商合杭阜陽西站無砟軌道高性能混凝土施工工藝探討

趙 然，陳曉濤

（中交隧道局商合杭鐵路站前六標(biāo)項(xiàng)目部，安徽 阜陽 236000）

1 工程概況

商合杭高鐵（安徽段）SHZQ-6阜陽特西站位于安徽省阜陽市潁州區(qū)，正線路基2.95km，框架中橋4座，框架涵11座；CRTS Ⅰ型雙塊式無砟道床2.3552鋪軌公里，軌枕埋入式無砟軌道1.3876鋪軌公里，Ⅲ型板無砟軌道41.9387鋪軌公里。為保證阜陽西站無砟軌道結(jié)構(gòu)的使用年限，依據(jù)設(shè)計(jì)單位要求采用C40混凝土（高性能）澆筑無砟軌道底座板、道床板，并灌注自密實(shí)混凝土完成整體結(jié)構(gòu)形式。底座板比表面積大、結(jié)構(gòu)厚度薄，面臨的最大問題就是開裂，所以底座板需要采用低膠材、低用水量、低坍落度和高含氣量的混凝土，并通過內(nèi)養(yǎng)護(hù)和外養(yǎng)護(hù)，加強(qiáng)施工過程控制。為提高填充層的使用壽命和耐久性，結(jié)合設(shè)計(jì)要求采用高流動(dòng)性、間隙通過性、抗離析性的高性能混凝土?，F(xiàn)就結(jié)合阜陽西站無砟軌道混凝土現(xiàn)場灌注工藝及質(zhì)量管控的經(jīng)驗(yàn)做出探討。

2 高性能混凝土和自密實(shí)混凝土的特點(diǎn)

高性能混凝土（HPC）和自密實(shí)混凝土（SCC）是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上，采用目前最新技術(shù)配制混凝土而成的新型高性能混凝土，以耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)，依據(jù)不同的工作性要求，保證其耐久性。

2.1 高性能混凝土的特點(diǎn)

（1）具有優(yōu)益的抗?jié)B性和穩(wěn)定的強(qiáng)度。

（2）具有很好的和易性?；炷辆哂蟹浅：玫墓ぷ髁鲃?dòng)性，在混凝土成型的過程中不斷層、不離析，且易于澆筑成型；在泵送和灌注的過程中也具有良好的泵送效果和自密實(shí)效果。

（3）體積穩(wěn)定率較高，混凝土初凝期間水化熱較低，終凝后收縮變形小。

（4）低膠材、低用水量、低坍落度和高含氣量。外加劑采用雙摻，提高引氣劑用量；低坍落度但保證了混凝土的工作性，從而保證了強(qiáng)度，提高了混凝土的抗裂性能。

2.2 自密實(shí)混凝土的特點(diǎn)

與其他高性能混凝土相比，自密實(shí)混凝土具有獨(dú)特的性能。

（1）自密實(shí)混凝土無需人工振搗而自動(dòng)密實(shí)每一個(gè)模板的角落，避免了人工漏振、過振施工缺陷而引起的耐久性不足。另外，對(duì)于有抗凍要求的引氣混凝土，還會(huì)減少由于混凝土振搗造成的混凝土含氣量損失過大而抗凍性不足的情況。

（2）硬化體性能要具有足夠抵抗外部侵蝕的能力和抗裂能力?；炷恋乃行阅芏际菫榱似溆不w結(jié)構(gòu)能夠滿足設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)安全服役，因此自密實(shí)混凝土硬化體的性能必須有足夠的抵抗外部侵蝕的能力。

3 自密實(shí)和高性能混凝土的原材料選擇和管理

混凝土工作性能的提高主要是通過混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化和構(gòu)件化學(xué)機(jī)理的優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)而達(dá)到工程需要標(biāo)準(zhǔn)。高性能混凝土和自密實(shí)混凝土必須是均質(zhì)混凝土，且必須采取嚴(yán)格的施工工藝和優(yōu)質(zhì)材料。

要提高混凝土的工作性能，首先要保證優(yōu)質(zhì)的原材料。高性能混凝土和自密實(shí)混凝土所用的原材料均為6種成分或更多組分構(gòu)成。除了傳統(tǒng)混凝土的水泥、砂、石和水，還應(yīng)有礦物參合料和外加劑；細(xì)集料采用Ⅱ區(qū)的河砂和優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂；粗集料可為碎石和卵石；拌合水為潔凈的飲用水。自密實(shí)和高性能混凝土除對(duì)原材料的高要求相同以外，兩者也有不同點(diǎn)。

