CRTSIII型自密實(shí)高性能混凝土缺陷成因及防治

吳樹穎 （中鐵十六局集團(tuán)有限公司，天津 300162）

在我國(guó)高速鐵路大規(guī)模發(fā)展的大背景下，自密實(shí)高性能混凝土的應(yīng)用程度顯著提升。目前我國(guó)已經(jīng)自主研發(fā)出了CRTSIII型板，該技術(shù)的深度發(fā)展對(duì)于自密實(shí)高性能混凝土在高鐵工程中的應(yīng)用起到了積極的推動(dòng)作用。

1 案例分析

本文以實(shí)際城際高鐵為分析背景，該工程中使用的是CRTSIII型板無(wú)砟軌道，對(duì)應(yīng)的材料為C40自密實(shí)高性能混凝土。受可灌溉空間的限制（介于8～10cm之間），鋼筋密集程度顯著增加，同時(shí)還存在斷面小以及振搗性差等問題，這對(duì)灌注材料的流動(dòng)性提出了更高的要求。而使用自密實(shí)高性能混凝土后，上述問題得到了明顯的改觀，以往離析、充盈度欠佳以及浮漿等現(xiàn)象都得到了很好的解決。

2 主要質(zhì)量缺陷及防治措施

2.1 充盈度不足原因分析

判斷填充層質(zhì)量是否達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)有很多，其中以充盈度最為關(guān)鍵。在實(shí)際施工過(guò)程中，需要在無(wú)砟軌道內(nèi)配備2個(gè)觀測(cè)孔以及4個(gè)排氣孔，如果上述兩個(gè)區(qū)域內(nèi)被填入了自密實(shí)高性能混凝土，則代表充盈度符合工程標(biāo)準(zhǔn)。如果出現(xiàn)充盈度欠佳現(xiàn)象，其可能的原因如下。

①材料入模擴(kuò)展度偏小。入模擴(kuò)展度是衡量自密實(shí)高性能混凝土的關(guān)鍵指標(biāo)，參閱相關(guān)材料可知，對(duì)于本文所論述的武咸城際鐵路而言，其對(duì)應(yīng)的材料擴(kuò)展度應(yīng)介于650～750mm這一范圍內(nèi)。當(dāng)氣溫較高時(shí)，該指標(biāo)應(yīng)盡可能接近上限值；反之，則應(yīng)盡可能接近下限值，伴隨著當(dāng)口氣溫的變化，擴(kuò)展度也應(yīng)隨之進(jìn)行調(diào)整。若擴(kuò)展度低于現(xiàn)場(chǎng)氣溫所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值，此時(shí)自密實(shí)高性能混凝土材料會(huì)表現(xiàn)出干稠的特性。正常情況下單塊板的灌注時(shí)間介于8～12min區(qū)間內(nèi)，若在長(zhǎng)達(dá)15min的灌注后材料依然未通過(guò)軌道板的四個(gè)角時(shí)，其對(duì)應(yīng)的充盈度不足現(xiàn)象將顯著加劇[1]。

②環(huán)境溫度過(guò)高。有時(shí)，即便材料擴(kuò)展度達(dá)到了實(shí)地工程要求，但依然存在充盈度欠佳的現(xiàn)象，此狀況大多由外界溫度過(guò)高所致。根據(jù)實(shí)地勘測(cè)可知，如果現(xiàn)場(chǎng)溫度(T)超過(guò)30℃，填充層的封閉性隨之上升，內(nèi)外部空氣流動(dòng)性降低，導(dǎo)致腔內(nèi)氣溫顯著超過(guò)大氣溫度，此時(shí)腔內(nèi)溫度T1與大氣溫度之間具有如下關(guān)系：

如果充填層的溫度過(guò)高，當(dāng)混凝土材料進(jìn)入該區(qū)域內(nèi)，將會(huì)加快蒸發(fā)速度，流動(dòng)性隨之降低，從而導(dǎo)致混凝土在極短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)干硬現(xiàn)象。盡管此時(shí)對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展度達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)范圍的上限值，但混凝土材料依然無(wú)法到達(dá)四個(gè)角。

