無機(jī)納米抗裂減滲劑對無砟軌道道床板混凝土抗裂性能的影響

高貴 劉晶偉 王毅東 杜運(yùn)祥 董蕓 喻幼卿

1.武九鐵路客運(yùn)專線湖北有限責(zé)任公司，武漢 430212；2.中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，西安 710028；3.長江水利委員會長江科學(xué)院，武漢 430010；4.武漢工程大學(xué)，武漢 430070

雙塊式無砟軌道具有施工工藝簡單、建設(shè)成本低、可維修性好等突出優(yōu)點(diǎn)，已在我國高速鐵路建設(shè)中得到大規(guī)模應(yīng)用［1］?；炷灵_裂是雙塊式無砟軌道道床板的主要病害形式，主要表現(xiàn)為軌枕邊角處八字形裂縫、側(cè)面裂縫、橫向裂縫等。道床板混凝土裂縫產(chǎn)生的原因有溫度驟變、水分蒸發(fā)、不均勻沉降等［2］。溫度驟變及水分蒸發(fā)會引起混凝土體積收縮，形成收縮裂縫，不均勻沉降會引起貫穿性裂縫，也稱為結(jié)構(gòu)性裂縫［3］。道床板嚴(yán)重開裂將會導(dǎo)致絕緣節(jié)點(diǎn)失效、混凝土結(jié)構(gòu)破壞、路基下沉等系列問題［4-8］。這些問題不但增加工務(wù)部門的維修工作量，而且直接影響無砟軌道的安全性和耐久性，因此提高道床板混凝土抗裂性能對于保障雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)壽命至關(guān)重要。

本文首先通過室內(nèi)試驗(yàn)對摻入無機(jī)納米抗裂減滲劑（以下簡稱抗裂劑）的混凝土抗裂性能及耐久性能進(jìn)行研究，并在鄭萬（鄭州—萬州）鐵路7 標(biāo)段試驗(yàn)段進(jìn)行了現(xiàn)場澆筑試驗(yàn)，對抗裂劑的抗裂效果進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 室內(nèi)試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥采用華新水泥有限公司的P·O 42.5水泥；粉煤灰為華電襄陽發(fā)電有限公司生產(chǎn)的F 類Ⅱ級粉煤灰；細(xì)骨料和粗骨料均由?？悼h宏鑫建筑材料有限公司生產(chǎn)，細(xì)骨料為機(jī)制中砂；粗骨料為料徑5～20 mm連續(xù)級配碎石；外加劑為山西山大合盛新材料股份有限公司生產(chǎn)的緩凝型聚羧酸系高性能減水劑、武漢天衣新材料有限公司生產(chǎn)的無機(jī)納米抗裂減滲劑；水為自來水。

以鄭萬線7標(biāo)段無砟軌道混凝土設(shè)計(jì)配合比為基準(zhǔn)，摻入膠凝材料用量1%及2%的抗裂劑，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C40。試驗(yàn)配合比見表1。按表1 配合比分別制備A1、A2、及A3三個混凝土試件。

表1 室內(nèi)試驗(yàn)配合比 kg·m-3

1.2 試驗(yàn)依據(jù)

根據(jù)TB∕T 3398—2015《CRTSⅠ型板式無砟軌道混凝土軌道板》進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)。

根據(jù)GB 8076—2008《混凝土外加劑》、T∕ASC 6006—2019《混凝土無機(jī)納米抗裂減滲劑》及CCES 01—2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》等對是否摻入抗裂劑的軌道板混凝土進(jìn)行抗裂性能及耐久性能試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

1.3.1 混凝土絕熱溫升

混凝土的絕熱溫升試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 絕熱溫升試驗(yàn)結(jié)果

由表1 可知：與A1 試件相比，A2 試件絕熱溫升降幅在2.2%～11.9%，A3 試件絕熱溫升降幅在2.9%～14.4%。這說明抗裂劑的加入能夠減輕混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫升程度，有利于抑制溫度裂縫的生成，對混凝土抗裂性能、密實(shí)性能均有所改善。

1.3.2 混凝土電通量

56 d 齡期時A1、A2、A3 試件的電通量分別為1 016、861、789 C。與A1 試件相比，A2、A3 試件電通量分別降低15.26%、22.34%，表明摻入抗裂劑有利于提高混凝土耐久性能。摻入抗裂劑的試件電通量均小于等于1 000 C，滿足TB∕T 3398—2015要求。

