中铁十七局第三工程有限公司
摘要：CRTSIII板式无砟轨道为我国完全自主知识产权轨道结构形式，是以后无砟轨道发展方向，自密实混凝土填充性能是整个施工最为重要环节，通过揭板实验和施工现场数据反馈不断完善施工配合比和施工工艺，对自密实混凝土在无砟轨道中应用具有指导意义。
关键词：自密实混凝土；扩展度；黏度改性材料；砂率；级配
1.前言
自密实混凝土是指拌合物具有高流动性、间隙通过性和抗离析性，浇筑时仅靠自重作用而无需振捣便能均匀填充密实成型的高性能混凝土。
自密实混凝土的性能包括自密实混凝土的拌合物性能与自密实混凝土的硬化体性能。配合比中胶凝材料用量、粗细骨料的级配、外加剂的减水率及稳定性和黏度改性材料的掺量都会对自密实混凝土的流动性、填充性和抗离析性。
本文主要根据规范选择原材料，通过试验室内配合比的验证和调整，现场工艺性灌注和揭板效果分析，对施工配比进行优化，对灌注工艺进行改进。
2.概述
新建郑徐客专ZXSD标商丘特大桥，起讫里程为商丘特大桥DK171+888.285～DK189+456.55，全长17.568km，曲线最大超高105mm。CRTSⅢ型轨道板分为P5600、P4925、P4856、特殊调节板四种尺寸，为了能全面掌握CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土填充性能，采用线下揭板实验和桥上揭板结合的方式，工程技术人员全过程跟踪。首次拌制混凝土配合比采用中国铁道科学研究院配合比，工装采用湖南华测轨道交通公司提供工装。
3.原材料
3.1矿粉
本试验采用的是河南亚新钢铁集团有限公司生产的矿渣粉，化学组成见表1。
表1 矿粉的化学组成/%
3.2 黏度改性材料
本文试验采用的TZ-IV型黏度改性材料为铁科院研制，武汉比邻科技发展有限公司生产。黏度改性材料的化学成份见表2。
表2 黏黏改化学成分组成/%
黏度改性材料为铁科院研发，为调整自密实混凝土松散度和包裹性的新型材料。对自密实混凝土出现的轻微包裹性差，每方用量增加2Kg黏改可改善混凝土包裹和松散状态。对自密实混凝土状态较差，仅提高黏改效果不明显。
3.3 粉煤灰
本试验采用开封京宇电力有限公司生产的粉煤灰，化学成分组成见表3。
表3 粉煤灰化学成分组成/%
粉煤灰作为掺合料的一种，对自密实混凝土影响较大。由于现在对粉煤灰厂环境保护的要求，大部分电厂在发电时对煤进行了脱硝处理，导致自密实混凝土在静置时有气泡溢出。由于试验室对此项指标无法检测，对质量较差的粉煤灰会导致灌注的III板出现泡沫层现象。
对自密实混凝土用粉煤灰的烧失量一定要严格把关，如周围没有合适的粉煤灰，可与铁科院联系设计无粉煤灰的自密实配合比。
3.4 粗集料
粗骨料应选用粒形良好、质地坚固、线胀系数小的洁净碎石、碎卵石或卵石。粗骨料宜采用二级配骨料混配而成，最大公称粒径不宜大于16mm，针片状颗粒含量不大于5%，含泥量不大于0..5%，其他性能应符合TB/T3275D规定。本厂采用安徽萧县皇峪碎采石场生产的碎石，针片状石粒含量低于5%，压碎指标9.2%，符合5~16mm连续粒级级配。
自密实用碎石为5-10mm和10-16mm，由于粒径偏小，含泥量易超标。除对混合级配要严格要求外，粗骨料的针片状也是关键因素。针片状多，混凝土包裹性差容易泌浆，灌板易出现泡沫层。
考虑到两级配对施工要求高，也可采用5-16mm单级配的碎石。碎石每粒径的级配不应在规范要求边缘，不可断档。
3.5 细集料
细骨料应选用级配合理、质地坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然河砂，也可选用采用专门机组生产的机制砂，不得使用海砂。细骨料的细度模数不大于2.7，含泥量（按质量计）不大于2.0%，其他性能符合TB/T3275的规定。
