摘要:CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土是位于轨道板与底座之间的填充层，起支承和传力作用。期间的钢筋网对灌入该封闭容腔内的自密实混凝土阻力较大，灌注效果不可见，因此对混凝土的工作性能提出很高的要求。施工前通过试验，对混凝土的流动性、填充性、间隙通过性和抗离析性等指标反复验证，形成质量控制流程，保证轨道结构质量，可供同类工程施工中参考借鉴。
关键词：无砟轨道；自密实；控制要点
1自密实混凝土特性及质量控制标准
自密实混凝土（Self-Compacting Concrete简称SCC），2013年正式在我国高速铁路无砟轨道中投入实践，目前已在多条高速铁路中使用，有很大的发展空间。SCC用于封闭空间、需要通过钢筋预埋件、钢筋网片等障碍，通过灌注孔向轨道板下各部位填充，板底粗糙、隔离层光滑，对混凝土流动阻力不同。因此自密实混凝土需要有高流动性、间隙通过性和抗离析性，在一定的压力下要均匀分布于密闭空间的各个部位。SCC存在对沙子、减水剂、用水量等原材料敏感性，对气候气象等施工环境的敏感性，对混凝土运输距离、泵送压力等施工工艺的敏感性，对混凝土拌和浇筑的时间敏感性。为此，SCC可以总结为：敏感性强、可控性差、施工损耗率高等特点，同时表现为施工中极易出现各类缺陷。一般轨道施工阶段，站前工程已经结束并验收合格，与CA砂浆相比较，SCC是一种含粗骨料的混凝土，流动界面阻力大，采用站前线下拌和站生产，运输距离及时间间隔长。其技术难点在于自密实混凝土的原材料质量、生产水平和施工水平均远弱于水泥乳化沥青砂浆，但却要达到相同的质量和精度要求。
根据《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）相关要求，自密实混凝土拌和物需要满足性能指标后方可灌注，其指标为表1。
表1 自密室混凝土性能指标要求
拌和物性能 硬化体性能
序号 项目 技术要求 项目 技术要求
1 坍落扩展度 ≤680mm 56d抗压强度 ≥40MPa
2 扩展时间T500 3s～7s 56d抗折强度 ≥6.0MPa
3 J环障碍高差 <18mm 56d弹性模量 3.00×104MPa～3.80×104MPa
4 L型仪充填比 ≥0.9 56d电通量 ≤1000C
5 泌水率 0 56d抗盐冻性 ≤1000g/m2
6 含气量 3.0%～6.0% 56d干燥收缩率 ≤4×10-6
7 竖向膨胀率 0～1.0% 有害物质含量 氯离子含量 不大于胶凝材料总量的0.10%
碱含量 不大于3.0kg/m3
三氧化硫含量 不大于胶凝材料总量的4.0%
为了检验CSS稳定性，必要时除了上述指标外，还应该按照CCES02-2004自密实混凝土设计与施工技术指南进行拌合物稳定性跳桌试验以检测其抗离析性fm≤10%。
2配合比设计及优化
2.1原材料要求
根据《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）及《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2018）要求，SCC组分材料的要求为：
水泥：P.O42.5低碱；矿粉：S95级；膨胀剂：UEA-II型；粘度改性材料：TZ-IV型；砂：中粗砂，细度模数2.5～2.7之间，含泥量1.0%～1.4%（规范要求≤2.0%），泥块含量0.1%（规范要求≤0.5%）；碎石：反击破碎石，粒形较好，5～10mm，10～16mm两种规格合成5～16mm，含泥量0.2%～0.3%（规范要求≤0.5%），针片状3%～4%（规范要求≤5.0%）； 减水剂：PCA缓凝型；引气剂：MD-YQ型。
一般地，水泥、矿粉、粘改材料等外加剂可以根据试验结果，按照性能指标需求要求生产厂家调整。对于地材，不同产地不同时期生产的理化性能均布相同，进料时要严加控制。特别是砂的细度模数和含泥量，碎石的成型方式和连续级配。
