连续梁0#块免振捣自充填混凝土应用技术

梅 达

中国铁路南昌局集团有限公司，江西 南昌 330000

随着我国高速铁路的兴建，大量铁路线路需要跨越既有线和江河峡谷，因而铁路桥的需求量逐渐增加，其中连续梁桥因施工缝少、刚度大、行车平顺等优点被广泛使用。连续梁桥按截面形式分为等截面和变截面两种，箱型变截面因抗弯抗扭性能好、整体性强，是大跨度连续梁的主要截面形式。

修建连续梁桥需先浇筑0#块，0#块重量大、预埋件多且钢筋杂，浇筑完成后以0#块为施工平台对称施工其他节段，故0#块的施工质量对后续施工影响较大。由于连续梁0#块的结构特点，使施工存在难以振捣的情况，从而易引起钢筋外漏、蜂窝、麻面等多种病害。

普通混凝土必须经振捣才能排除气泡填充密实，而日本于1986年提出的自充填混凝土无须振捣，其依靠自身重力即可充填密实。相比普通混凝土，自充填混凝土具有以下优点：拌和浇筑过程中依靠自身重力填充模腔，无须机械或人工振捣；初始缺陷较少，尤其是早龄期阶段；耐久性及安全性更高。近年来，自充填混凝土在许多发达国家被广泛应用于土木领域的多种结构中，尤其是在CRTS Ⅲ型板式无砟轨道充填层中。

1 自充填混凝土配制技术

免振捣自充填混凝土所采用的原材料基本与普通混凝土相同，通过特定级配的粗骨料、适当的砂率、较多的胶凝材料及专用的减水剂、黏改剂配合使用，实现屈服剪应力小、保证有一定的黏度用于使骨料与浆体充分结合的目标，同时保证流动性好、抗离析性能强的性能要求。相比普通混凝土，自充填混凝土的配比设计中要考虑的因素更多，成本也更高，但可以通过配合比调整适当降低成本。进行自充填混凝土设计时，需充分考虑工程环境及工程特点，兼顾经济性要求。一般来说，自充填混凝土的配合比设计需满足强度、流动性及耐久性的基本要求。随着自充填混凝土的发展，形成了粉体体系、增黏剂体系和混合体系。现阶段多采用基于骨料间距模型的自充填混凝土配合比设计方法，即通过不同的施工环境及要求，根据经验确定粗细骨料的间距系数，计算相应的粗细骨料体积，由混凝土强度等级确定水灰比，得到计算的初始配合比。自充填混凝土配合比计算过程中需遵循如下几个原则：（1）0.85＜＜1.2。Vw为水的用量，L/m3；Vc+f为胶凝材料的用量，L/m3。（2）170＜Vc+f＜200。（3）粗骨料的用量Vg＜340L/m3。（4）最大粗骨料粒径＜20mm。只有充分考虑各方面因素，得出的配合比才是合理的。

2 自充填混凝土性能评价指标

2.1 工作性能

因为目前没有能全面反映免振捣自充填混凝土的工作性能的方法，所以需通过多种试验评价自充填混凝土的填充性、间隙通过性及抗离析性能，从而获得配合比设计时每一批混凝土的工作性能。为了使测试方法更具有可行性、可依据性及实用性，进而方便推广自充填混凝土应用到更多的工程领域，结合新行的欧洲标准，在现有规范的基础上，对自充填混凝土工作性能评价指标做系统的规定，如表1所示。

表1 自充填混凝土拌和物工作性能评价指标

2.2 力学性能

免振捣自充填混凝土的水胶比低，胶凝材料含量大，同时外加剂尤其是黏改剂的使用会影响自充填混凝土的耐久性能与力学性能。混凝土的力学性能测试通常包括抗拉压强度、收缩徐变及弹性模量。自充填混凝土的抗拉压强度性能必须满足相应的规范要求，收缩徐变与普通混凝土相近或比其更小时才能应用于实际工程中。

（1）抗拉压强度。研究表明，自充填混凝土与普通混凝土采用相同的水胶比时，前者的抗压强度略高，但是两者强度随龄期增长的规律基本一致，满足如下公式：

式中：fc为混凝土抗压强度，MPa；t为混凝土龄期，d；w为水的质量，kg；b为胶材质量，kg。

自充填混凝土的抗拉强度与胶凝材料体积关系不大，故自充填混凝土的抗拉强度并不是必测指标，可按普通混凝土偏安全取用。

（2）弹性模量。自充填混凝土的粉体含量大，砂率较高，相对于普通混凝土而言，其弹性模量会有所降低。但部分研究表明，自充填混凝土的弹性模量与同等强度的普通混凝土基本一致，两者之间的关系如下：

式中：E为混凝土静力受压弹性模量，MPa。

（3）收缩徐变。随着高标号混凝土的使用，混凝土的收缩徐变逐渐得到了重视，其是影响结构耐久性的重要因素。近年来，越来越多超静定结构的修建使收缩徐变的计算成为结构设计与施工控制不可缺少的内容。研究表明，自充填混凝土的收缩徐变值并不比普通混凝土大，在实际工程中无须采用额外的措施去补偿收缩；特殊情况下自充填混凝土的收缩较大时，可添加膨胀剂补偿收缩，以达到施工标准要求。

自充填混凝土的各项力学指标在《铁路混凝土》（TB/T 3275—2018） 中针对不同施工部位做了详细的规定，具体使用时应参照实际施工环境。

3 自充填混凝土的应用

（1）在高速铁路中的应用。我国高速铁路最先使用免振捣自充填混凝土，最先应用于京津城际铁路亦庄车站。亦庄车站2/4#渡线道岔采用C40标号的自充填混凝土，共浇筑2组18号板式无砟道岔；采用重力式灌注方式进行灌注，按每组道岔分别施工。自充填混凝土设计要求扩展度＞700mm，28d抗压强度＞40MPa。另外，京沪高速铁路共16个车站道岔区采用了自充填混凝土；石武客专和京石客专也参照京沪高速铁路自充填混凝土技术要求配制自充填混凝土，指导自充填混凝土施工。

（2）在桥梁中的应用。日本明石海峡大桥全长3910m，为悬索桥，其中2个锚锭采用自充填混凝土，共浇筑49万m3强度为25MPa的自充填混凝土。自充填混凝土的使用使工期提前了20%，该桥2个锚锭的施工工期从2.5年缩短至2年。

连续梁0#块是桥梁的一部分，承受的荷载与高速铁路无砟轨道承受的荷载性质相似，承受的动、静荷载小于无砟轨道中的动、静荷载。自充填混凝土的各项性能指标确保其能成功应用在高速铁路无砟轨道与桥梁的大体积混凝土中，因此自充填混凝土在连续梁0#块中的应用具有可行性，可以有效解决振捣不密实的问题，提高结构的耐久性。

4 结论与展望

（1）通过试验研究和理论分析可以证明，自充填混凝土的力学性能及耐久性能与普通混凝土基本一致，且自充填混凝土在一定程度上耐久性能更优。这意味着普通混凝土的有关规范基本适用于自充填混凝土，从而有助于自充填混凝土的推广。

（2）自充填混凝土应用于连续梁0#块时，因为是充填模腔，所以必须对其流变性能进行深度研究，确保可以充填密实。同时，应借助于流体元软件辅助模拟，从而对自充填混凝土的浇筑施工进行适当优化。

（3）自充填混凝土对于桥梁的施工质量和效率有明显的提高作用，但目前成本较高，因此对其进行充分研究使其成本降低，对自充填混凝土的推广应用具有重要的意义。