高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土性能研究

高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土性能研究

张志清

中电建路桥集团有限公司

摘要：高速铁路的建设与运营对交通业的发展起着重要的推动作用。作为一种关键性的轨道铺设材料，CRTSⅢ型板式无砟轨道的自密实混凝土在铁路的承载性能和耐久性上具有重要作用。因此，对其性能的研究是不可或缺的。本文将对自密实混凝土材料与检测方法及其质量控制进行研究，旨在为CRTSⅢ型板式无砟轨道的建设提供科学依据。

关键词：高速铁路；CRTSⅢ型板式无砟轨道；自密实混凝土

前言

随着科技的不断进步，铁路建设技术也日新月异。其中，无砟轨道技术已成为高速铁路建设的主流方向。CRTSⅢ型板式无砟轨道是其中的重要代表，其优势在于高平顺性、高稳定性以及长寿命等。然而，如何确保这类无砟轨道的稳定性、耐用性以及安全性，已成为铁路建设的关键问题。本文将重点探讨CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土的性能。

1.材料与方法

1.1试验材料

以潍烟2标项目部无砟轨道施工为依托，正线长度79.288km，路基长度26.672km，占比33.64%；其中区间路基长度23.089km，两座车站长度3.583km，无砟道床铺轨158.127公里（单线）。CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土设计强度等级为C40，表示混凝土的抗压强度为40MPa。同时，自密实混凝土中，配置了单层CRB550级冷轧带肋钢筋焊网，用于增加混凝土的抗拉强度和抗裂性能。

此外，自密实混凝土与底座之间通过限位凹槽进行限位，以传递纵横向力。自密实混凝土层的长度和宽度与轨道板相同，厚度为90mm，形成一个独立的单元结构。CRTSⅢ型板式无砟轨道结构中采用土工布作为中间隔离层，用于隔离混凝土层和底座板，以防止水分渗透和保护底座板。底座板是整个结构的基础承载层，由钢筋混凝土构成，起到支撑轨道和传递轨道荷载的作用。自密实混凝土的流动性指标在不小于8的稠度；填充性，抗离析性小于2%；间隙通过能力一定要；关于表面养护蒸养不少于6min，见表1。

表1 本工程自密实混凝土性能指标要求

1.1.1细骨料

在选择细骨料时，选用了宁城金辉普通中砂，这种砂的特点是颗粒均匀、质地优良。其细度模数为2.6，能够显著提升混凝土的强度和流动性。

1.1.2粗骨料

粗骨料选用凌源来旺5～25mm连续级配碎石，这种碎石具有良好的抗压强度和耐久性，能够有效地提高混凝土的稳定性。

1.1.3矿粉

矿粉选择S95类型矿粉，该矿粉是一种超细高炉矿渣粉，是混凝土的优质掺合料，主要用于增强混凝土的效果。在混凝土中加入S95矿粉可以显著提高混凝土的强度、抗渗性和耐久性，同时还可以降低混凝土的脆性，提高其韧性。

1.1.4引气剂

TL-YQ引气剂是一种高效、多功能的高分子化合物，主要用于混凝土引气剂和减水剂的复配。该产品能够显著提高混凝土的流动性和可泵性，同时还能增强混凝土的抗裂性、耐久性和抗冻性等性能。此外，TL-YQ引气剂还具有较好的适应性和稳定性，可以与其他外加剂相容，并且对钢筋无锈蚀作用。在实际应用中，TL-YQ引气剂可以与各种水泥、砂、石等材料配制成混凝土，并且适用于各种不同的建筑工程，如工业和民用建筑、桥梁、隧道等。在冬季施工时，TL-YQ引气剂还可以有效提高混凝土的抗冻融能力，延长其使用寿命。   

1.1.5减水剂

选用苏州弗克技术股份有限公司所产的聚羧酸减水剂，具有高减水率，能够显著降低混凝土的用水量，从而增强混凝土的强度和耐久性。这种减水剂在各项指标上均符合GB8076—2008的要求，保证了混凝土的性能稳定可靠。此外，该减水剂还具有低掺量、高性价比等优点，可广泛应用于各种混凝土中，如钢筋混凝土、预应力混凝土、防水混凝土等。相较于传统的减水剂，聚羧酸减水剂具有更高的减水率和使用价值，是现代建筑行业的理想选择。

