高鐵CRTSⅢ型無砟軌道板高流自密實(shí)砼配合比研究

苗江偉MIAO Jiang-wei

（中鐵一局集團(tuán)第四工程有限公司，咸陽 712000）

0 引言

自密實(shí)砼用于高鐵CRTSⅢ無砟軌道的關(guān)鍵部位，要求其不僅具有高自密性、高自流性（因灌注時(shí)土工布阻力大）、高通過性（底板鋼筋密集）、高抗離析性和高體積穩(wěn)定性。由于高鐵對(duì)自密實(shí)砼的質(zhì)量及性能較普通自密實(shí)砼有更高的要求。配合比設(shè)計(jì)時(shí)需考慮更多的復(fù)雜因素及性能要求。要求自密實(shí)砼同時(shí)具有高流動(dòng)性和極佳的體積穩(wěn)定性。但流動(dòng)性與體積穩(wěn)定性互為矛盾，即膠凝材料、砂率及漿骨比的提高利于改善工作性能，但使砼出現(xiàn)更大收縮變形的不良影響。故本項(xiàng)目還對(duì)自密實(shí)砼體積穩(wěn)定性、耐久性進(jìn)行研究，以確保制備滿足CRTSⅢ型無砟軌道使用的高性能自密實(shí)砼。

1 工程概況

新建北京至沈陽鐵路客運(yùn)專線（京冀段）JSJJSG-I標(biāo)段：起訖里程為DK266+900～DK283+961，線路17.061km。采用CRTSⅢ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，CRTSⅢ型板與底座混凝土之間設(shè)計(jì)為9cm厚C40自密實(shí)混凝土，標(biāo)段自密實(shí)砼共計(jì)3839m3。

2 配合比的選定

2.1 自密實(shí)混凝土性能要求試驗(yàn)方法

本項(xiàng)目采用二級(jí)自密實(shí)砼，其性能要求如表1、表2。

表1 自密實(shí)砼性能等級(jí)及指標(biāo)

表2 自密實(shí)混凝土的性能要求

自密實(shí)砼性能試驗(yàn)方法：坍落度擴(kuò)展度試驗(yàn)檢測(cè)流動(dòng)性；V形漏斗試驗(yàn)檢測(cè)抗離析性；U形箱試驗(yàn)檢測(cè)間隙通過性；L-800型流動(dòng)儀檢測(cè)流動(dòng)過程保持勻質(zhì)性的能力、水平向變形能力及速度；且采取目測(cè)觀察的方式對(duì)砼性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2 原材料的選用

自密實(shí)砼對(duì)原材料變化極為敏感，原材料的波動(dòng)會(huì)引起砼拌和物性能及硬化砼性能的改變，進(jìn)而影響現(xiàn)場(chǎng)自密實(shí)砼的灌注施工，自密實(shí)砼不僅要求原材料質(zhì)量有保證，還要求材料質(zhì)量一定要穩(wěn)定，材料批與批之間的波動(dòng)要小，本項(xiàng)目對(duì)原材料質(zhì)量要求如下：

①水泥：水泥選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，混合材宜為礦粉或粉煤灰。

②粉煤灰：粉煤灰對(duì)自密實(shí)砼和易性及力學(xué)指標(biāo)有重要影響。且粉煤灰脫硝過程易殘留硝酸銨，硝酸銨與砼的堿性物質(zhì)反應(yīng)，在砼凝結(jié)過程會(huì)釋放氨氣，引起硬化砼發(fā)泡膨脹，溫度高（夏季）時(shí)影響不大，溫度低時(shí)影響大。因此要嚴(yán)格控制粉煤灰質(zhì)量。加大對(duì)進(jìn)場(chǎng)粉煤灰的檢查頻率，在滿足常規(guī)檢測(cè)的情況下，需辨別是否為脫銷粉煤灰：脫銷粉煤灰加入熱水或與水泥摻和攪拌后往往會(huì)出現(xiàn)刺激性氨味。

③細(xì)骨料：砂的細(xì)度模數(shù)一般控制在2.3～2.7之間較為適宜。如果存儲(chǔ)條件允許，建議施工所用砂一次進(jìn)場(chǎng)，以控制砂質(zhì)量的波動(dòng)對(duì)自密實(shí)砼的影響。

