高铁CRTSⅢ型无砟轨道板高流自密实砼配合比研究

苗江伟MIAO Jiang-wei

（中铁一局集团第四工程有限公司，咸阳 712000）

0 引言

自密实砼用于高铁CRTSⅢ无砟轨道的关键部位，要求其不仅具有高自密性、高自流性（因灌注时土工布阻力大）、高通过性（底板钢筋密集）、高抗离析性和高体积稳定性。由于高铁对自密实砼的质量及性能较普通自密实砼有更高的要求。配合比设计时需考虑更多的复杂因素及性能要求。要求自密实砼同时具有高流动性和极佳的体积稳定性。但流动性与体积稳定性互为矛盾，即胶凝材料、砂率及浆骨比的提高利于改善工作性能，但使砼出现更大收缩变形的不良影响。故本项目还对自密实砼体积稳定性、耐久性进行研究，以确保制备满足CRTSⅢ型无砟轨道使用的高性能自密实砼。

1 工程概况

新建北京至沈阳铁路客运专线（京冀段）JSJJSG-I标段：起讫里程为DK266+900～DK283+961，线路17.061km。采用CRTSⅢ型板式无砟轨道结构，CRTSⅢ型板与底座混凝土之间设计为9cm厚C40自密实混凝土，标段自密实砼共计3839m3。

2 配合比的选定

2.1 自密实混凝土性能要求试验方法

本项目采用二级自密实砼，其性能要求如表1、表2。

表1 自密实砼性能等级及指标

表2 自密实混凝土的性能要求

自密实砼性能试验方法：坍落度扩展度试验检测流动性；V形漏斗试验检测抗离析性；U形箱试验检测间隙通过性；L-800型流动仪检测流动过程保持匀质性的能力、水平向变形能力及速度；且采取目测观察的方式对砼性能进行评价。

2.2 原材料的选用

自密实砼对原材料变化极为敏感，原材料的波动会引起砼拌和物性能及硬化砼性能的改变，进而影响现场自密实砼的灌注施工，自密实砼不仅要求原材料质量有保证，还要求材料质量一定要稳定，材料批与批之间的波动要小，本项目对原材料质量要求如下：

①水泥：水泥选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，混合材宜为矿粉或粉煤灰。

②粉煤灰：粉煤灰对自密实砼和易性及力学指标有重要影响。且粉煤灰脱硝过程易残留硝酸铵，硝酸铵与砼的碱性物质反应，在砼凝结过程会释放氨气，引起硬化砼发泡膨胀，温度高（夏季）时影响不大，温度低时影响大。因此要严格控制粉煤灰质量。加大对进场粉煤灰的检查频率，在满足常规检测的情况下，需辨别是否为脱销粉煤灰：脱销粉煤灰加入热水或与水泥掺和搅拌后往往会出现刺激性氨味。

③细骨料：砂的细度模数一般控制在2.3～2.7之间较为适宜。如果存储条件允许，建议施工所用砂一次进场，以控制砂质量的波动对自密实砼的影响。

④粗骨料：采用5～16mm级配碎石，主要控制含泥量及碎石的级配及粒型。采用球磨型（将加工出来的碎石通过球磨机磨成球粒状），以降低碎石的针片状颗粒总含量及孔隙率，从而改善砼的和易性能，提高砼的强度及密实度。

⑤减水剂及引气剂：由于自密实砼胶材用量大、种类多，选用稳定的优质聚羧酸减水剂，要求具备“生产时先消泡再引气工艺、含气量适宜、保坍性能良好（主要指180min保坍性）”三个方面。

⑥膨胀剂：选用Ⅱ型膨胀剂，确保早期膨胀率不过高，后期膨胀持续时间长，膨胀率回落幅度小。

经对不同的原材料、外加剂进行试验检测，并考虑经济效益。优选表3所列的材料及外加剂进行自密实砼的制备。

表3 使用材料表

2.3 试配方案的选定

根据自密实砼设计明确的使用年限、所处环境条件和强度等级，结合使用的原材料、外加剂及拟采用的现场施工方法，经过计算初步确定4个试配方案列于表4。

表4 初步选定的施工配合比

3 性能检测与分析、研究

3.1 工作性能

在试验室测定4个试配方案拌和物性能指标（坍落扩展度、扩展时间T500、J环障碍高差、L型仪充填比、含气量、泌水率、竖向膨胀率）及硬化体性能指标，各项性能数据列于表5。结果表明，混凝土的工作性能（流动性、泌水率、坍落度等）、硬化体性能（强度等）均符合表2的要求。

