CRTSⅢ型軌道板表面氣泡問(wèn)題分析與改進(jìn)措施

桑發(fā)偉 田川嶺 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司工程質(zhì)量監(jiān)督站

鹽通高速鐵路建設(shè)全線(xiàn)約156.686 km，設(shè)計(jì)CRTSⅢ型軌道板共計(jì)53 794 塊。CRTSⅢ板軌道板作為高鐵板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)最重要的組成部分，在預(yù)制建設(shè)的過(guò)程中，要高度關(guān)注軌道板的外觀質(zhì)量和表面氣泡問(wèn)題，這部分施工存在著較為關(guān)鍵性作用，通常情況下，要選擇合理的生產(chǎn)措施，減少軌道板表面氣泡，提高軌道板外觀質(zhì)量，真正保障工程建設(shè)能夠得到順利的進(jìn)行，進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)高鐵建設(shè)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，因此要給予高度的重視。

1 軌道板表面氣泡問(wèn)題描述

圖1 、圖2 混凝土表面氣泡問(wèn)題

表1 混凝土氣泡統(tǒng)計(jì)表

鹽通鐵路軌道板場(chǎng)前期生產(chǎn)過(guò)程中抽取50 塊軌道板進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分軌道板側(cè)面（圖1）和正面有小氣泡現(xiàn)象（圖2），并經(jīng)測(cè)量統(tǒng)計(jì)，氣泡長(zhǎng)度大小不一，正面氣泡分部不均，側(cè)面氣泡一般分布在中上部且個(gè)別氣泡深度超出規(guī)范要求，具體分布及大小統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1。

2 軌道板表面氣泡產(chǎn)生原因

軌道板表面氣泡的產(chǎn)生是因?yàn)榛炷粱旌衔飪?nèi)部氣體在澆筑時(shí)，未完全排出并依附在模板上，而形成氣泡或模板上殘留的水、污漬拆模后形成的孔。氣泡的產(chǎn)生與混凝土內(nèi)部材料構(gòu)成(即混凝土自身的含氣量)、混凝土坍落度、混凝土攪拌、振搗施工方法等有重要關(guān)系。

3 軌道板表面氣泡危害

當(dāng)混凝土表面出現(xiàn)的氣泡大于規(guī)范要求時(shí)，則會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生以下影響：

①減少混凝土斷面體積，降低混凝土強(qiáng)度。②減少混凝土鋼筋保護(hù)層的有效厚度，加速表面碳化，降低混凝土耐腐蝕性。③影響混凝土軌道板的外觀質(zhì)量。

4 解決及預(yù)防措施

4.1 科學(xué)合理設(shè)計(jì)混凝土配合比

混凝土配合比設(shè)計(jì)是混凝土工程中很重要的一項(xiàng)工作，混凝土原材料的選取及混凝土的出機(jī)狀態(tài)，直接影響到混凝土的順利施工和混凝土工程的質(zhì)量。

4.1.1 混凝土配合比及原材料選擇

根據(jù)骨料級(jí)配密實(shí)原理，在施工過(guò)程中，要使用本身級(jí)配合理、含泥量合格的材料，碎石中針片狀顆料含量要符合要求，在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)際使用砂率與試驗(yàn)室測(cè)定的砂率相同，此時(shí)細(xì)骨料足以填充粗骨料之間的空隙，減少產(chǎn)生氣泡的自由空隙?；炷林锌杉尤脒m當(dāng)?shù)男滦蛽胶狭希ㄅ浜媳?）。新型摻合料與普通摻合料相比主要成分由粉煤灰、硅灰、礦渣粉等細(xì)度更小的粉末組成，形成的膠凝材料能更好的填塞水泥未補(bǔ)充密實(shí)的空隙，減少氣泡的產(chǎn)生，且新型摻合料對(duì)凝土流動(dòng)性、黏聚性、降低坍落度損失的工作性能有顯著提高，并對(duì)混凝土早期強(qiáng)度有明顯提高（見(jiàn)表2）。

表2 軌道板混凝土試驗(yàn)配合比（kg/m3）

從配合比設(shè)計(jì)上控制減水劑的摻量在滿(mǎn)足施工要求坍落度的情況下，使混凝土中的含氣量控制在2%～4%以?xún)?nèi)。原材料上控制減水劑的質(zhì)量和含量對(duì)混凝土表面產(chǎn)生的氣泡有著本質(zhì)的影響。減水劑選擇上，宜選用低敏感且適應(yīng)性好的高性能減水劑。復(fù)配上采用“先消后引”的方案（配合比2），即在減水劑中合理?yè)郊酉輨┖鸵龤鈩?，從而有利于混凝土中氣泡的消除與排出。在滿(mǎn)足施工要求前提下，達(dá)到混凝土和易性、粘聚性、包裹性的優(yōu)異性能。原材料中減水劑的產(chǎn)品性能對(duì)混凝土表面產(chǎn)生的氣泡有著本質(zhì)的影響。針對(duì)CRTSⅢ型軌道板使用的C60高性能混凝土要選用氣泡小、分布均勻穩(wěn)定的減水劑。

