高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實(shí)混凝土研究

趙祖林

中交二公局鐵路工程有限公司

1 引言

近幾年來，高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實(shí)混凝土作為一種新型材料開始應(yīng)用于高速鐵路軌道工程施工。該新型材料在施工前，需要通過揭板試驗(yàn)，確定各種技術(shù)參數(shù)，以指導(dǎo)上線施工。本文通過揭板試驗(yàn)，重點(diǎn)分析了河砂的細(xì)度模數(shù)對(duì)自密實(shí)混凝土性能的影響以及施工中自密實(shí)混凝土的質(zhì)量控制。

揭板試驗(yàn)采用P5600型號(hào)CRTSⅢ型板，自密實(shí)混凝土層的長(zhǎng)度和寬度與該型板尺寸相同，長(zhǎng)5600mm，寬2500mm，厚90mm，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40的自密實(shí)混凝土。京雄城際鐵路六標(biāo)段軌道板包括P5600、P4925、P4925B、P4856、P3710 五種。每塊軌道板在自密實(shí)混凝土層，底座板表面，設(shè)置兩個(gè)限位凹臺(tái)，上呈四棱臺(tái)型，傾角為1:10，上下面的尺寸分別為1020mm×720mm、1000mm×700mm，高度為100mm。在底座板頂面鋪設(shè)4mm厚的土工布作為與自密實(shí)混凝土的隔離層。

由于自密實(shí)混凝土是軌道板與底座板之間的填充層，內(nèi)有鋼筋和土工布隔離層，厚度僅有90mm，而且是封閉的空間，這就要求使用充填層混凝土的流動(dòng)性要高、鋼筋障礙物間隙通過性高和抗離析性好的自密實(shí)混凝土。

圖1 揭板試驗(yàn)

如圖1所示，揭板試驗(yàn)施工，場(chǎng)地選擇已施工完的鋼筋加工場(chǎng)，棚內(nèi)有龍門吊，方便CRTSⅢ型板的安裝。澆筑底座4塊，兩直兩曲，其中曲線段超高180mm。澆筑共進(jìn)行21 次揭板試驗(yàn)（其中試驗(yàn)板不合格6次，成功15次），實(shí)際拌制78方自密實(shí)混凝土進(jìn)行試驗(yàn)與研究。

2 材料與配合比情況

2.1 原材料

水泥為P.O42.5 級(jí)水泥，礦粉是S95 磨細(xì)礦渣粉，膨脹劑為UEA（Ⅱ型）膨脹劑，減水劑為JD-9緩凝型減水劑，引氣劑為RB-10b 型引氣劑，粘度改性材料為TZ-Ⅱ型粘改材料，粗骨料采用5mm～10mm、10mm～16mm 兩級(jí)配碎石，石粉含量和針片狀含量小，細(xì)骨料采用堅(jiān)固、潔凈的天然河砂。

在自密實(shí)混凝土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高要求下，穩(wěn)定的原材料是自密實(shí)混凝土的質(zhì)量保證。除河砂是天然開采外，其他材料均是廠家加工生產(chǎn)，工藝成熟，質(zhì)量相對(duì)可控。河砂資源緊張，通過河砂產(chǎn)地考察和材料進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)，河砂物理指標(biāo)隨開采的不同地點(diǎn)、不同深度產(chǎn)生波動(dòng)。通過五種規(guī)格的河砂，對(duì)其性能和揭板試驗(yàn)成果進(jìn)行研究分析、總結(jié)。

利用拌和站已有河砂及料源考察新進(jìn)河砂，進(jìn)行自密實(shí)混凝土揭板試驗(yàn)，具體河砂規(guī)格見下表1。

表1 河砂累計(jì)篩余及細(xì)度模數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2.2 配合比

基準(zhǔn)配合比采用下表進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)中根據(jù)材料情況進(jìn)行調(diào)整，配合比所有原材料均是干燥狀態(tài)，配合比見表2。

表2 配合比

3 自密實(shí)混凝土性能要求

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，自密實(shí)混凝土拌合物及硬化體，其性能指標(biāo)應(yīng)見表3，配合比設(shè)計(jì)實(shí)測(cè)值符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 自密實(shí)混凝土性能標(biāo)準(zhǔn)值與配合比實(shí)測(cè)值

4 自密實(shí)混凝土揭板試驗(yàn)

經(jīng)過一個(gè)多月的揭板試驗(yàn)，使用不同細(xì)度模數(shù)的河砂進(jìn)行試驗(yàn)，各項(xiàng)拌和物性能指標(biāo)最終調(diào)試好后指標(biāo)如表4。