1.2试验方法

1.2.1室内调整自密实混凝土情况分析

实验室在2019.3-20.19.4开始30余次自密混凝土试拌，并且进行多次揭板试验，经过多出揭板试验，即可调整混凝土材料配合比，以便提升混凝土性能，确保工程施工进度与施工质量。

如表2所示，为试拌配合比；表3则为拌合物性能记录分析表。通过对表2，表3进行研究，可针对其中存在的问题及时进行调整。

表2 试验试拌配合比

表3 拌合物性能检测记录

第1盘：混凝土出机时，坍落扩展度为610x620mm，扩展时间To为7.2s，含气量为4%，混凝土表面气泡较多，流动性差，含气量偏大。

针对这些问题，采取调整外加剂配方的措施，即通过改变外加剂的种类和掺量来优化混凝土的性能。通过增加减水剂的掺量，降低混凝土用水量的方式，从而提高混凝土的流动性。同时，减少引气剂的掺量，可在一定程度上降低混凝土的含气量，从而提高混凝土的强度和耐久性。

第2盘：混凝土出机时，把本次坍落扩展度为64x650mm,扩展时间To为6.8s，含气量为7.6%。经过工作人员仔细检查，发现第2盘混凝土表面仍存在一些劣质气泡，流动性也稍显不足，且含气量偏大，无法满足灌板等施工要求。

为解决这些问题，进一步调整外加剂配方，掺加一些具有消泡功能的成分。通过这种方式，我尝试解决混凝土中过大的含气量的问题。

第3盘：混凝土出机时，坍落扩展度达到680x690mm，扩展时间Too为5.4s，含气量为8.2%。然而，这盘混凝土的粘聚性较差，流动性也令人担忧。由于其含气量偏大，混凝土的整体性能仍无法满足施工要求。

为解决这些问题，再次调整外加剂配方。此次我们尝试通过外加剂掺加消泡成分，对混凝土进行处理。

第4盘混凝土出机时，坍落扩展度为650x660mm，扩展时间Too为4.8s，含气量为5.8%。这次混凝土的和易性表现良好，其余各项指标均符合规范要求。

在经过前两次的调整后，对外加剂保坍性能进行微调。微调的主要目的是使外加剂在保持混凝土良好流动性的同时，也能保证其含气量控制在理想的范围内。这样一来，这盘混凝土既具有良好的施工性能，又能满足规范要求，可以更好地应用于实际工程中。随后，在经过10多盘的调整以及测试之后，在室内自密实混凝土均满足后续施工要求。

1.2.2自密实混凝土拌和站试拌调整

在室内试验确定参数下，首先制备1m3砂浆并经过湿润处理，然后制备首批1m3自密实混凝土。当时的环境温度为13℃，混凝土出机温度为15℃，坍落扩展度达到620x630毫米，扩展时间为6.9秒，含气量为5.9%。经过两天调整试验后，混凝土各项指标符合要求，但拌和物黏稠度较高，不便施工。为解决此问题，外加剂引气和消泡成分需调整，同时改善细骨料粒径。砂浆再次经过湿润处理后制备了1m3自密实混凝土，出机温度升至16℃，坍落扩展度扩展到650x660毫米，扩展时间缩短为4.26秒，含气量降至5.38%。

之后连续制备了两批各1m3混凝土，坍落扩展度均达650x660毫米，扩展时间为5.3秒，含气量为5.98%，各项指标满足规范要求。此次拌和站试验调整成功。

2.试验结果

2.1第一次揭板试验结果分析

第一次揭板试验在严格的环境控制条件下进行，共分为三组。其中，第一组严格按照室内及拌和站拌制要求的各项标准进行，旨在为后续的试验提供参照。第二组和第三组则针对之前出现的问题进行了及时的调整。

图1 第一组揭板效果

第一组：在现场检测环节，环境温度被控制在5摄氏度，混凝土入模温度则维持在13摄氏度。结果显示，混凝土的坍落扩展度达到了660x670毫米，扩展时间To为5.3秒，含气量控制在6.1%，并无明显的泌水现象。揭板后表面描述显示，混凝土表面存在工艺气泡过多的现象，并且经过仔细观察发现附近有明显的水痕。