④粗骨料：采用5～16mm級(jí)配碎石，主要控制含泥量及碎石的級(jí)配及粒型。采用球磨型（將加工出來的碎石通過球磨機(jī)磨成球粒狀），以降低碎石的針片狀顆?？偤考翱紫堵?，從而改善砼的和易性能，提高砼的強(qiáng)度及密實(shí)度。

⑤減水劑及引氣劑：由于自密實(shí)砼膠材用量大、種類多，選用穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)聚羧酸減水劑，要求具備“生產(chǎn)時(shí)先消泡再引氣工藝、含氣量適宜、保坍性能良好（主要指180min保坍性）”三個(gè)方面。

⑥膨脹劑：選用Ⅱ型膨脹劑，確保早期膨脹率不過高，后期膨脹持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，膨脹率回落幅度小。

經(jīng)對(duì)不同的原材料、外加劑進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，并考慮經(jīng)濟(jì)效益。優(yōu)選表3所列的材料及外加劑進(jìn)行自密實(shí)砼的制備。

表3 使用材料表

2.3 試配方案的選定

根據(jù)自密實(shí)砼設(shè)計(jì)明確的使用年限、所處環(huán)境條件和強(qiáng)度等級(jí)，結(jié)合使用的原材料、外加劑及擬采用的現(xiàn)場(chǎng)施工方法，經(jīng)過計(jì)算初步確定4個(gè)試配方案列于表4。

表4 初步選定的施工配合比

3 性能檢測(cè)與分析、研究

3.1 工作性能

在試驗(yàn)室測(cè)定4個(gè)試配方案拌和物性能指標(biāo)（坍落擴(kuò)展度、擴(kuò)展時(shí)間T500、J環(huán)障礙高差、L型儀充填比、含氣量、泌水率、豎向膨脹率）及硬化體性能指標(biāo)，各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)列于表5。結(jié)果表明，混凝土的工作性能（流動(dòng)性、泌水率、坍落度等）、硬化體性能（強(qiáng)度等）均符合表2的要求。

表5 冀東水泥試驗(yàn)室試拌及現(xiàn)場(chǎng)灌板試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2 體積穩(wěn)定性

①塑性收縮。

圖1為各初選配合比的砼混和物塑性收縮變形-時(shí)間曲線圖。由圖1所看出，4種混合物的塑性收縮變形曲線形狀類似，但砼塑性收縮變形率隨著礦粉加入量的增加、粉煤灰加入量的減少（摻入粉煤灰+礦粉的總量不變，為186kg）而呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。

從圖1還可看出，自密實(shí)砼在摻入摻膨脹劑后塑性收縮變形由3個(gè)階段組成：1）塑性收縮發(fā)展階段（A階段），此階段砼尚未初凝，混合物沒有形成能夠承載的空間結(jié)構(gòu)，大量砼中自由水分蒸發(fā)，使砼產(chǎn)生干縮。2）塑性收縮變形峰值及開始膨脹階段（B階段），此階段的塑性收縮變形達(dá)到了峰值后，開始步入膨脹階段。3）膨脹階段（C階段）。砼在膨脹劑的作用下，開始膨脹，即對(duì)前兩階段產(chǎn)生的收縮進(jìn)行補(bǔ)償，澆筑砼48h時(shí)，ZMP-3、ZMP-4配比的砼收縮得到了有效的補(bǔ)償。當(dāng)砼齡期超過32h后，其體積膨脹趨緩，即砼凝固后強(qiáng)度提高，對(duì)膨脹劑的膨脹效應(yīng)起到約束作用，確保了自密實(shí)砼的體積穩(wěn)定性。

②抗氯離子滲透性能。

在充填層中需設(shè)置1層鋼筋網(wǎng)，故對(duì)自密實(shí)砼的抗氯離子滲透性能有較高要求。4種砼抗氯離子滲透的測(cè)試結(jié)果列于表6。56d電通量都沒有超過1000C，均有較佳的抗氯離子滲透性能。56d電通量與礦物摻合料的多少成反比。是因?yàn)榈V物摻合料具有火山灰效應(yīng)，有效改善了砼中孔隙結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了砼的致密性，減少氯離子滲透的通道，增強(qiáng)了砼抗氯離子滲透性能。