1.3.3 混凝土抗裂性能

先采用單個試件測試混凝土抗裂性能，再通過平板抗裂試驗(yàn)測試混凝土抗裂效果。混凝土抗裂性能試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 混凝土抗裂性能試驗(yàn)結(jié)果

由表3 可知：摻入了抗裂劑的A2、A3 試件的抗壓強(qiáng)度與未摻加抗裂劑的A1 試件差別不大，均能滿足C40 混凝土設(shè)計(jì)要求；A2、A3 試件的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值較A1 均有明顯改善，A2、A3 試件抗拉強(qiáng)度比A1 試件分別提高8.48%、11.99%，極限拉伸值比A1試件分別提高11.21%、18.10%；A2、A3試件的收縮率比與A1試件差別不大。

混凝土平板抗裂試驗(yàn)的主要目的是對是否摻入抗裂劑的混凝土抗裂性能進(jìn)行比較。受模板厚度限制，試驗(yàn)時要求剔除粒徑20 mm 的粗骨料，而表1 中粒徑20 mm 的粗骨料占50%以上，為達(dá)到C40 混凝土強(qiáng)度要求以及拌和物的和易性要求，在表1 配合比的基礎(chǔ)上進(jìn)行了調(diào)整（表4），試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表4 混凝土平板抗裂試驗(yàn)配合比

表5 混凝土平板抗裂試驗(yàn)結(jié)果

由表5 可以看出：摻入抗裂劑后平均開裂面積減少3 mm2，每平方米裂縫數(shù)量減少8.3 根，每平方米開裂面積減少64.9 mm2，抗裂性等級由Ⅱ級提高到Ⅰ級［8］，抗裂劑的抗裂效果明顯。

2 現(xiàn)場澆筑試驗(yàn)

根據(jù)表1 的配合比，在鄭萬高速鐵路7 標(biāo)段無砟軌道道床板試驗(yàn)段進(jìn)行了澆筑試驗(yàn)。為了滿足混凝土現(xiàn)場施工要求，對表1 中的用水量及減水劑進(jìn)行了微調(diào)，見表6。

表6 道床板混凝土現(xiàn)場試驗(yàn)配合比 kg·m-3

采用三種配合比澆筑混凝土道床板，澆筑后對道床板表面進(jìn)行了觀察。第1 天及第69 天的情形見圖1。

圖1 三種道床板表面狀態(tài)

由圖1 可見：第1 天時三種道床板表面平整度均好，無裂縫產(chǎn)生；第69 天時，沒摻抗裂劑的C1 道床板表面出現(xiàn)1 條長6 cm 裂縫，摻抗裂劑的B2 和B3 道床板表面沒有出現(xiàn)裂縫。

3 結(jié)論

1）室內(nèi)抗裂性能試驗(yàn)結(jié)果表明：摻入抗裂劑的A2、A3 試件的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值較未摻抗裂劑的A1 試件有明顯改善；A2、A3 試件的抗壓強(qiáng)度、收縮率比與A1試件相差不大，均能滿足C40混凝土設(shè)計(jì)要求。摻入抗裂劑的同時減少了水泥用量，混凝土的抗裂性能及耐久性能仍有所改善，絕熱溫升也有所降低，有利于道床板施工時采取溫控措施。混凝土平板抗裂試驗(yàn)結(jié)果表明：摻入抗裂劑后道床板混凝土抗裂性等級由Ⅱ級提高到Ⅰ級?？梢姡沽褎┑目沽研Ч黠@。

2）室內(nèi)耐久性能試驗(yàn)結(jié)果表明：56 d 齡期時A2、A3 試件電通量分別比A1 試件降低15.26%、22.34%，摻入抗裂劑有利于提高混凝土耐久性能。

3）現(xiàn)場澆筑試驗(yàn)結(jié)果表明：第69天時摻入抗裂劑的兩塊道床板表面均未見裂紋及裂縫，未摻入抗裂劑的道床板表面發(fā)現(xiàn)了少量明顯的八字形裂縫，說明摻入抗裂劑對混凝土道床板抗裂性能有明顯改善效果。