（1）自密實(shí)混凝土使用礦物摻合料的范圍比高性能混凝土多。

（2）自密實(shí)混凝土用砂細(xì)度模數(shù)比高性能混凝土細(xì)度模數(shù)小。

（3）用粗骨料的最大粒徑限制更嚴(yán)。

（4）功能性外加劑使用概率高。

3.1 阜陽西站原材料選擇

在阜陽西站無砟軌道混凝土配合比設(shè)計(jì)之前，做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作：原材料料原地進(jìn)行大面積考察和監(jiān)測，尤其是石子、中砂的考察和檢測，要求原材料質(zhì)量的穩(wěn)定性和規(guī)模適應(yīng)性，杜絕材料供應(yīng)不足和料源的不穩(wěn)定性。為進(jìn)一步提高混凝土的密實(shí)度和耐久性，自密實(shí)混凝土粗骨料二級(jí)摻入5～16mm，高性能混凝土粗骨料二級(jí)摻入5～20mm，確保了集配良好，降低了集料的孔隙率。外加劑對(duì)于地材總的含泥量和泥塊含量非常敏感，所以在中砂的選擇上，河砂要全部被水沖刷，保證進(jìn)入拌合站的中砂潔凈、無雜質(zhì)。自密實(shí)混凝土的細(xì)度模數(shù)為2.2～2.4，高性能混凝土的細(xì)度模數(shù)為2.8～3.0。

通過減水劑和引氣劑的引入，可以實(shí)現(xiàn)高性能混凝土在低水膠比條件下仍具有良好的性能。然而，高效減水劑對(duì)原材料的敏感性很高，因此在試驗(yàn)配制和使用高性能混凝土之前，一定要掌握水泥、減水劑和粉煤灰的相容性，使高性能混凝土的和易性及工作性都能滿足要求。

通過粘度改性材料的引入，可以實(shí)現(xiàn)自密實(shí)混凝土在低水膠比條件下仍具有良好的性能。粘度改性材料對(duì)原材料的敏感性很高，因此在試驗(yàn)配制和使用自密實(shí)混凝土之前，一定要掌握水泥、粘度改性材料和礦粉的相容性。使自密實(shí)混凝土中的粘度改性材料發(fā)揮作用，能在不降低自密實(shí)混凝土力學(xué)性能和耐久性的前提下提高自密實(shí)混凝土的工作性能。

3.2 阜陽西站原材料管理

材料檢測合格后，對(duì)試驗(yàn)室沒有其參數(shù)和計(jì)劃使用的材料進(jìn)行外委送檢，尤其是其中重要指標(biāo)的檢驗(yàn)，保證使用的都是合格材料。

物資部設(shè)專人對(duì)原材料進(jìn)行采購、管理，設(shè)置待檢倉和合格倉，粗細(xì)骨料倉庫設(shè)置雨棚，拌和站配備砂石料篩分機(jī)和洗石機(jī)，進(jìn)入現(xiàn)場的砂和石料在待檢查的倉庫中經(jīng)過篩分和洗滌后將進(jìn)入合格的倉庫。

各類材料進(jìn)場的過程中，物資管理人員通知試驗(yàn)檢測人員一起進(jìn)行初驗(yàn)。初驗(yàn)無疑義，材料可以存入待檢倉，對(duì)材料抽樣進(jìn)行檢測，保證材料符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)結(jié)果需要接近試拌混凝土原材的指標(biāo)。每一種材料都要有標(biāo)識(shí)牌，標(biāo)識(shí)牌上要有具體的名稱、規(guī)格、生產(chǎn)批號(hào)、廠家名稱、進(jìn)場日期、檢測狀態(tài)、使用的工程部位等信息，防止誤用。

4 高性能混凝土和自密實(shí)混凝土的試配

配置高性能混凝土和自密實(shí)混凝土，對(duì)材料的要求非常嚴(yán)格。鑒于材料離散性很大，應(yīng)結(jié)合耐久性、和易性、抗?jié)B性、工作性，對(duì)材料進(jìn)行多次組合適配。因?yàn)樵谂浜媳仍O(shè)計(jì)計(jì)算中，配制強(qiáng)度應(yīng)是試拌或者施工的平均水平，因此控制材料質(zhì)量穩(wěn)定、計(jì)量精密、拌和規(guī)范也是優(yōu)化配合比的前提和基礎(chǔ)，從而從多次適配數(shù)據(jù)中選擇最好的材料組分組合。這其中一定要注意環(huán)境溫度對(duì)混凝土產(chǎn)生的敏感性，在生產(chǎn)過程中注意變化和影響并及時(shí)作出調(diào)整，選擇最優(yōu)的配合比設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。

