軌道板底部的門形筋和填充層中的鋼筋網(wǎng)絡(luò)。要求自密實混凝土具有高間隙通過能力和體積穩(wěn)定性。填充層土工布加大了混凝土灌注時的流動阻力，要求自密實混凝土具有較低的屈服應(yīng)力和適當(dāng)黏度。攪拌站與施工現(xiàn)場距離長短不一，要求自密實混凝土具有較高保坍性和流速保持性。自密實混凝土具有高流動性、高間隙通過性、體積穩(wěn)定性及工作性是唯一能夠解決填充層特殊要求的混凝土種類。

1 自密實混凝土常見問題及調(diào)整方法

1.1 自密實混凝土漿體量不足

自密實混凝土漿體量過少，主要表現(xiàn)為混凝土流動性差、流速差，混凝土呈現(xiàn)明顯的漏石狀態(tài)。

解決措施：

（1）自密實混凝土配合比中膠凝材料過少，可適當(dāng)增加膠凝材料（如粉煤灰）。

（2）減水劑減水率過低，自由水釋放量少，可適當(dāng)增加減水率或減水劑摻量。

（3）水膠比過小，可適當(dāng)增加單位用水量。

（4）含氣量過低，漿體飽滿性不足，可適當(dāng)增加引氣組分。

1.2 自密實混凝土流動性差

自密實混凝土主要表現(xiàn)為黏度大、流速慢。坍落擴(kuò)展度滿足要求，但 T500較大，灌注時間超過 12min，增加了充盈度不足的概率，影響了工程的進(jìn)度。

解決措施：

（1）膠凝材料過少，可適當(dāng)增加膠凝材料（如粉煤灰）。

（2）減水劑減水率過低，自由水釋放量少，可適當(dāng)增加減水率或減水劑摻量。

（3）凝土體系空間堆積不合理，可適當(dāng)增加砂率或改變大小碎石比例。

1.3 自密實混凝土包裹性差

自密實混凝土主要表現(xiàn)為露石現(xiàn)象明顯，工作性能差，砂石宜分離。

解決措施：

（1）砂率過低，可以適當(dāng)提高砂率。

（2）大小碎石比例不合理，通過骨料堆積密度實驗及滿足連續(xù)級配要求的情況下確定合理比例。

1.4 自密實混凝土強(qiáng)度較低

自密實混凝土抗壓強(qiáng)度較易滿足規(guī)范要求，但抗折強(qiáng)度往往較低。

解決措施：

（1）砂率過大，“砂—漿體”界面過渡區(qū)存在薄弱缺陷可能性較大，可適當(dāng)降低砂率。

（2）碎石針片狀過多，壓碎值偏低，可選擇壓碎值較小、粒型較好的合格碎石。

（3）膠凝材料用量過少，適當(dāng)增加膠凝材料總量或提高配合比中水泥的比例。

（4）礦物外摻合料活性過低，可降低摻合料比例或更換活性較高的摻合料。

（5）含氣量或氣泡間距過大，可使用穩(wěn)泡劑，細(xì)化混凝土內(nèi)部氣泡。

1.5 自密實混凝土含氣量過低

自密實混凝土含氣量過低，會導(dǎo)致漿體飽滿性不足，混凝土流動性差、黏度大、流速慢。

解決措施：

（1）膠凝材料過少，可適當(dāng)增加膠凝材料（如粉煤灰）量。

（2）減水劑減水率過低，自由水釋放量少，可適當(dāng)增加減水率或減水劑摻量。

（3）混凝土體系空間堆積不合理，可適當(dāng)增加砂率或改變大小碎石比例。

（4）選擇合適的引氣劑，并提高引氣劑摻量。

2 自密實混凝土原材料的控制

2.1 砂的含泥量

規(guī)范要求含泥量不大于 2.0%。含泥量主要影響自密實混凝土的坍落擴(kuò)展度損失。通過控制減水劑中保坍與減水成份比例及摻量來達(dá)到要求的坍落擴(kuò)展度。自密實混凝土到達(dá)澆筑現(xiàn)場時的坍落擴(kuò)展度可以輕微損失或增加。當(dāng)運(yùn)輸距離遠(yuǎn)、氣溫高、風(fēng)速大的情況下應(yīng)盡量使用含泥量較低的砂以確保施工質(zhì)量。

2.2 砂的細(xì)度模數(shù)及含水率

砂應(yīng)選用級配合理、質(zhì)地堅固、吸水率低、空隙率小的潔凈天然河砂，也可選用采用專門機(jī)組生產(chǎn)的機(jī)制砂，不得使用海砂。砂的細(xì)度模數(shù)不大于 2.7。砂的細(xì)度模數(shù)主要影響自密實混凝土的用水量及拌合物的粘聚性、包裹性。自密實混凝土要求砂的細(xì)度模數(shù)變化不宜過大，當(dāng)砂的細(xì)度模數(shù)比原來顯著增大時，可以在容重不變的情況下適當(dāng)增加 1%～2% 的砂率，當(dāng)砂的細(xì)度模數(shù)比原來顯著減小時，可以在容重不變的情況下適當(dāng)減少 1%～2% 的砂率。開盤前，應(yīng)嚴(yán)格測定粗細(xì)骨料的含水率，及時調(diào)整施工配合比。當(dāng)砂含水率大于 6%時很不穩(wěn)定，此時要提高含水率抽檢頻率。遇到含水率較高的濕砂時，鏟車翻拌均勻后上料。長時間未使用應(yīng)再次從料斗中取樣測定砂的含水率。