2.2 防治措施

2.2.1 合理選擇適當(dāng)?shù)娜肽U(kuò)展度

入模擴(kuò)散度需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣溫的變化做以調(diào)整，否則將影響灌注質(zhì)量[2]。通常情況下，在低氣溫環(huán)境中混凝土擴(kuò)散度也應(yīng)隨之縮小，并向標(biāo)準(zhǔn)下限值靠近，反之則應(yīng)向上限靠近。標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散度范圍的下限值為650mm，當(dāng)入模擴(kuò)散度低于該范圍時(shí)，擴(kuò)散度過(guò)小將會(huì)帶來(lái)充盈度不足的現(xiàn)象。

2.2.2 避開高溫時(shí)段灌注施工

無(wú)砟軌道充填層灌注質(zhì)量受季節(jié)因素的影響較大，由于夏季多為悶熱高溫天氣，因此不適宜展開灌注作業(yè)。在工程進(jìn)度與資金允許的情況下，應(yīng)盡可能避免夏季作業(yè)。若受種種因素限制而不得已在夏季進(jìn)行灌注時(shí)，受季節(jié)突發(fā)性的影響，也應(yīng)盡可能避開午后等高溫時(shí)段，以早晚施工為佳。此外，混凝土保坍工作也至關(guān)重要。對(duì)于剩余季節(jié)而言，施工也應(yīng)盡可能避免高溫時(shí)段，否則也容易造成充盈度不足的現(xiàn)象。

3 浮漿層形成原因及防治措施

3.1 浮漿層形成原因分析

工程中浮漿層又可以稱之為發(fā)泡層，其實(shí)質(zhì)為松軟層且有一定厚度。該層與無(wú)砟軌道相接觸，并依附在充填層表面，因此具有連接作用。如果連接力不足，接觸部位將會(huì)產(chǎn)生裂縫。充填層出現(xiàn)浮漿通常是由混凝土離析所造成的，此時(shí)內(nèi)部的均勻性不足，碎石與漿體緊固程度欠佳，在碎石下沉的同時(shí)漿體還將出現(xiàn)上浮現(xiàn)象。

3.2 防治措施

從成因上考慮不難得知，杜絕自密實(shí)高性能混凝土離析的產(chǎn)生是抑制浮漿層現(xiàn)象的重要途徑，在本工程中可采用的方法有如下兩種。

3.2.1 適當(dāng)摻入改性劑

改性劑集各類外加劑功能于一身，它具備增稠劑、流平劑等多種功能，使用此材料可以大幅改善自密實(shí)高性能混凝土泌水現(xiàn)象，從而提升混凝土內(nèi)部的均勻程度。當(dāng)混凝土擴(kuò)展度較大時(shí)（通常不得超過(guò)780mm），會(huì)出現(xiàn)明顯的離析分層現(xiàn)象，基于茹聚特性，可以避免上述問題。

3.2.2 改善聚梭酸高性能減水劑性能

伴隨著自密實(shí)高性能混凝土茹性的下降，灌注后將會(huì)出現(xiàn)大量氣泡，漿體逐步上浮并伴有浮漿層的出現(xiàn)。工程中，將混凝土茹性欠佳簡(jiǎn)稱為TS。當(dāng)時(shí)間＜2.5s以內(nèi)時(shí)，需要對(duì)聚羧酸高性能減水劑的使用規(guī)格做以適度調(diào)整，具體可行的方法有提升減水率，有時(shí)也可適當(dāng)增加摻量，此時(shí)單方混凝土所需的水量將得以減少，浮漿層得到了較好的控制。當(dāng)工程施工作業(yè)發(fā)生在冬季時(shí)，由于該季節(jié)溫度普遍較低，因此需要對(duì)減水劑進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，具體表現(xiàn)為保坍成分的降低。若未采取上述操作，自密實(shí)高性能混凝土很有可能會(huì)出現(xiàn)擴(kuò)展度返大現(xiàn)象，從而導(dǎo)致離析現(xiàn)象的出現(xiàn)，最終灌注的密實(shí)性受到影響，各層結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生不同程度的離縫。