為考察兩種配合比混凝土的擴(kuò)展充填性能、力學(xué)性能、收縮徐變性能、電通量、氯離子擴(kuò)散系數(shù)和抗凍性能進(jìn)行了試驗(yàn)比較，經(jīng)測(cè)試，擴(kuò)展充填性能配合比2混凝土試件單位面積內(nèi)的氣孔面積小于配合比1。力學(xué)性能混凝土的強(qiáng)度沒(méi)有明顯變化。兩個(gè)配合比的混凝土徐變系數(shù)變化趨勢(shì)相近，兩個(gè)配合比混凝土的耐久性基本相當(dāng)，都能滿(mǎn)足CRTS Ⅲ型軌道板混凝土技術(shù)條件的相關(guān)要求。

4.1.2 控制混凝土拌合物坍落度

軌道板采用C60 混凝土配合比，設(shè)計(jì)坍落度為60 mm～100 mm，混凝土具有較高粘聚性，在振動(dòng)過(guò)程中本身氣泡不宜排出。在配合比設(shè)計(jì)和試生產(chǎn)期間分別拌制不同坍落度混凝土進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，如表3。

表3 混凝土坍落度對(duì)比試驗(yàn)

經(jīng)實(shí)踐證明，在相同混凝土原材料、相同攪拌方式及振動(dòng)頻率下，當(dāng)混凝土入模坍落度在80 mm～100 mm 時(shí)，C60混凝土狀態(tài)較好，有害氣泡能有效排出，脫模后軌道板小氣泡較少（見(jiàn)圖3、圖4）。

圖3 坍落度60 mm軌道板氣泡較多

圖4 坍落度80 mm軌道板氣泡較少

4.2 混凝土拌和

混凝土中的氣體除了極少量來(lái)自材料內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)，大部分內(nèi)部氣體主要是通過(guò)物理過(guò)程混入的，在混凝土的現(xiàn)場(chǎng)拌和過(guò)程中，一方面能混入一些氣體，如在下料過(guò)程、出料過(guò)程及拌和過(guò)程；但另一方面，拌和可以使集料的空隙減少，排出一部分氣體?？偟恼f(shuō)來(lái)，排出的氣體遠(yuǎn)小于混入的氣體，其二者之差受拌和方式、時(shí)間的影響較大。經(jīng)實(shí)踐證明，CRTSⅢ型軌道板混凝土攪拌時(shí)，需按下列順序投料：細(xì)骨料--→粗骨料--→水泥--→摻合料--→再加入減水劑和所需用水量。夏季施工溫度較高，攪拌時(shí)間短則混凝土攪拌不均勻，過(guò)長(zhǎng)則導(dǎo)致混凝土保坍性能大大降低，從而影響混凝土工作狀態(tài)，所以夏季施工攪拌時(shí)間約150 s，冬季施工氣溫較低，水泥的水化速率也會(huì)降低，所以將攪拌時(shí)間延長(zhǎng)為180 s，可保證混凝土攪拌均勻，澆筑過(guò)程中有利于氣泡排出，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工。

4.3 優(yōu)化振搗臺(tái)結(jié)構(gòu)

混凝土內(nèi)部氣泡的產(chǎn)生主要與混凝土的內(nèi)部組成有關(guān)，而混凝土氣體的排出主要依靠振搗。振搗可使骨料之間，骨料與漿液之間相互填實(shí)，將空氣和游離水?dāng)D壓出來(lái)，使混凝土密實(shí)。振搗效果直接關(guān)系到混凝土表面氣泡的多少。

CRTSⅢ型軌道板屬薄壁混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)斷面尺寸較小，截面變化處振搗氣泡不宜逸出，采用板式頂升振搗臺(tái)（如圖6）代替箱式頂升振搗臺(tái)（如圖5），在采用相同高頻振搗器，且振搗頻率保持在115 Hz不變的情況下，可以縮短振搗器與模具接觸空間，減少振搗力傳遞距離和激振力損失，同時(shí)擴(kuò)大振搗器有效振搗半徑，保證初始振動(dòng)作用效果。經(jīng)實(shí)踐證明，相同坍落度、相同振搗頻率下板式頂升振搗臺(tái)作業(yè)時(shí)振搗力傳遞效果更好，混凝土隨振搗臺(tái)振動(dòng)更易流動(dòng)，氣泡排出效果更好，持續(xù)跟蹤觀察脫模后軌道板表面氣泡更少。