2.2配合比设计及现场调整优化
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根据设计需求和材料试验性能，SCC初步理论配合比为表2。
表2 SCC理论基础配合比 （Kg/m3）
此配合比水胶比0.35，胶凝材料总量516Kg，砂率51%。经过试验室试拌及现场揭板试验最终确定的施工配合比为表3。
表3 SCC施工配合比 （Kg/m3）
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在原有配合比基础上砂率上调1%，确定为52%。施工中需要根据地材、施工环境的变化随时调整。
2.3冬期施工配合比调整
由于施组安排，施工中不可避免会进行冬期施工，其配合比是在模拟施工现场环境条件下原材料处于5±1℃下试拌配合比，强度试件在该温度下进行养护和抗压试验，其他性能指标为标准养护。冬施配合比为表4。
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胶凝材料总量540Kg/m3，砂率54%，水胶比0.32，碎石掺配比例由原来的5～10mm∶10～16mm=50%∶50%调整为5～10mm∶10～16mm=40%∶60%，同时采用标准型减水剂进行适配。相比之前的配合比胶凝材料增加了16Kg/m3，砂率增加2%，水胶比减小0.03，粘度改性材料增加Kg/m3，碎石掺配比例有所调整。混凝土浆体较多，粘度太大，石子分布不均匀。通过调整砂率，改变碎石级配，最终确定的施工配合比为表5。
表5 SCC冬施调整配合比 （Kg/m3）
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2.4配合比优化
⑴建议提高减水剂减水率，减小水胶比。本案所使用配合比水胶比0.35，用水量180kg/m3，处于规范要求的上限值，在混凝土物理、力学性能及耐久性方面满足施工和规范要求。而在施工过程中发现较高的用水量及较大的水胶比容易出现混凝土黏聚性不好，自由水太多，容易出现石子下沉，而且混凝土扩展度损失也快。后在施工过程中减小5kg/m3用水量，减水剂提高0.5%～1%掺量，混凝土黏聚性得到改善，灌注顺利。
⑵在不影响混凝土力学性能情况下，适当提高混凝土含气量。本案无砟轨道施工所处的环境等级为T2/D2，《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2018）中D2环境要求混凝土含气量≥5%，而《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）规定混凝土含气量3%～6%。在施工中发现混凝土含气量小于4%时T500为6～8s，无泌水，流速太慢；含气量4%～6%时T500为5～7s，无泌水，流速较慢；含气量5%-7%时T500为4～6s，无泌水，流速适中。含气量虽然略高于规范要求，但混凝土力学性能经试验室检测满足规范要求。
⑶砂率。本案使用的河砂细度模数在2.5～2.7之间波动，有时在2.4左右，经过试验总结，河砂细度模数在2.4～2.5之间砂率控制在50%混凝土状态良好，细度模数2.5～2.7之间砂率在51%～52%之间根据混凝土状态调整。细度模数小于2.4建议不要使用，混凝土粘度太大，影响T500时间及灌注速度。SCC良好的状态如图1，含气量：6.0%，扩展度：660mm，T500:5s。
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图1. SCC良好的工作状态
3施工控制要求