2.3 粗骨料

粗骨料應(yīng)選用粒型良好、質(zhì)地堅固、線脹系數(shù)小的潔凈碎石、碎卵石或卵石。粗骨料宜采用二級配，最大公稱粒徑不宜大于 16mm，針片狀顆粒含量不大于5%，含泥量不大于 0.5%。當(dāng)骨料粒徑合格時，但總體偏大時，應(yīng)適當(dāng)提高自密實混凝土的坍落擴(kuò)展度，減少灌注失敗的概率。

2.4 減水劑

減水劑中保坍與減水成份合適比例，保證自密實混凝土坍落擴(kuò)展度在灌注過程中變化不大，根據(jù)施工時的溫度、天氣及時調(diào)整緩凝組份的比例。

2.5 自密實混凝土的運(yùn)輸

每次罐車從攪拌機(jī)接料之前應(yīng)快速反轉(zhuǎn)，把罐車中的水放完，自密實混凝土的運(yùn)輸速率應(yīng)保證施工的連續(xù)性。當(dāng)中轉(zhuǎn)料斗中的混凝土不足以灌注一塊板時，必須等待下一車，如果等待時間超過 30min，必須檢測自密實混凝土的性能方可施工。同時發(fā)車間隔應(yīng)根據(jù)運(yùn)輸?shù)木嚯x及施工的快慢及時調(diào)整，防止發(fā)車過密，造成自密實混凝土坍落擴(kuò)展度損失。當(dāng)罐車到達(dá)澆筑現(xiàn)場時，應(yīng)使罐車高速旋轉(zhuǎn) 30s 方可卸料。嚴(yán)禁在運(yùn)輸過程中向混凝土內(nèi)加水。

2.6 軌道板自密實混凝土澆筑

軌道板自密實混凝土必須快灌快運(yùn)，禁止中轉(zhuǎn)料斗中混凝土過長時間停留，以免坍落度損失過大。入模前應(yīng)檢測混凝土拌合物的溫度、坍落擴(kuò)展度、泌水率和含氣量等。只有拌合物性能符合設(shè)計要求時方可灌注。自密實混凝土灌注應(yīng)保證下料的均勻連續(xù)性，并一次完成灌注。在炎熱季節(jié)施工時，水泥進(jìn)入攪拌機(jī)的溫度不宜大于 50℃。避免模板和混凝土直接接受陽光照射。罐車應(yīng)裹罐衣，放于陰涼處，使用時加水潤濕罐衣，并用涼水沖洗罐車內(nèi)部。在低溫環(huán)境下施工時，自密實混凝土攪拌時間宜較常溫施工延長 50% 左右，并采取保溫防凍措施，加快灌注速度，防止混凝土早期受凍。在風(fēng)速較大的環(huán)境下施工時，應(yīng)采取擋風(fēng)措施，防止混凝土失水過快。自密實混凝土入模前應(yīng)檢查板腔內(nèi)是否積水。當(dāng)土工布和凹槽中存在積水時，嚴(yán)禁灌注自密實混凝土。雨天不應(yīng)進(jìn)行自密實混凝土灌注施工。

3 自密實混凝土施工質(zhì)量缺陷及解措施

3.1 充盈度不足

自密實混凝土是否充盈飽滿是灌注質(zhì)量最直觀的判別依據(jù)，通常以自密實混凝土通過觀察孔及四角排氣孔完全流出為參考。造成充盈度不足的主要原因有以下三個方面：

（1）自密實混凝土初始坍落擴(kuò)展度過大或過小

坍落擴(kuò)展度是自密實混凝土主要的性能指標(biāo)之一，直接體現(xiàn)了能否灌注飽滿的關(guān)鍵。自密實混凝土坍落擴(kuò)展度以≤680mm 為宜，在高溫大風(fēng)天氣坍落擴(kuò)展度一般控制在 660～680mm，低溫天氣坍落擴(kuò)展度一般控制在 640～660mm。如自密實混凝土坍落擴(kuò)展度偏小，在同樣灌注高度下其流速慢，灌注時間就加長，當(dāng)灌注時間超過 15min 后，混凝土充盈度不足出現(xiàn)的概率將大大增加；如自密實混凝土坍落擴(kuò)展度偏大，混凝土易離析、粗骨料下沉，增加了堵管的概率。

（2）自密實混凝土坍落擴(kuò)展度損失或后滯

自密實混凝土從攪拌開始到灌注結(jié)束的持續(xù)時間不宜超過 120min。由于自密實混凝土灌注施工慢，工人熟練程度不同、運(yùn)輸距離、原材料的波動、環(huán)境溫度等都會影響混凝土的坍落擴(kuò)展度。自密實混凝土灌注時的坍落擴(kuò)展度與初始值相比可以輕微減少或增大。如自密實混凝土坍落擴(kuò)展度損失過快，灌注過程中易出現(xiàn)充盈度不足；如自密實混凝土坍落擴(kuò)展度顯著增加，易出現(xiàn)離析，導(dǎo)致充盈度不足。