表6 不同配合比的自密實(shí)砼抗氯離子滲透性能

③抗凍融性能。

澆筑成型后的充填層，僅有4處側(cè)面暴露在外部環(huán)境下，即填充層凍融破壞與道路砼相類似，故自密實(shí)砼的抗凍融性能采用單邊鹽凍法來測(cè)試。經(jīng)受28次凍融循環(huán)后均能滿足技術(shù)指標(biāo)要求，4種砼的砼剝落量分別為992、653、612、197g/m2。均有較強(qiáng)的凍融抗能力。由圖2可看出，抗凍融能力與礦物摻合料的多少成正比，也是因?yàn)榈V物摻合料增強(qiáng)了砼致密性，砼密實(shí)度越高，孔隙率也就越低，故抗凍融性能越強(qiáng)。

4 揭板試驗(yàn)

進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)灌板試驗(yàn)，ZMP-1方案灌注時(shí)長(zhǎng)12min56s、ZMP-2方案灌注時(shí)長(zhǎng)12min19s、ZMP-3方案灌注時(shí)長(zhǎng)10min14s、ZMP-4方案灌注時(shí)長(zhǎng)18min45s。揭板驗(yàn)證灌注質(zhì)量如下：

①ZMP-1方案砼表面小氣泡及工藝性氣泡較多，主要集中在板的兩側(cè)及端頭，面積≥6cm2氣泡面積之和＞4%板總面積，表面有可見的水紋；

②ZMP-2方案揭板后砼表面小氣泡及工藝性氣泡明顯減少，面積≥6cm2氣泡面積之和＞1%板總面積，表面有可見的水紋；

③ZMP-3方案揭板后砼表面幾乎沒有小氣泡，工藝性氣泡均未超過6cm2，有3個(gè)均分別為2cm2、3cm2、2cm2，砼側(cè)面比較光滑未發(fā)現(xiàn)有微小的氣泡，砼切開斷面揭示骨料分布均勻、無上下貫通氣孔、蜂窩現(xiàn)象；

④ZMP-4方案灌注時(shí)間過長(zhǎng)，砼單摻礦粉粘度比較高，不容易灌注。揭板后發(fā)現(xiàn)小氣泡及工藝性氣泡較多。

通過以上比較，項(xiàng)目部會(huì)同監(jiān)理、業(yè)主、鐵科院咨詢專家對(duì)ZMP-3方案現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了3次灌板，砼灌注順利，灌板時(shí)間均在6～10min之間，砼的性能指標(biāo)及揭板檢測(cè)結(jié)果均滿足《高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實(shí)混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》中的各項(xiàng)指標(biāo)要求。

5 確定配合比

ZMP-3方案的自密實(shí)砼無論在強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性，還是在灌注質(zhì)量上均占明顯的優(yōu)勢(shì)。故本項(xiàng)目采用ZMP-3方案為最終選定的施工配合比，如表7所示。

表7 試驗(yàn)確定施工配合比（kg/m3）

6 結(jié)束語

自密實(shí)砼不僅要求工作性能、物理性能、揭板質(zhì)量等指標(biāo)符合外，還建議對(duì)其體積穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試，確保符合高鐵施工對(duì)砼的高性能、高耐久性的要求。本項(xiàng)目?jī)?yōu)選的配合比在京沈客專I標(biāo)中得到了成功應(yīng)用，施工過程中的質(zhì)量檢測(cè)及后期持續(xù)的質(zhì)量監(jiān)測(cè)表明效果良好。

在進(jìn)行自密實(shí)砼原材料的選用、配合比設(shè)計(jì)、過程質(zhì)量控制的同時(shí)，減少因施工過程中砼灌注質(zhì)量而引起的揭板，為工程建設(shè)進(jìn)度、質(zhì)量提供優(yōu)質(zhì)的保障。同時(shí)還充分考慮了施工經(jīng)濟(jì)成本。經(jīng)評(píng)估，優(yōu)選的配合比為企業(yè)取得節(jié)約171.2萬元的經(jīng)濟(jì)效果。