侯紀(jì)磊

【摘 要】 板式無砟軌道是用雙向預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板及CA砂漿（乳化瀝青水泥砂漿）替換傳統(tǒng)有砟軌道的軌枕和道砟的一種新型軌道形式，本文以我公司某軌道板預(yù)制場為例，介紹了軌道板混凝土配合比方案的優(yōu)化及施工技術(shù)要求。

【關(guān)鍵詞】 軌道板；混凝土；配合比

1.前言

板式無砟軌道是用雙向預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板及CA砂漿（乳化瀝青水泥砂漿）替換傳統(tǒng)有砟軌道的軌枕和道砟的一種新型軌道形式，由板下混凝土底座、CA砂漿墊層、軌道板、長鋼軌及扣件等四部分組成。

CRTSⅡ型軌道板是在引進(jìn)了德國博格公司和京津城際鐵路混凝土施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況和要求對項(xiàng)目部所屬的棗莊板場的混凝土做了逐步的創(chuàng)新和優(yōu)化。

2.工程概況及背景

2.1軌道板質(zhì)量要求

由于Ⅱ型板式軌道的高精確度和高穩(wěn)定性的特殊要求，Ⅱ型板式施工質(zhì)量對線路平順性、穩(wěn)定性有較大影響，對無砟軌道板的預(yù)制及鋪設(shè)工藝精度要求高，誤差必須保持在毫米級的范圍內(nèi)。必須嚴(yán)格控制軌道板預(yù)制的的質(zhì)量，是軌道板高精度安裝的前提。

2.2軌道板混凝土創(chuàng)新原因

京津城際鐵路Ⅱ型軌道板混凝土采用的是超細(xì)水泥和復(fù)合型早強(qiáng)礦物摻合料，而在我場試生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)此種配合比存在以下不利因素：

（1）混凝土施工性能不夠理想

此種配合比在試生產(chǎn)過程中混凝土流動性較差，黏稠度過大導(dǎo)致生產(chǎn)時較難振動整平，且坍落度損失較快，對混凝土的澆注造成了很大的影響，多次出現(xiàn)由于損失過快無法正常施工的現(xiàn)象。

（2）對生產(chǎn)的軌道板外觀質(zhì)量有影響

由于該配合比混凝土流動性較差所生產(chǎn)的軌道板表面產(chǎn)生較多的針狀小氣孔，拉毛深度也只能達(dá)到1mm，影響了軌道板的外觀質(zhì)量。

（3）原材料料源較難供應(yīng)

京津城際鐵路使用的超細(xì)水泥和復(fù)合型早強(qiáng)礦物摻合料，而在國內(nèi)這兩種原材料的生產(chǎn)廠家較少，運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，很難保證原材料的及時供應(yīng)。

（4）生產(chǎn)成本較高

超細(xì)水泥價(jià)格在國內(nèi)比硅酸鹽水泥P·Ⅱ42.5高出不到100元每噸。復(fù)合型早強(qiáng)礦物摻合料的價(jià)格是普通摻合料的100倍左右。這樣生產(chǎn)1m3該配合比的混凝土比普通摻合料混凝土單價(jià)要高800元左右。

2.3軌道板混凝土創(chuàng)新實(shí)踐及其目的

針對以上弊端，我公司棗莊軌道板預(yù)制場對京津城際鐵路的配合比做了較大改進(jìn)，采用普通摻合料進(jìn)行試配生產(chǎn)。

主要改進(jìn)如下：

（1）水泥采用P·Ⅱ42.5水泥來代替超細(xì)水泥；

（2）摻合料采用普通摻合料來代替復(fù)合型早強(qiáng)礦物摻合料，活性指數(shù)要滿足1d≥125%，28d≥110%，并盡可能降低普通摻合料的摻量。