本试验用砂为信阳罗山砂场中砂，细度模数为2.6，含泥量1.6%。
砂对自密实混凝土影响很大，要根据进场的砂细度模数调整砂率，确保混凝土状态。
自密实混凝土对砂的细度要求较窄为2.3-2.7，建议采用2.3-2.5之间的中细砂，可提高混凝土的粘聚性不易发散，切不可为到达细度将不同细度的砂子混掺。
有些地方的砂子由于本质原因，会出现混凝土状态损失过快现象，严格杜绝此类砂与自密实用砂的混掺和进场。
3.6 外加剂
减水剂应选用品质稳定且能明显提高自密实混凝土耐久性能的高性能减水剂，减水剂和引气剂与水泥及矿物掺合料之间应具有良好的相容性，其性能应符合TB/T3275的规定。
本试验采用北京建恺混凝土外加剂有限公司生产的缓凝型减水剂和引气剂。
外加剂在自密实混凝土中扮演及其重要的角色，由于自密实混凝土用原材料多，尤其是胶材多，对外加剂的适应性要求很高。除最基本的保坍2h外，对混凝土和易性和工作性提出了更高的要求。
对于混凝土的保坍2h，有些外加剂厂家中添加较多的缓释成份来弥补混凝土的损失。尤其在温度降低时，要及时调整外加剂的配方。避免混凝土在浇筑后发生反应泌浆，产生泡沫层。
3.7 膨胀剂
膨胀剂应选用性能符合GB23439规定的II型膨胀剂。本试验采用江苏苏博特新材料有限公司生产的HME-IV型膨胀剂。
根据自密实混凝土要求高的特点，对自密实混凝土用原材料提出更高的要求。除满足规范要求外，原材料的稳定性也是重中之重。
4.自密实混凝土试验室内验证与调整
4.1 铁科院配合比试拌
根据铁科院提供配合比进行首次试拌，理论配合比见表4
表4 自密实混凝土工艺性试验理论配合比
4.2 试验方法
自密实混凝土的性能检测依据TJ/GW112-2013规范要求试验，强度测试依据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，在试验过程中连续均匀地加荷，速率取每秒钟0.8～1.0MPa。
4.3 试验结果与分析
25L自密实混凝土性能的试验结果如表5所示。
表5 自密实混凝土性能试验结果
经试验各项试验检测指标均能满足要求，在试验室进行小型模拟试灌揭板效果较理想，气泡较少。
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自密实混凝土配比试验室调整优化前后灌注效果对比
5.现场工艺性揭板试验
根据试验室调整后配合比进行现场试验，现场工艺性揭板试验旨在模拟实际施工条件，探索自密实混凝土搅拌、运输、灌注及灌注效果评价，实地检验自密实混凝土的施工性能，确定自密实混凝土的基本施工配合比、机具加工以及灌板现场模板安装等工艺参数，确保轨道板充填层混凝土四周填充密实，表面无浮浆汽包，剖面骨料分部均匀。
5.1 自密实混凝土配合比
选用调整后的配合比进行试拌。
5.2自密实混凝土搅拌
此次试验拌采用中铁十七局梁园梁场拌和站1#机组试拌，拌制前对拌和系统进行清仓处理，同时标定计量系统。搅拌时，先向搅拌机投入材料、细骨料、水泥、矿物掺和料，搅拌均匀后，再加入拌合水和外加剂，并继续搅拌至均匀为止。上述每一阶段的搅拌时间不宜少于30s，总搅拌时间不宜少于3min。
5.3自密实混凝土灌注前准备工作
灌注前应进行以下检查：
（1）灌注口位置与数量、工装模型等。
（2）钢筋网片的位置、保护层垫块数量及其紧固程度。
（3）轨道板四周模板的密封情况，道岔板之间横向边缝的密封情况。
（4）道岔板标高及轴向平顺，千斤顶的受力状态及其紧固程度。
（5）底座混凝土表面和轨道板底面用水润湿情况，并确定不得有明显积水。
5.4自密实混凝土试验性能检测
自密实混凝土灌注前，依据TJ/GW112-2013对混凝土性能进行检测，检测合格后再进行灌注。灌注前试验检测指标为见表8