在阜陽西站無砟軌道試配中，通過調(diào)整礦粉摻合料的配合比、引氣劑和內(nèi)固化劑的摻量、外加劑的組成、砂率等進(jìn)行正交優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出配合比如表1、表2所示。通過觀察現(xiàn)場混凝土澆筑及相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，選用的配合比合理、流動(dòng)性能良好、混凝土質(zhì)量均勻。

5 高性能混凝土的攪拌

阜陽西站采用集中攪拌、供應(yīng)方式。拌合樓完全按照鐵路總公司要求的標(biāo)準(zhǔn)化拌合站進(jìn)行施工。中央拌合站的建立借鑒了商品混凝土攪拌站的經(jīng)驗(yàn)，保證了混凝土過程生產(chǎn)的質(zhì)量。

高性能混凝土性能的提高主要是通過減水劑和水泥發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，因此在混凝土的生產(chǎn)過程中必須重視化學(xué)活性。減水劑和引氣劑在混凝土中表現(xiàn)出的效率，能保證坍落度的損失，建議采用雙摻方法，再加入骨料，能使水泥、減水劑和引氣劑充分混合，有利于雙摻的利用。理想的進(jìn)料順序如圖1所示。

圖1 理想的進(jìn)料順序

一般情況下，這種理想的進(jìn)料順序是可以保證混凝土的質(zhì)量的，因?yàn)榇止橇?、?xì)骨料是一起進(jìn)入運(yùn)輸帶，下料后一起到混合倉中，所以實(shí)際操作時(shí)要結(jié)合拌合站的機(jī)組情況進(jìn)行?？紤]到實(shí)際的節(jié)能和混合效率要求，在實(shí)際施工中難以滿足上述要求的進(jìn)料順序，因此可以在現(xiàn)場拌和過程中使用。實(shí)際的進(jìn)料順序如圖2所示。

圖2 實(shí)際的進(jìn)料順序

為了保證高性能混凝土的攪拌效果，不能將材料同時(shí)倒入混合倉中，不能讓高效減水劑和引氣劑一起溶解到混合水中。不良的攪拌過程會(huì)對(duì)混凝土的質(zhì)量有影響，無法保證坍落度?；炷恋男阅鼙仨氂斜ＷC，在配置中必須提高其性能指標(biāo)，考慮混凝土的經(jīng)濟(jì)性，加大膠凝材料和外加劑的使用量并不是好方法。

無論采用何種混合工藝，都會(huì)加長攪拌時(shí)間，使減水劑中的成分均勻發(fā)揮，顯示減水劑的作用，避免不均性的發(fā)生、混凝土強(qiáng)度受到影響。

6 高性能混凝土的灌筑和振搗

底座板和道床板的施工質(zhì)量重點(diǎn)體現(xiàn)在內(nèi)在強(qiáng)度的耐久性和外觀。為保證底座板和道床板的施工重點(diǎn)，使其內(nèi)實(shí)外美，在控制混凝土質(zhì)量的同時(shí)還要對(duì)施工過程加以控制。高性能混凝土雖工作性好，減少了離析現(xiàn)象，但在澆筑過程中，以吊車斗送取代泵送轉(zhuǎn)運(yùn)混凝土，平板振搗器加強(qiáng)振搗，4次抹面，才會(huì)真正減少表面收縮開裂。

表1 底座板、道床板配合比

表2 填充層自密實(shí)配合比

7 高性能混凝土的養(yǎng)護(hù)

阜陽西站無砟軌道底座板和道床板因設(shè)計(jì)要求采用三低一高高性能混凝土，并摻入內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑。通過內(nèi)部養(yǎng)護(hù)減少混凝土收縮，提高混凝土內(nèi)部溫度；通過內(nèi)部調(diào)水提高混凝土內(nèi)部含水量，改善內(nèi)部相對(duì)濕度梯度。因此為混凝土提供內(nèi)部養(yǎng)護(hù)、外部節(jié)水養(yǎng)護(hù)的模具養(yǎng)護(hù)，減少了固體結(jié)構(gòu)的開裂。

8 高性能混凝土的質(zhì)量波動(dòng)