（3）減水劑采用聚羧酸高效減水劑，可以適當(dāng)增大減水劑摻量。

創(chuàng)新的配合比做以上改進(jìn)主要目的是：

（1）改善混凝土的的施工性能，將混凝土的和易性調(diào)整至最佳狀態(tài)；

（2）徹底解決軌道板的存在的實(shí)體和外觀質(zhì)量，消除軌道板表面針狀小氣孔，提高拉毛質(zhì)量。

（3）P·Ⅱ42.5水泥和普通摻合料已于取材，運(yùn)輸途徑方便快捷，保證原材料供應(yīng)及時。

（4）很大方面節(jié)約了生產(chǎn)成本。

3.軌道板主要工藝及混凝土技術(shù)要求

3.1施工工藝相對簡化

棗莊板場預(yù)制CRTSⅡ型軌道板從施工工藝上比京津城際CRTSⅡ型軌道板相對簡化，生產(chǎn)流程簡圖如圖3-1所示。

3.2軌道板主要技術(shù)要求

CRTSⅡ型軌道板（有擋肩）混凝土主要技術(shù)要求如表3-1所示。

4.軌道板混凝土配合比設(shè)計(jì)方案

據(jù)京滬高速鐵路建設(shè)總指揮部安質(zhì)209-05號傳真《關(guān)于規(guī)范全線軌道板混凝土配合比審批工作的通知》相關(guān)要求，軌道拌混凝土配合比是制約軌道板生產(chǎn)進(jìn)度和生產(chǎn)成本的前提條件，特制定軌道板C55混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案。

4.1試驗(yàn)依據(jù)

（1）CRTSⅡ型板式無砟軌道板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)修改施工圖紙

（2）客運(yùn)專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道混凝土軌道板（有擋肩）暫行技術(shù)條件（科技基【2008】173號）

（3）《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》（科技基【2005】101號）

（4）《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》（鐵建設(shè)【2005】160號）

（5）《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》混凝土分項(xiàng)工程原材料標(biāo)準(zhǔn)局部修訂條文的通知（鐵建設(shè)【2009】152號）

（6）《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2000）

4.2軌道板混凝土原材料主要技術(shù)指標(biāo)及其性能

（1）水泥

采用山東魯城水泥有限公司生產(chǎn)的P·Ⅱ42.5水泥來代替超細(xì)水泥，P·Ⅱ42.5水泥的性能指標(biāo)如表4.2-1所示。

（2）復(fù)合型早強(qiáng)礦物摻合料

摻合料采用成都天福特種工程材料有限公司DZ-RS，復(fù)合型早強(qiáng)礦物摻合料性能指標(biāo)如表4.2-2所示。

（3）礦渣粉及粉煤灰

礦渣粉采用濟(jì)南魯新新型建材有限公司生產(chǎn)的S95級礦渣粉，性能指標(biāo)如表4.2-3所示；粉煤灰采用山東鄒縣發(fā)電廠生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰，其性能指標(biāo)如表4.2-4所示。

（4）細(xì)骨料

細(xì)骨料采用棗莊市建津宏建材有限公司生產(chǎn)的細(xì)骨料，料源是沂河，河沙中粗砂，細(xì)骨料骨料的篩分如表4.2-5所示，細(xì)骨料性能指標(biāo)如表4.2-6所示。

（5）粗骨料

粗骨料采用棗莊市嶧城區(qū)蛟山碎石場（旭正建材有限公司）生產(chǎn)的5～10mm和10～20mm兩種規(guī)格的石子按30%：70%的比例級摻配而成，粗骨料性能指標(biāo)如表4.2-7所示，粗骨料骨料的篩分如表4.2-8所示。