表8 灌注前自密实混凝土性能试验项目及规定值
5.5自密实混凝土填充性能改进过程和结果
揭板检验是对自密实混凝土灌注效果最直观的检验手段，揭板检查包括主控项目和一般项目，揭板试验在混凝土终凝后2小时进行，试验采用2块直线底座板1块曲线最大超高底座和一块曲线中间值超高底座。郑徐客专ZXSD标CRTSIII板式无砟轨道自密实混凝土揭板试验先后进行了6次，试验记录和调整结果如下：
第一次揭板试验：
混凝土灌注前各指标
自密实混凝土灌注轨道板位移记录表
第一次试验结果：
揭板效果：自密实混凝土表面小气泡较多，且有2mm厚泡沫层，通过混凝土切面发现有粗骨料下沉现象，曲线板横向位移在观察孔出浆后迅速变化。
原因分析：外加剂与粘度改性材料兼容性不好，消泡、引气作用不明显；混凝土黏度不够，导致骨料分离，浆体上浮；搅拌机叶片磨损严重，导致各组分搅拌混合未达到设计要求；曲线轨道板横向位移超限是因为防侧移顶紧螺丝加力过大，轨道板在灌注料斗自密实混凝土较高压力差下处于悬浮状态，紧固装置受力状态发生变化，顶紧螺栓在安装时凭操作工人手感加力，未定量施加力矩。
调整措施：调整外加剂有效成分与掺量浓使之与粘度改性材料兼容良好，观测自密实混凝土静置气泡和震动后气泡数量，黏度改性材料增加2kg/m³，更换搅拌机叶片，并要求每次拌和前必须清理干净残留混凝土；
横向顶紧螺栓紧固采用扭矩扳手，力矩经实验定为60N.m，压杠压紧螺栓力矩为95N.m。
第二次揭板试验效果
第二次试验结果：揭板显示中间区域灌注质量较好，但出浆扣以及板端位置灌注不饱满，限位凹槽处有局部堆积泡沫层。
原因分析：自密实混凝土扩展度710mm偏大，T500时间太短，混凝土包裹性不好，浆体在板腔内流动不是蠕动扩展，在限位凹槽处因钢筋较密发生骨料堆积，局部浆体过多，出浆口封堵过早。
调整方案：减少用水量将扩展度调至650-680mm，制作接料斗使板内气体和浮浆充分排出。
第三次揭板试验：
混凝土灌注前各指标
第三次揭板试验结果：
自密实混凝土表面密实无汽包，切面骨料分部均匀，轨道板横向位移与平面位移均符合要求。
5.结论
高速铁路CRTSIII型板式无砟轨道自密实混凝土对原材料要求严格，除了原材料质量满足要求外，对原材料的稳定性尤其是减水剂的要求较高。另外不得以提高减水剂的减水率来代替用水量，用水量不足会导致混凝土黏度过高，流动性差填充效果差，依实际扩展度和T500指标控制。经试验确定扩展度以650-680mm、T500为4-5.5s时灌注效果较为理想。
参考文献：
[1]谢永江，《高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土暂行技术条件》（TJ/GW112-2013），2013；
[2]王梦，《高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道隔离层土工布暂行技术条件》（TJ/GW113-2013），2013；
[3]卢春军，《高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道后张法预应力混凝土轨道板暂行技术条件》（TJ/GW114-2013），2013；
[4]《郑徐客专CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土现场工艺性试验实施细则（试行）》（郑西客专工[2014]18号），2014；
[5]《郑徐客专CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土现场工艺性试验实施细则（试行）》的补充规定（郑西客专工[2014]41号），2014.