顧海朋 李固華 曾曉輝 程健強(qiáng)（西南交通大學(xué)，四川 成都610031）

1 前言

CRTS III 型板式無砟軌道是由我國自主研發(fā)的一種新式無砟軌道，它不同于CRTS I 型和CRTS II 型無砟軌道，不需要采用水泥乳化瀝青作為填充層[1]，而是采用具有良好和易性，對(duì)環(huán)境溫度不敏感以及優(yōu)良的力學(xué)與耐久性的自密實(shí)混凝土，將軌道板、自密實(shí)混凝土以及其下部的支承層澆筑成為一個(gè)整體，確保了其長期整體性[2,3,4]。新型板式無砟軌道如圖1 所示，自密實(shí)混凝土需澆筑在100mm×2700mm×5350mm 的狹小空間，其性能要求高，制備技術(shù)和施工工藝都比較困難，是新型軌道結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)之一。然而我國對(duì)自密實(shí)混凝土的研究還不成熟，在實(shí)際工程中的應(yīng)用還不能達(dá)到預(yù)期的效果。因此研究出符合性能要求的自密實(shí)混凝土對(duì)CRTS III 型板式無砟軌道的發(fā)展與應(yīng)用具有重要的意義。

砂率是混凝土配合比設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，其大小對(duì)新拌混凝土的工作性能有非常大的影響[5]。黃健對(duì)自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)做了許多研究，但是他沒有考慮砂率對(duì)新拌自密實(shí)混凝土工作性能的影響[6]。李進(jìn)銳則提出當(dāng)砂率為0.50 至0.52 之間時(shí)[4]，自密實(shí)混凝土的工作性能最佳，但是鐵科院提出的最佳砂率范圍為0.50 至0.55之間[7]。因此本文對(duì)自密實(shí)混凝土的最佳砂率做了進(jìn)一步的研究。

圖1 CRTS III 型軌道示意圖

2 新拌自密實(shí)混凝土的技術(shù)要求

CRTS III 型無砟軌道板下填充層空間狹小，且板下布有鋼筋網(wǎng)，使用普通自密實(shí)混凝土澆筑很難充填密實(shí)。因此填充層自密實(shí)混凝土必須要有非常好的工作性能，物理力學(xué)性能，耐久性能等，其工作性能及檢測(cè)方法如表1。

表1 拌合物的性能指標(biāo)及檢測(cè)方法[7]

表2 水泥的主要性能

3 配合比試驗(yàn)

3.1 原材料

1)水泥

本試驗(yàn)中采用的是拉法基P.O42.5 水泥，水泥的各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合GB175-1999 標(biāo)準(zhǔn),見表2。

2)粉煤灰

試驗(yàn)用的礦物摻合料為遂寧熱電廠生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)粉煤灰。主要性能指標(biāo)見表3。

3)砂

本實(shí)驗(yàn)采用天然河砂，細(xì)度模數(shù)為2.8。其堆積密度1590kg/m3,表觀密度2600 kg/m3，各項(xiàng)性能要求均符合《建筑用砂》（GB/T 14684-2011）。

4)碎石

采 用5 ～10mm 和10 ～16mm 兩 種粒級(jí)摻配使用。符合《建筑用卵石、碎石》（GB14685-2001）規(guī)定的Ⅱ類骨料。

5)減水劑

本實(shí)驗(yàn)選用柯帥減水劑，減少率為30%，符合《混凝土外加劑》（GB8076-2008）和《聚羧酸系高性能減水劑》（JG/T223-2007）的要求。

6)膨脹劑

本實(shí)驗(yàn)采用UEA 型膨脹劑，其使用符合《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB50119-2003）的要求。

7)水

來自潔凈的自來水,符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ63-2006)。

表3 粉煤灰的主要性能

3.2 配合比設(shè)計(jì)

自密實(shí)混凝土的自密實(shí)原理如圖2 所示，粗骨料懸浮在具有足夠粘度和變形能力的砂漿中，在自身重力作用下，砂漿包裹粗骨料一起向前流動(dòng)，通過鋼筋間隙，形成均勻密實(shí)結(jié)構(gòu)。所以要獲得良好流動(dòng)性和填充性的自密實(shí)混凝土，最重要的是選用合適的砂率和骨料級(jí)配。

圖2 自密實(shí)混凝土拌合物的自密實(shí)過程

表4 自密實(shí)混凝土配合比（kg）

根據(jù)計(jì)算以及參考其他研究[1,7,9]，初步確定最佳膠凝材料用量為550-600kg/m3，其中粉煤灰摻量為20%-35%，膨脹劑摻量為8%-15%，水膠比為0.31-0.36，減水劑摻量宜為2.8%，砂石總摻量為1700-1800 kg/m3，其中直徑5-10mm 石子與10-16mm 石子的最佳摻配比例為7:3.。為了能夠確定出理想的砂率，根據(jù)已確定的材料用量，設(shè)計(jì)如表4 的幾組配合比。