（6）減水劑

減水劑采用北京冶建特種材料有限公司生產(chǎn)的JG-2H型聚羧酸鹽高效減水劑，減水劑的性能能指標(biāo)如表4.2-9所示。

4.3軌道板混凝土配合比及混凝土性能

（1）軌道板混凝土配合比

依照“表3-1CRTSⅡ型軌道板（有擋肩）混凝土主要各項(xiàng)技術(shù)要求”，結(jié)合現(xiàn)場原材料的實(shí)際情況，混凝土在生產(chǎn)之前進(jìn)行了多次試驗(yàn)調(diào)整，配制了使用復(fù)合型早強(qiáng)礦物摻合料和普通礦物摻合料兩種摻配方式的配合比，坍落度按照160±20mm和180±20mm兩種坍落度進(jìn)行試配，供試生產(chǎn)選擇適用性較好的配合比，初期選定的配合比及性能如表4.3-1所示，混凝土力學(xué)性能如表4.3-2所示。

通過以上四種配合比的初始選定結(jié)合現(xiàn)場混凝土狀態(tài)可以從表4.3-1看出采用復(fù)合型早強(qiáng)礦物摻合料配置的混凝土相對黏聚性過大，導(dǎo)致氣泡不易排除，且排出的氣泡黏著在混凝土面上，拉毛之后產(chǎn)生較多氣孔，嚴(yán)重影響了軌道板的外觀質(zhì)量；而表4.3-1中（3）、（4）采用普通礦物摻合料配置的混凝土坍落度較大，流動性較好，易于振搗整平，且混凝土面黏著的氣泡大大減少，拉毛效果也得到明顯改善，配合正確的施工工藝，拉毛深度達(dá)到了2mm。

通過表4.3-2混凝土力學(xué)性能可以明顯看出四種配合比力學(xué)性能均滿足要求，（1）、（4）配合比從力學(xué)性能上比較其他兩組配合比相對16h、28d抗壓強(qiáng)度較高。但從28d彈性模量可以得出采用普通礦物摻合料配置的混凝土比采用復(fù)合型早強(qiáng)礦物摻合料配置的混凝土28d彈性模量高。

由于四種配合比從施工性能和力學(xué)性能上均已滿足了設(shè)計(jì)要求，所以我場即參照施工性能和力學(xué)性能，同時通過混凝土試件內(nèi)部溫度變化和軌道板芯部溫度變化來參考選取配合比，圖4.3-1、4.3-2、4.3-3、4.3-4所示為（1）、（2）、（3）、（4）配合比的養(yǎng)護(hù)溫度曲線圖。

通過四種配合比養(yǎng)護(hù)曲線圖可以看出，四種配合比的起始養(yǎng)護(hù)溫度相同但（3）、（4）配合比比（1）、（2）養(yǎng)護(hù)板芯最高溫度高，且沒有超過板芯要求的最高溫度55℃，（1）、（2）、（3）、（4）配合比的板芯最高溫度分別為49.8℃、48.2℃、50.4℃、51.6℃。板芯溫度最高的為（4）配合比；四種配合比的升溫時間分別為6h、5.5h、4h、3h，從四圖看出升溫速度較快的配合比為（4）配比。

（2）CRTSⅡ型軌道板混凝土配合比選定和各項(xiàng)性能

通過四種初始配比以及混凝土各項(xiàng)性能選定了（4）配合比來進(jìn)行細(xì)調(diào)，在（4）配合比的基礎(chǔ)上通過多次配制，確定了降低砂率和水膠比來提高軌道板混凝土的脫模放張強(qiáng)度。最終確定了水泥采用P·Ⅱ42.5，水泥用量為408kg/m3；砂率為37%；細(xì)骨料用量為682kg/m3；粗骨料采用5-10mm：10-20mm=30%：70%二級配，5-10mm碎石用量為348kg/m3，10-20mm碎石用量為812kg/m3；礦粉采用S95級其摻量為10%，礦粉用量為48kg/m3；粉煤灰采用I級其摻量為5%，粉煤灰用量為24kg/m3；減水劑采用聚羧酸高效減水劑JG-2H型其摻量為1.5%，減水劑用量為7.2kg/m3；確定降低后的水膠比為0.27，用水量為131kg/m3。拌和物坍落度要求控制在180±20mm，實(shí)測坍落度為190mm；含氣量控制在1～3%，實(shí)測含氣量為2.2%。