4 浮板原因與防治措施

4.1 浮板原因分析

對(duì)于高速鐵路而言，列車在運(yùn)行時(shí)對(duì)軌道的平順性提出了更高的要求。如果未采取充填層灌注作業(yè)，軌道板高度極容易超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)范圍，而這便可稱之為浮板。對(duì)于無(wú)砟軌道板而言，浮板的種類主要有兩種，即邊角上浮以及整體上浮，無(wú)論何種形式的浮板，只要高度不符合標(biāo)準(zhǔn)均需要展開返工作業(yè)。如果軌道板壓緊裝置配備不夠完整，或是壓緊效果欠缺，二者均會(huì)加快灌注速度，此時(shí)軌道板就會(huì)出現(xiàn)上浮現(xiàn)象。

此外，當(dāng)自密實(shí)高性能混凝土擴(kuò)展度低于標(biāo)準(zhǔn)范圍下限值時(shí)，在灌注作業(yè)時(shí)混凝土的流動(dòng)性將受到嚴(yán)重影響，此時(shí)受局部壓力過(guò)大的影響，也會(huì)產(chǎn)生浮板。施工環(huán)境復(fù)雜，造成擴(kuò)展度偏小的成因也并非一種，一方面與混凝土材料自身有關(guān)，其在離開拌合站時(shí)就低于標(biāo)準(zhǔn)值；另一方面，受運(yùn)輸條件的影響，運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)所需的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也會(huì)引發(fā)擴(kuò)展度偏小的現(xiàn)象。

4.2 防治措施

在對(duì)成因進(jìn)行分析后，提出了具體的解決措施：

①適當(dāng)增加壓緊裝置或改變壓緊方法

參考正常情況下的作業(yè)工藝，對(duì)其中的要點(diǎn)加以總結(jié)，在非特殊情況下若浮板現(xiàn)象較為明顯，此時(shí)可以去的措施有二：確保壓緊裝置的數(shù)量；穩(wěn)定壓緊質(zhì)量。

②嚴(yán)格控制灌注下料速度

在灌注過(guò)程中應(yīng)確保設(shè)備各開關(guān)的操作準(zhǔn)確性，否則也將帶來(lái)灌注速度過(guò)快等現(xiàn)象。伴隨著灌注速度的加快，將會(huì)在一定程度上引發(fā)混凝土擴(kuò)展度過(guò)大等問題。因此需要提升現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的規(guī)范性，確保作業(yè)者對(duì)設(shè)備進(jìn)行合理的控制。

③防止自密實(shí)高性能混凝土擴(kuò)展度過(guò)小

灌注之前的檢測(cè)工作至關(guān)重要，應(yīng)對(duì)自密實(shí)高性能混凝土進(jìn)行全面的參數(shù)檢測(cè)。當(dāng)擴(kuò)展度偏小時(shí)，需要適用適量的聚羧酸高性能減水劑，直至達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)后方可進(jìn)行灌注施工。

④盡量避開氣溫相對(duì)偏高中午時(shí)段

相比之下，午后兩點(diǎn)是一天中氣溫最高的時(shí)段，此時(shí)若進(jìn)行自密實(shí)高性能混凝土施工，將會(huì)對(duì)灌注質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。對(duì)此，需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)各類影響因素做以深度分析，從而確保高溫時(shí)段的灌注質(zhì)量符合工程標(biāo)準(zhǔn)。此外，若條件允許施工應(yīng)盡量繞開高溫階段。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文結(jié)合案例分析，對(duì)CRTSIII型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土缺陷的原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并在此基礎(chǔ)之上對(duì)該缺陷提出了可操作性強(qiáng)的防治措施，確保CRTSIII型板式無(wú)砟軌道在施工過(guò)程中盡可能的避免這些缺陷，提升工程質(zhì)量。