表5 冀东水泥试验室试拌及现场灌板试验数据

3.2 体积稳定性

①塑性收缩。

图1为各初选配合比的砼混和物塑性收缩变形-时间曲线图。由图1所看出，4种混合物的塑性收缩变形曲线形状类似，但砼塑性收缩变形率随着矿粉加入量的增加、粉煤灰加入量的减少（掺入粉煤灰+矿粉的总量不变，为186kg）而呈现出降低的趋势。

从图1还可看出，自密实砼在掺入掺膨胀剂后塑性收缩变形由3个阶段组成：1）塑性收缩发展阶段（A阶段），此阶段砼尚未初凝，混合物没有形成能够承载的空间结构，大量砼中自由水分蒸发，使砼产生干缩。2）塑性收缩变形峰值及开始膨胀阶段（B阶段），此阶段的塑性收缩变形达到了峰值后，开始步入膨胀阶段。3）膨胀阶段（C阶段）。砼在膨胀剂的作用下，开始膨胀，即对前两阶段产生的收缩进行补偿，浇筑砼48h时，ZMP-3、ZMP-4配比的砼收缩得到了有效的补偿。当砼龄期超过32h后，其体积膨胀趋缓，即砼凝固后强度提高，对膨胀剂的膨胀效应起到约束作用，确保了自密实砼的体积稳定性。

②抗氯离子渗透性能。

在充填层中需设置1层钢筋网，故对自密实砼的抗氯离子渗透性能有较高要求。4种砼抗氯离子渗透的测试结果列于表6。56d电通量都没有超过1000C，均有较佳的抗氯离子渗透性能。56d电通量与矿物掺合料的多少成反比。是因为矿物掺合料具有火山灰效应，有效改善了砼中孔隙结构，增强了砼的致密性，减少氯离子渗透的通道，增强了砼抗氯离子渗透性能。

表6 不同配合比的自密实砼抗氯离子渗透性能

③抗冻融性能。

浇筑成型后的充填层，仅有4处侧面暴露在外部环境下，即填充层冻融破坏与道路砼相类似，故自密实砼的抗冻融性能采用单边盐冻法来测试。经受28次冻融循环后均能满足技术指标要求，4种砼的砼剥落量分别为992、653、612、197g/m2。均有较强的冻融抗能力。由图2可看出，抗冻融能力与矿物掺合料的多少成正比，也是因为矿物掺合料增强了砼致密性，砼密实度越高，孔隙率也就越低，故抗冻融性能越强。

4 揭板试验

进行现场灌板试验，ZMP-1方案灌注时长12min56s、ZMP-2方案灌注时长12min19s、ZMP-3方案灌注时长10min14s、ZMP-4方案灌注时长18min45s。揭板验证灌注质量如下：

①ZMP-1方案砼表面小气泡及工艺性气泡较多，主要集中在板的两侧及端头，面积≥6cm2气泡面积之和＞4%板总面积，表面有可见的水纹；

②ZMP-2方案揭板后砼表面小气泡及工艺性气泡明显减少，面积≥6cm2气泡面积之和＞1%板总面积，表面有可见的水纹；

③ZMP-3方案揭板后砼表面几乎没有小气泡，工艺性气泡均未超过6cm2，有3个均分别为2cm2、3cm2、2cm2，砼侧面比较光滑未发现有微小的气泡，砼切开断面揭示骨料分布均匀、无上下贯通气孔、蜂窝现象；

④ZMP-4方案灌注时间过长，砼单掺矿粉粘度比较高，不容易灌注。揭板后发现小气泡及工艺性气泡较多。

通过以上比较，项目部会同监理、业主、铁科院咨询专家对ZMP-3方案现场进行了3次灌板，砼灌注顺利，灌板时间均在6～10min之间，砼的性能指标及揭板检测结果均满足《高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土暂行技术条件》中的各项指标要求。

5 确定配合比

ZMP-3方案的自密实砼无论在强度、体积稳定性，还是在灌注质量上均占明显的优势。故本项目采用ZMP-3方案为最终选定的施工配合比，如表7所示。

表7 试验确定施工配合比（kg/m3）

6 结束语

自密实砼不仅要求工作性能、物理性能、揭板质量等指标符合外，还建议对其体积稳定性进行测试，确保符合高铁施工对砼的高性能、高耐久性的要求。本项目优选的配合比在京沈客专I标中得到了成功应用，施工过程中的质量检测及后期持续的质量监测表明效果良好。

在进行自密实砼原材料的选用、配合比设计、过程质量控制的同时，减少因施工过程中砼灌注质量而引起的揭板，为工程建设进度、质量提供优质的保障。同时还充分考虑了施工经济成本。经评估，优选的配合比为企业取得节约171.2万元的经济效果。