表4 揭板試驗(yàn)過程檢測(cè)拌合物性能

（1）根據(jù)HS1、HS2兩種河砂試驗(yàn)結(jié)果，通過調(diào)整外加劑組成成分，拌和物性能基本能滿足規(guī)范，但混凝土相對(duì)較粘聚，表面溢出氣泡，含氣量在5.0以下時(shí)，混凝土稍板結(jié)，抹刀翻動(dòng)混凝土?xí)r，能感到明顯的阻力，同時(shí)對(duì)用水量較為敏感。含氣量大于5.0時(shí)，相對(duì)稍好，但混凝土表面氣泡不斷溢出，保氣性較差。提高5%的砂率，仍沒有改善混凝土性能。澆筑的成品，揭板后，版面氣泡較多。河砂細(xì)度模數(shù)大于等于2.8的，不宜使用。

（2）根據(jù)HS3 河砂試驗(yàn)結(jié)果，通過調(diào)整外加劑的組成成分，拌和物性能較好，坍落擴(kuò)展度600mm～680mm，T500：3s～5s，泌水率0，含氣量5.0%～8.0%，混凝土出機(jī)狀態(tài)良好，2h坍落擴(kuò)展度基本沒有損失，拌和物性能滿足施工要求，揭板后，充盈飽滿，平整密實(shí)，表面無蜂窩狀、無大于50cm2以上的氣泡，面積6cm2以上的氣泡面積之和遠(yuǎn)小于板面面積的2%，最大0.2%。澆筑過程四角混凝土勻質(zhì)，揭板后版面無缺陷，效果較好。

（3）根據(jù)HS4、HS5兩種河砂試驗(yàn)結(jié)果，通過調(diào)整外加劑組成成分，拌和物性能基本能滿足規(guī)范，但混凝土有浮漿層，HS4 河砂，有少量浮漿，HS5 河砂拌制的自密實(shí)混凝土浮漿層較厚，石子下沉，灌注試驗(yàn)板過程中，四角出料口溢出的均是漿液。分別增加粘度改性材料3kg和5kg，HS4情況基本改善，HS5仍有少量浮漿，黏度改性材料是一種新型材料，價(jià)格較貴，約8000元一噸，從經(jīng)濟(jì)性考慮，每方自密實(shí)混凝土成本增加24 元和40 元，細(xì)度模數(shù)在2.4以下的河砂不宜使用在該型自密實(shí)混凝土。

通過使用HS1、HS2 中的一種河砂與HS4、HS5 中的一種河砂，按一定比例摻配后，細(xì)度模數(shù)在2.4～2.7且0.3mm篩孔通過率大于15%時(shí)，自密實(shí)混凝土拌合物性能好，灌注出的試驗(yàn)板質(zhì)量均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 施工中自密實(shí)混凝土質(zhì)量控制

5.1 灌注混凝土的工裝設(shè)備情況

揭板試驗(yàn)采用單塊P5600 型軌道板，自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)方量為1.33m3?，F(xiàn)場(chǎng)灌注采用設(shè)計(jì)為1.8m3大料斗裝料灌注。采用自制灌注自密實(shí)混凝土的流動(dòng)灌漿車（圖1），灌漿車上設(shè)計(jì)使用≥1.5m 溜槽下料灌注，溜槽與小料斗密貼，并在料斗上方設(shè)置50mm×50mm尺寸的鋼筋網(wǎng)片，防止混凝土沖擊引入空氣。下料管與防溢管均采用直徑為160mm，壁厚4mm 的硬質(zhì)PVC 管，直線段軌道板上設(shè)置的下料管露出軌道板上表面的高度按65cm為宜，防溢管露出軌道板上表面的高度按45cm 為宜，自密實(shí)混凝土灌注結(jié)束3h內(nèi)不得移除下料管和防溢管。

5.2 灌注前對(duì)工裝設(shè)備檢查

檢查流動(dòng)灌漿車的人工導(dǎo)向萬向輪裝置是否靈敏，停穩(wěn)后是否已固定。灌注前，使用噴霧器將吊裝混凝土用的大料斗，軌道板上的小料斗，灌漿車上的流槽噴濕。在灌注前2h內(nèi)，將軌道板底面和底座混凝土頂面噴濕，噴出的水程霧化狀態(tài)，不能在混凝土和隔離層表面留有明顯的明水、積水等。