改进措施：

首先，提高混凝土的砂率能够更好地保证混凝土的流动性，同时降低坍落扩展度，从而避免过多的气泡产生。

其次，降低混凝土入模前的扩展度，可以减少混凝土的收缩和开裂风险，提高其稳定性。

最后，减水剂中的保坍组分也有可能导致气泡过多，降低其含量可以增加混凝土的密实度。这些措施的实施有望显著提升混凝土的性能和质量。

第二组：第二组揭板试验的现场检测环境温度为11℃，混凝土入模温度为16℃，坍落扩展度达到650x660mm，扩展时间To为5.5秒，含气量为5.38%，无泌水，环障碍高差为12mmmm，L型仪充填比为1.0。这些参数的变化可能受到多种因素的影响，例如温度、混凝土配合比、外加剂成分等。揭板后，我们发现尽管揭板效果较之前有明显改善，但仍然存在一些微小气泡和局部发泡层等不利因素。

改进措施：

首先，可以密封人料口，并与PVC管严密对接，以减少空气进入混凝土中的机会。其次，可以调整外加剂的引气成分，以降低混凝土的含气量。最后，也可以调整外加剂的组分，以获得更好的混凝土性能。

图2 第二组揭板效果

第三组：验现场检测环境温度为9℃，混凝土入模温度为16℃，坍落扩展度达到620x650mm，扩展时间To为6.7s，含气量为5.47%，无泌水，环障碍高差为14.88mm，L型仪充填比为0.9。

揭板描述：揭板后，自密实混凝土表面外观良好，并且密实度满足相应要求，自密实混凝土色泽均匀，效果非常好。

2.2第二次揭板试验要点分析

2.2.2试验要点

（1）拌和物性能

自密实混凝土的拌和物性能主要包括坍落度和扩展度。在现场揭板试验中，可以观察到混凝土拌和物的流动性和填充性较好，同时具备一定的粘聚性，使得混凝土在运输和浇注过程中不易离析。

（2）流动性及填充性

在现场揭板试验中，可以发现混凝土拌和物在管道中的流动平缓，没有出现离析和泌水现象，填充性能良好。这使得混凝土在浇注过程中能够均匀地填充到模板的每个角落，减少浇注缺陷。

（3）均匀性

在现场揭板试验中，我们可以通过观察发现，自密实混凝土拌和物分布较为均匀，没有出现明显的局部缺陷。而在某些情况下，如密集配筋区域，混凝土拌和物可能分布不均匀，导致浇注困难。

（4）抗压强度

在现场揭板试验中，可以对混凝土芯样进行抗压强度测试，以验证其是否达到设计要求。同时，混凝土的劈裂抗拉强度也是评价其抗裂性能的重要指标。

（5）收缩性能

自密实混凝土的收缩性能主要包括自身收缩和环境收缩。在现场揭板试验中，我们可以观察到自密实混凝土的自身收缩率较低，且收缩速度较为均匀。同时，自密实混凝土的环境收缩率也较低，使得其在使用过程中不易受到环境因素的影响。

在第一次揭板试验基础上进行第二次揭板试验，分析拌合物性能、均匀性、填充性以及抗压强度等。经过技术人员仔细确定，发现砂率为53.88%，含泥量为1.58%。结果显示，混凝土表面无明显气泡，没有泡沫层，并且密实度、均匀性收缩性能满足要求，自密实混凝土所有性能均满足验收要求。

3.讨论

通过对CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土的性能、设计方法及质量控制的研究，可得出以下几点结论： 通过本次结果试验，可以发现影响自密实混凝土拌合物性能主要因素就是细骨料的砂率、细度模数。

研究表明，含砂率在53-55%、细度模数在2.5-2.7之间效果较好。为更好的提升自密实混凝土整体性能，在使用前，工作人员应确保符合要求不同批次原材料之间的均质性，及所有质量大体一致，同批次减水率之差不得超过1%，细骨料含水率不得超过3%。 此外，外在环境也是影响自密实混凝土性能的主要因素，尤其是在北方进行施工时，气候较为干燥并且昼夜温差较大，应确保在灌注、养护期间温度≤10℃。

4结论

研究表明，自密实混凝土具有高流动性、高粘聚性、体积稳定性等特性，能够适应高速铁路的施工环境。并且合理的设计方法和质量控制措施是保证自密实混凝土性能的关键。通过对实际工程案例进行分析，自密实混凝土在高速铁路建设中具有广阔的应用前景。通过不断优化设计方法和质量控制措施，我们有望为高速铁路的建设和发展做出更大的贡献。

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