3.1砂率影响自密实混凝土流动性及粘聚性。砂率过低会影响混凝土粘聚性，砂率过高会影响混凝土的流动性，所以要选择合理的砂率，根据河砂质量，选择合理的砂率范围，试验总结砂的细度模数在2.4～2.5之间的时候砂率控制在50%左右效果比较好，碎石应粒形圆润，级配合理（粒径为5～16mm），碎石粒径过大会造成混凝土中碎石下沉，造成混凝土不均匀，碎石粒径过小，会导致混凝土在出料孔排出时，粗骨料不明显，同时也影响混凝土的和易性。河砂和碎石应严格控制含泥量，含泥量过大会造成混凝土扩展度损失较快，含泥量过小会造成混凝土扩展度出现反大现象。所以生产过程中应严格控制原材料质量，避免生产过程中原材料质量波动较大。自密实混凝土对原材料敏感性以及环境温度敏感性较大，外加剂厂家技术人员应随时跟踪，一旦原材料发生变化，及时调整外加剂配方，以应对混凝土对材料及环境温度的敏感性，确保灌注时混凝土拌和物性能各项指标符合标准。
3.2确保原材料稳定，应注意以下几点：⑴不同批次水泥应做外加剂与水泥的适应性试验，按照配合比进行试拌确保混凝土各项指标合格，如不合格，应及时调整外加剂。⑵河砂以及碎石应严格控制含水率，做到生产同一批混凝土所需河砂、碎石含水率变化不超过2%；生产过程中一旦混凝土状态变化较大应及时测定砂石含水率。同时要严格控制砂的细度模数，细度模数发生变化达到0.2时，混凝土的状态就会受到很大的影响，要及时对砂率进行调整。做到以上几点的同时还要求拌和站要做到生产自密实混凝土所需的材料，专仓专罐储存，确保砂、碎石进场后不收到任何的污染，粉料进场后不能受潮。
3.3严格控制混凝土质量，应从源头把关，在材料保证合格的情况下，还应严格控制拌和设备的计量误差，胶凝材料称量误差范围（水泥、矿物掺合料等）±1%，外加剂称量误差范围（减水剂、引气剂）±1%，骨料称量误差范围：±2%，拌合水称量误差范围±1%，做到定期、不定期对拌合站称量系统进行校验，及时调整控制误差范围。混凝土出机及浇筑过程中应严格控制混凝土的扩展度以及T500。
3.4施工过程严格控制灌注时间及灌注质量，确保施工工艺流程顺畅。严禁自密实混凝土现场人工加水，加水后直接影响混凝土的和易性，严重时会造成混凝土泌水甚至导致混凝土丧失流动性。泌水会出现水纹以及蜂窝麻面现象，流动性丧失造成混凝土无法灌注。
4施工常见问题及应对方案
4.1混凝土离析、泌水
表现形式是混凝土倾倒时骨料与水泥浆易分离，静置或灌注时石子下沉，出现堵塞、硬化，在灌板时易出现灌注不畅堵管现象，接班后物料聚集，灌注不饱满不密实，在结构中出现表面浮浆层，如图2。解决办法：调整配合比，控制扩展度。
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图2 混凝土离析、泌水 图3 混凝土表面软弱泡沫层
4.2软弱泡沫层
表现形式是在混凝土倾倒后表面出现大量泡沫样的浮浆层，在灌注后揭板时混凝土表面存在软弱泡沫层，干硬后呈酥脆状，强度极低，可以用手轻易划动，如图3。出现原因是混凝土粘度不够，扩展度太大。解决办法为适当增加粘度改性材料，调整配合比控制扩展度。
4.3气泡、浮浆
出现原因：多出现于气温骤降的时候，外加剂反应缓慢，如图4。
解决办法：调整外加剂组分，减少缓凝成分，减少砂率，控制混凝土出机扩展度。
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图4 混凝土表面气泡、浮浆 图5混凝土灌注不饱满
4.4灌注不饱满
出现原因：1）自密实混凝土流动性不足；2）跑模漏浆造成灌注不满；3）灌注不连续。
解决办法：1）调整砂率，增加流动性；2）加强模板安装牢固度检查；3）灌注时必须连续灌注。
5结语
自密实混凝土是一种处于封闭体系中需跨越多重障碍施工不可直接操控的柔性体系混凝土。其组成材料的敏感性、对环境的敏感性、施工条件敏感性及对时间的敏感性，决定了其在施工过程中，敏感性强、可控性差、损耗率高。因此通过试验验证的施工配合比在施工中必须做到“四固一强”即：固定原材料、固定施工工艺、固化施工人员、固定施工装备，强化过程检查。采用静、动态管理，严格控制施工配合比和施工中混凝土的工作性能、工作状态，才能保证自密实混凝土施工质量，从而保证轨道板灌注质量。
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