表4.3-3所示為選定后的混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)。

4.4軌道板混凝土配合比關(guān)鍵因素

（1）拌和物的入模溫度和養(yǎng)護(hù)溫度

通過四種配比溫度養(yǎng)護(hù)曲線可以看出，入模溫度是影響早期強(qiáng)度的一個重要因素。混凝土的拌和物溫度越高，就會縮短凝結(jié)時間，同時也會縮短升溫過程的時間，通過控制入模溫度來提高混凝土的早期強(qiáng)度；反之，入模溫度越低，膠凝材料的水化反應(yīng)就會變慢，延長了凝結(jié)時間，導(dǎo)致混凝土早期強(qiáng)度受到影響。因此，控制入模溫度是一個重要的舉措，因?yàn)檐壍腊寤炷寥肽r要求溫度為5～30℃，因此盡可能提高入模溫度將會提高早期強(qiáng)度，最終確定將混凝土入模溫度控制在20～30℃。到了冬季施工為了提高混凝土入模溫度，選擇對原材料進(jìn)行加熱，對生產(chǎn)的軌道板進(jìn)行暖氣供暖，通過模擬正常養(yǎng)護(hù)溫度變化對暖氣進(jìn)行控制，控制過程采用靜停、升溫、恒溫、降溫四個階段來保證混凝土的早期強(qiáng)度。

（2）原材料的控制

為了保證混凝土的施工性能和強(qiáng)度不受影響，對各項(xiàng)原材料要求嚴(yán)格控制，一些影響混凝土狀態(tài)和強(qiáng)度的關(guān)鍵指標(biāo)如粗細(xì)骨料的含泥量、泥塊含量，水泥的強(qiáng)度等必須做到嚴(yán)格控制。

（3）控制混凝土出機(jī)狀態(tài)

為了避免出現(xiàn)混凝土稠度過大導(dǎo)致較難振搗整平、氣泡不易排出的現(xiàn)象，可以通過調(diào)整現(xiàn)場施工水膠比來實(shí)現(xiàn)。對粗細(xì)骨料的含水情況及時監(jiān)控，以便現(xiàn)場施工配合比的調(diào)整。為了解決混凝土稠度過大的問題，我場對現(xiàn)場施工工藝也做了改進(jìn)：布料分為三次，第一次布料至模具的1/3處，第二次根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行布料，第三次為找平補(bǔ)料；并對每次布料的振動時間反復(fù)改進(jìn)，改進(jìn)后的振搗工藝使得混凝土內(nèi)的氣泡更容易排出，也大大減少了混凝土表面的氣泡，對拉毛時間進(jìn)行反復(fù)計(jì)時，最終找到合理的拉毛時間，也保證了軌道板的拉毛深度，從而軌道板的外觀質(zhì)量得到了較大改善。

5.總結(jié)

（1）通過對CRTSⅡ型軌道板混凝土配合比的配制，利用硅酸鹽水泥代替超細(xì)水泥，用普通礦物摻合料代替復(fù)合型早強(qiáng)礦物摻合料配以國產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)聚羧酸高效減水劑的雙摻配比，同樣也能制出滿足CRTSⅡ型軌道板混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)的雙摻配合比。

（2）通過現(xiàn)場的批量生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)采用雙摻普通礦物摻合料的混凝土比復(fù)合型早強(qiáng)礦物摻合料的混凝土施工性能更優(yōu)越，且滿足16h強(qiáng)度大于48MPa。

（3）實(shí)踐證明使用普通礦物摻合料代替復(fù)合型早強(qiáng)礦物摻合料生產(chǎn)混凝土技術(shù)是可行的，并且大大降低了生產(chǎn)成本。

（4）生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，水泥的規(guī)格型號、礦物摻合料的摻量、水膠比、混凝土的出機(jī)溫度、養(yǎng)護(hù)溫度、出機(jī)坍落度、原材料質(zhì)量等因素對混凝土的強(qiáng)度和軌道板的外觀質(zhì)量有著直接影響。

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