圖5 箱式振搗臺(tái)

圖6 板式振搗臺(tái)

4.4 分層布料控制每層布料厚度

施工中，混凝土布料厚度直接影響混凝土氣泡排出效果?；炷练謱硬剂虾穸仍胶?，排出氣體的行程越長(zhǎng)，越不利于混凝土中氣泡的排出，相反混凝土布料越合理軌道板混凝土外觀質(zhì)量就會(huì)越好，軌道板生產(chǎn)前，通過(guò)以下布料方案進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，如表4。

表4 混凝土分層布料厚度試驗(yàn)

經(jīng)實(shí)踐證明，按照方案2 軌道板混凝土澆筑過(guò)程分3 層布料振搗，首層布料100 mm，第二層80 mm，第三層20 mm 找平?？蓽p小混凝土中氣泡行程距離，快速有效排除氣泡，減少混凝土表面氣泡，既能夠有效排出氣泡又能滿(mǎn)足流水機(jī)組法生產(chǎn)線(xiàn)流水節(jié)拍，保證施工生產(chǎn)效率和軌道板產(chǎn)品外觀質(zhì)量（見(jiàn)圖7、圖8）。

圖7 布料軌道板氣泡較多

圖8 軌道板氣泡較少

4.5 分層控制振搗時(shí)間

施工中，振搗操作手的操作對(duì)混凝土出現(xiàn)氣泡的多少有一定關(guān)聯(lián)。通常說(shuō)，一般振搗時(shí)間越長(zhǎng)，振搗越充分，混凝土內(nèi)部氣體排出越徹底，但過(guò)度長(zhǎng)時(shí)間振搗會(huì)使混土內(nèi)部粗集料下沉，水泥凈漿上浮，易形成泌水、分層、離析現(xiàn)象，使軌道板背部浮漿過(guò)多，甚至造成軌道板強(qiáng)度不足產(chǎn)生開(kāi)裂；而振搗時(shí)間過(guò)短，將無(wú)法使混凝土內(nèi)部和吸附在模板上的氣體和游離水徹底地排出?；炷琳駬v越充分，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)就會(huì)越密實(shí)，合理控制振搗時(shí)間，則混凝土內(nèi)部的氣泡就越少。

為了更加科學(xué)合理制定每層混凝土振搗時(shí)間，可通過(guò)以下對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，如表5。

表5 混凝土分層振搗試驗(yàn)

經(jīng)實(shí)踐證明，第2 方案外觀良好，個(gè)別點(diǎn)有微小氣泡；按照方案2，振搗時(shí)間前2 層每層120 s，第3 層為10 s 為最佳振搗時(shí)間。通過(guò)振搗時(shí)間控制，保證各層混凝土得到持續(xù)充分的振動(dòng)，使粗細(xì)骨料盡可能相互緊密靠攏，從而將混凝土攪拌過(guò)程中無(wú)法自逸的氣泡擠壓排除（見(jiàn)圖9、圖10）。

圖9 方案1、3軌道板氣泡較多

圖10 方案2軌道板氣泡少

5 結(jié)束語(yǔ)

上述分析得出，軌道板表面氣泡產(chǎn)生并非單一因素導(dǎo)致，解決的方法也不是一成不變的，應(yīng)該具體問(wèn)題具體分析。鹽通鐵路軌道板場(chǎng)在高速鐵路CRTSⅢ型軌道板預(yù)制施工過(guò)程中，通過(guò)優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)和振搗臺(tái)結(jié)構(gòu)，明確坍落度（80 mm～100 mm）、拌合時(shí)間、布料厚度（第一層100 mm，第二層80 mm，第三層20 mm）和分層振搗時(shí)間（前2 層每層120 s，第3 層為10 s），經(jīng)持續(xù)跟蹤觀察統(tǒng)計(jì)，有效將軌道板整體小氣泡減少了90%以上，且軌道板承軌部位和其它部位混凝土表面氣泡大小均控制在長(zhǎng)度≤10 mm、深度≤2 mm 以?xún)?nèi)。有效減少了軌道板表面小氣泡，保證了軌道板產(chǎn)品外觀質(zhì)量的同時(shí)，使混凝土具有更好的耐久性和使用壽命。