（3）跑模漏漿造成充盈度不足。

解決措施：

（1）選擇合適的坍落擴(kuò)展度

合適的坍落擴(kuò)展度能保證灌注過程均勻連續(xù)，自密實混凝土灌注所要求的坍落擴(kuò)展度隨溫度的升高而增大。自密實混凝土入模的坍落擴(kuò)展度應(yīng)不小于640mm，以免灌注時坍落擴(kuò)展度過小造成充盈度不足。同時控制混凝土坍落擴(kuò)展度的上限，保證自密實混凝土均勻穩(wěn)定，避免灌注時坍落度過大造成離析，導(dǎo)致充盈度不足。一般自密實混凝土的灌注時間控制在 6～12min，既能保證自密實混凝土的灌注質(zhì)量，也能保證施工進(jìn)度。

（2）避開高溫及低溫時段

夏季氣溫高時不宜進(jìn)行自密實混凝土灌注。如必須安排夏季施工時，應(yīng)避開高溫時段或選擇夜間施工。冬季氣溫低時不宜進(jìn)行自密實混凝土灌注。施工時間應(yīng)選擇溫度較高的時段，同時拌合用水、減水劑等應(yīng)加熱，做好混凝土罐車的保溫措施。

加強(qiáng)模板安裝牢固度檢查。

3.2 表面松軟發(fā)泡層

自密實混凝土表面發(fā)泡層是在自密實混凝土填充層表面存在的具有一定厚度的松軟層，其與軌道板接觸，影響填充層與軌道板的粘結(jié)，且其強(qiáng)度不足，長期運(yùn)營后主要表現(xiàn)為軌道板與填充層之間出現(xiàn)離縫。其產(chǎn)生的主要原因有：

（1）自密實混凝土離析泌水

自密實混凝土骨料與漿體分離，粗骨料下沉，漿體上浮。灌注后粗骨料集中于底部，頂部主要為浮漿，水分蒸發(fā)后就導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生發(fā)泡層。

（2）混凝土與多余水接觸

底座板設(shè)置的限位槽及隔離土工布中，因在雨后灌注時未采取措施排除多余積水，或軌道板腔潤濕過度產(chǎn)生多余水。自密實混凝土與水大面積接觸后，其坍落擴(kuò)展度急劇增加，如未在出漿口完全排除，將導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生松軟發(fā)泡層。

解決措施：

（1）自密實混凝土通過控制單位用水量，減水劑摻量等使得混凝土具有良好的包裹性，均勻穩(wěn)定，不離析泌水；

（2）雨后施工時在灌注自密實混凝土前應(yīng)排除板腔內(nèi)多余水，板腔潤濕不能過度，土工布表面不能出現(xiàn)明水。

3.3 表面氣泡

自密實混凝土填充層硬化后要求表面無面積大于50cm2以上的氣泡，面積 6cm2及以上氣泡的面積之和不宜超過板面積的 2%。由于自密實混凝土膠凝材料總量較多、組份多、含氣量大，混凝土硬化后表面容易產(chǎn)生氣泡。氣泡一是混凝土本身產(chǎn)生；二是混凝土灌注過程中機(jī)械引入的氣泡。混凝土本身氣泡一般較規(guī)則且面積較?。粰C(jī)械引入的氣泡一般不規(guī)則且面積較大。

解決措施：控制膠凝材料總量，盡量選擇一種質(zhì)量較好且穩(wěn)定的摻合料，調(diào)整減水劑與膠凝材料的適應(yīng)性，減少自密實混凝土本身的氣泡，控制氣泡總量，這是解決表面氣泡的關(guān)鍵；控制自密實混凝土的入模坍落擴(kuò)展度可以減少機(jī)械引入的氣泡。

3.4 離縫

自密實混凝土硬化后與軌道板直接出現(xiàn)縫隙，成連續(xù)或部分出現(xiàn)。離縫嚴(yán)重影響混凝土與軌道板直間的粘結(jié)強(qiáng)度。產(chǎn)生的原因主要有三個方面：一是自密實混凝土與多余水接觸；二是自密實混凝土灌注過程中模板漏漿；三是自密實混凝土養(yǎng)護(hù)不到位。

解決措施：自密實混凝土入模時板腔內(nèi)無多余水；加強(qiáng)模板牢固度的檢查；加強(qiáng)自密實混凝土的養(yǎng)護(hù)，特別是高溫大風(fēng)天氣時提高灑水頻率。

4 結(jié)束語

本文較詳細(xì)的給出了自密實混凝土配合比設(shè)計時的實驗室調(diào)整方法，對于配合比設(shè)計具有指導(dǎo)意義；通過控制原材料的性能指標(biāo)及混凝土的性能指標(biāo)解決了CRTS III 型無砟軌道板填充層自密實混凝土灌注過程中的主要問題，在施工過程中具有較高的參考價值。