3.3 試驗(yàn)方法

塌落筒試驗(yàn)：參照CCES 02-2004《自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)與施工指南》中的測(cè)試方法，測(cè)試時(shí)將混凝土裝入塌落度筒中，慢慢提起塌落度筒，測(cè)量混凝土流動(dòng)至50cm 的時(shí)間T50 和最終擴(kuò)展度D，主要檢測(cè)混凝土的流動(dòng)性。

J 環(huán)試驗(yàn)：試驗(yàn)主要由塌落筒和J 環(huán)試驗(yàn)組成，J 環(huán)由16 根直徑為18mm 的鋼筋組成，J 環(huán)直徑為300mm。試驗(yàn)主要通過測(cè)試J 環(huán)內(nèi)外四個(gè)方向的混凝土的平均高度差來檢測(cè)混凝土的抗離析性和間隙通過性。

L 型儀試驗(yàn)：試驗(yàn)參照CCES 02-2004《自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)與施工指南》，測(cè)量混凝土流到端頭的時(shí)間T700L 和水平槽內(nèi)混凝土的坡度H2/H1。此試驗(yàn)主要檢驗(yàn)混凝土的間隙通過性和填充性。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 砂率對(duì)流動(dòng)性的影響

從圖3 可以看出，砂率在0.52-0.60 之間時(shí)，擴(kuò)展度都能夠滿足要求，呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，且在0.56 左右擴(kuò)展度達(dá)到最大值。T50 則隨著砂率的增大先減小后增大，但是只有當(dāng)砂率在0.58 左右才能基本滿足要求。

圖3 流動(dòng)性試驗(yàn)及結(jié)果

砂子是細(xì)骨料，其形狀接近圓形，具有滾動(dòng)減水效應(yīng)。當(dāng)用水量一定時(shí)，如果砂率較小，則起滾動(dòng)作用的粒子減少，同時(shí)石子之間的空隙變大，只能由漿體填充，從而起潤滑作用的漿體減少了，拌合物的內(nèi)摩擦力增加，混凝土的流動(dòng)性變差。砂率過大時(shí)，總表面積增大，所需漿體增多，但在用水量和膠凝材料一定的情況下，混凝土?xí)兊谜吵?，從而流?dòng)性降低。從此試驗(yàn)可看出砂率在0.54-0.59 之間最為適中。

4.2 砂率對(duì)抗離析性和間隙通過性的影響

從圖4 所示的J 環(huán)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，砂率在0.55 以下時(shí)，J 環(huán)中間堆積了大量碎石，間隙通過性較差，且泌水比較嚴(yán)重，四周析出大量漿體，混凝土的抗離析性較差。隨著砂率的增加，J環(huán)中間碎石逐漸減少，并在砂率為0.58 時(shí)BJ 達(dá)到最小值13mm。但是隨著砂率的繼續(xù)增加，BJ由于混凝土流動(dòng)性的降低會(huì)增大，但是沒有再次發(fā)生離析現(xiàn)象。當(dāng)砂率過小時(shí)，混凝土拌合物中沒有足夠的砂漿來包裹粗骨料，因此一部分粗骨料無法流動(dòng)而產(chǎn)生離析。當(dāng)砂率過高時(shí)，混凝土太過粘稠，內(nèi)摩擦力增加，間隙通過能力大大減弱。從此試驗(yàn)可以看出砂率的最佳范圍為0.56-0.59。

圖4 抗離析性試驗(yàn)及結(jié)果

4.3 砂率對(duì)填充性的影響

填充性試驗(yàn)結(jié)果如圖5 所示，其圖形與流動(dòng)性試驗(yàn)結(jié)果相似，T700L 隨著砂率增大先減小后增大，H1/H2 隨著砂率增大先增大后減小，當(dāng)砂率達(dá)到0.58 附近時(shí)，兩者均達(dá)到極值。砂率比較低時(shí)，混凝土的流動(dòng)性不高，流動(dòng)比較緩慢，流動(dòng)時(shí)間長。同時(shí)低砂率導(dǎo)致的混凝土離析和低間隙通過性，使得混凝土難以均勻通過鋼筋流動(dòng)到L 型儀器的端頭。相反當(dāng)砂率超過一定值時(shí)，混凝土?xí)兊梅浅Ｕ吵?，?nèi)摩擦力增大，L 型儀器水平槽內(nèi)混凝土達(dá)到一定坡度時(shí)，混凝土自身的重力不足以抵抗其內(nèi)摩擦力，混凝土就停止流動(dòng)。從圖中可以看出，兩者都是在砂率為0.58 附近達(dá)到最理想的值。

圖5 填充性試驗(yàn)及結(jié)果

6 結(jié)論

由于CRTS III 型軌道填充層非常狹長，因此這種自密實(shí)混凝土必須有非常好的流動(dòng)性。通過試驗(yàn)可以得出結(jié)論，在其他材料用量一定時(shí)，如果砂率低于0.56，混凝土不僅流動(dòng)性差，而且會(huì)產(chǎn)生分層離析；如果砂率高于0.58，混凝土?xí)兊梅浅Ｕ吵恚粫?huì)產(chǎn)生離析，但是流動(dòng)性也很差。研究表明砂率為0.56-0.58 之間時(shí)，混凝土的工作性能最好。

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