5.3 灌板前試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)人員到場(chǎng)，準(zhǔn)備好坍落度筒、坍落擴(kuò)展度儀、含氣量測(cè)定儀等試驗(yàn)儀器。灌板前，對(duì)每車混凝土進(jìn)行拌合物性能檢測(cè)，確定混凝土是否滿足要求。外加劑廠家技術(shù)服務(wù)人員要全程跟蹤服務(wù)，在揭板試驗(yàn)階段，自密實(shí)混凝土拌合物性能，主要依靠減水劑及引氣劑的組成成分調(diào)配，才能試驗(yàn)出高質(zhì)量的混凝土。

5.4 灌板混凝土施工質(zhì)量控制

灌注時(shí)將料斗放置在流動(dòng)灌漿車上方，放料時(shí)，混凝土從流動(dòng)灌漿車的溜槽流入放置在軌道板上的小料斗，經(jīng)過溜槽這一裝置，可以明顯減少氣泡的產(chǎn)生。同時(shí)，混凝土操作人員要與灌注孔混凝土面控制人員協(xié)調(diào)配合，隨時(shí)關(guān)注灌注料斗混凝土面的高度，保持在一定的高度，避免將空氣帶入到板腔內(nèi)。

灌注高度（軌道板頂面至料斗混凝土面）：直線段控制在60cm～80cm之間，曲線段控制在100cm～120cm之間。

自加水?dāng)嚢杌炷灵_始到結(jié)束，灌注時(shí)間不宜超過150min，每次灌注不超過4塊板，罐車混凝土每次6方為宜。

自密實(shí)混凝土從軌道板中間的預(yù)留孔進(jìn)行灌注，兩側(cè)預(yù)留有觀察孔，四角模板上預(yù)留排氣孔，用于灌注時(shí)排出自密實(shí)層內(nèi)空氣，同時(shí)觀察排出混凝土的質(zhì)量。自密實(shí)混凝土從四角排氣孔出漿時(shí)，當(dāng)出料混凝土與混凝土本體一致時(shí),先關(guān)閉三個(gè)角的插板，然后再關(guān)閉小料斗的蝶閥，最后再關(guān)閉第四個(gè)角的插板，對(duì)四周的工藝性氣泡減少有明顯效果。關(guān)閉四角插板時(shí)，要有錘子用力敲擊插板，使插板關(guān)閉到底，否則拆模后四角混凝土?xí)霈F(xiàn)爛根現(xiàn)象。灌注完畢后，灌注孔內(nèi)多余混凝土及時(shí)清除。自密實(shí)混凝土采取先快后慢方式灌注，通過大料斗的蝶閥控制下料速度。先快，保證混凝土有足夠的流動(dòng)性流入大部分板腔；后慢，當(dāng)混凝土流過觀察孔時(shí)，放慢速度，有利于板腔空氣的排出。每塊板的灌注時(shí)間控制在5min～8min 為宜，灌注時(shí)間過小會(huì)導(dǎo)致自密實(shí)混凝土周邊及四角氣泡較多。

模板內(nèi)側(cè)需要貼透水透氣模板布，不僅可防止漏漿，拆模后有較好的外觀質(zhì)量。

施工過程中要加強(qiáng)對(duì)各種原材料穩(wěn)定性的控制，例如減水劑的保坍成分在前期試驗(yàn)中，控制河砂的含泥量和細(xì)度模數(shù)，河砂較粗時(shí)，自密實(shí)混凝土層表面容易出現(xiàn)氣泡，河砂較細(xì)時(shí)，容易出現(xiàn)浮漿層；后期調(diào)整減水劑中保坍成分的比例,保坍效果120min 后，坍落擴(kuò)展度的變化僅為10mm。在連續(xù)10 次灌板過程中，混凝土出站2 個(gè)小時(shí)后,坍落擴(kuò)展度的損失都能控制在20mm以下，整個(gè)灌板過程都較為順利。

6 結(jié)束語

經(jīng)試驗(yàn)研究，灌注符合要求的自密實(shí)混凝土，首先要確保原材料穩(wěn)定，選擇優(yōu)質(zhì)潔凈的河砂，細(xì)度模數(shù)在2.4～2.7且0.3mm篩孔通過率大于15%；混凝土拌合物性能滿足擴(kuò)展時(shí)間T500為3.0s～5.0s，坍落度擴(kuò)展度600mm～680mm，含氣量控制在5%～8%為宜；每塊軌道板自密實(shí)混凝土的灌注時(shí)間控制在5min～8min為宜，灌注速度過快，會(huì)導(dǎo)致自密實(shí)混凝土周邊及四角工藝性氣泡較多。