因高性能混凝土原材料質(zhì)量、環(huán)境、施工差異引起的變化，難免會(huì)發(fā)生混凝土的質(zhì)量波動(dòng)。一般來說，原材料來源穩(wěn)定、工藝設(shè)備先進(jìn)、操作人員素質(zhì)高，可以減少混凝土質(zhì)量波動(dòng)，但即使是同一廠家的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品也可能在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。采用“三低一高”的原則配制高性能混凝土，抗裂性好、固體結(jié)構(gòu)裂縫少，可減少高性能混凝土的質(zhì)量波動(dòng)。

9 自密實(shí)混凝土的拌和和灌筑

自密實(shí)混凝土攪拌時(shí)，宜先將粗骨料、細(xì)骨料、水泥、礦物摻合料和其他粉狀物料混入攪拌機(jī)中，拌合時(shí)間不少于30s，然后加入所需水量和摻合料，總拌合時(shí)間不得小于3min?；炷翑嚢枇恳袁F(xiàn)場實(shí)際體積為準(zhǔn)，考慮混凝土罐車來回運(yùn)輸時(shí)間。自密實(shí)混凝土入模前，應(yīng)對(duì)自密實(shí)混凝土的溫度、坍落度膨脹、膨脹時(shí)間、含氣量、泌水量等進(jìn)行檢測，符合要求后方可澆筑。

通過在落料噴嘴和其他澆注孔中的混凝土落下狀態(tài)觀察混凝土流動(dòng)，隨時(shí)檢查軌道板下的混凝土流動(dòng)情況，并在流量差時(shí)調(diào)整混凝土切割速度。澆筑完畢后，及時(shí)清除澆筑漏斗內(nèi)多余的混凝土。自密實(shí)混凝土從開灌注到灌注的持續(xù)時(shí)間不宜超過13min，從加水拌合到灌注結(jié)束不宜超過1.5h。灌注過程中及時(shí)觀察并記錄6塊百分表的讀數(shù)，以確定軌道板的上浮值。灌注完成后3h內(nèi)不得拔出除防溢管及中間灌注管。

10 自密實(shí)混凝土的養(yǎng)護(hù)

在自密實(shí)混凝土達(dá)到終凝后方能拆除壓緊裝置，夏季一般為8～10h，氣溫較低時(shí)宜適當(dāng)延長，以20h左右為宜?；炷敛鹉?qiáng)度不應(yīng)小于12MPa，且?guī)ｐB(yǎng)護(hù)天數(shù)不少于3d。自密實(shí)混凝土模板拆除后，混凝土表面應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù)，灌注孔和觀察孔同樣保濕養(yǎng)護(hù)，自密實(shí)混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于15d。

11 自密實(shí)混凝土的質(zhì)量波動(dòng)

高速鐵路自密實(shí)混凝土差異主要體現(xiàn)在混凝土的拌合物上，混凝土拌合物性能可導(dǎo)致自密實(shí)混凝土硬化體或自密實(shí)混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量缺陷。拌合物性能的常見問題包括拌合物流動(dòng)性不足、離析泌水、氣泡上浮以及工作性能損失快等，這些問題會(huì)對(duì)自密實(shí)混凝土硬化體或者自密實(shí)混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。通過調(diào)整減水劑和砂率來解決在施工過程中出現(xiàn)拌合物流動(dòng)性不足，無法填充整個(gè)模板，可能出現(xiàn)蜂窩狗洞的問題?；炷岭x析、泌水無法灌注，應(yīng)降低減水劑緩凝成分，調(diào)整配合比、控制坍落擴(kuò)展度。灌注后表面出現(xiàn)泡沫層，應(yīng)添加粘度改性材料、調(diào)整配合比。

12 結(jié)束語

在阜陽西站無砟軌道施工過程中，為保證混凝土的耐久性達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從材料源頭的選擇到材料的進(jìn)場管理，建立了嚴(yán)格的控制流程，且混凝土拌和、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)的過程都進(jìn)行了監(jiān)控并提出了要求，相關(guān)人員遵守規(guī)章制度，將工程質(zhì)量理念深入思想，保證責(zé)任落實(shí)到人，盡可能地保證混凝土的質(zhì)量。結(jié)果顯示，現(xiàn)場混凝土表現(xiàn)出良好的施工性能，有效控制了底座板表面無裂紋，混凝土達(dá)到內(nèi)實(shí)外美的效果。阜陽西站無砟軌道施工整體質(zhì)量良好，自密實(shí)混凝土接板試驗(yàn)通過率99%，底座板和道床板外觀達(dá)到了內(nèi)實(shí)外美的效果，得到了監(jiān)理及業(yè)主的一致好評(píng)。