彭 紅

(中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司，河北 涿州 072750)

0 引言

自密實(shí)混凝土是一種新型混凝土，在自重的作用下就能完成流動(dòng)和密實(shí)，具有很強(qiáng)的均勻性和穩(wěn)定性。鐵路軌道施工中多采用自密實(shí)混凝土施工，主要原因是其在密度比較大的鋼筋結(jié)構(gòu)體系中可以形成密實(shí)度比較大的結(jié)構(gòu)，而且具有良好的均質(zhì)性，在澆筑完成之后無需振動(dòng)，可減少施工工序。影響自密實(shí)混凝土施工質(zhì)量的因素比較多，其中原材料的性能和配合比尤為重要。姜迪[1]在自密實(shí)混凝土配合比優(yōu)化試驗(yàn)研究中指出，科學(xué)合理的配合比是保證自密實(shí)混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵。但是，依然有很多施工單位在應(yīng)用自密實(shí)混凝土進(jìn)行施工時(shí)，忽略原材料的選擇和配合比設(shè)計(jì)，致使自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度、質(zhì)量、性能都無法達(dá)到理想的效果?；诖?，開展自密實(shí)混凝土施工原材料的選擇和實(shí)驗(yàn)室配合比確定的研究，可更好地保障自密實(shí)混凝土的質(zhì)量，最大限度地發(fā)揮自密實(shí)混凝土的優(yōu)勢，更好地保障鐵路工程質(zhì)量。

1 工程概述

新建鄭州至濟(jì)南鐵路ZPZQ-Ⅱ標(biāo)段的起訖里程為：(DK230+789.63)～(DK275+695.83)，線路長度44.906 km，包括內(nèi)黃站站場路基1.550 km、區(qū)間路基0.627 km、框架小橋1座、框架中橋1座、框架涵4座、站場旅客通道1座、橋梁2座共42.729 km(濮陽特大橋長15.842 km，滑縣特大橋長26.886 km)。正線鋪設(shè)CRTSⅢ型板式無砟軌道。標(biāo)準(zhǔn)軌道板型號(hào)有P5600，P4925，P4856三種，總板數(shù)為16 414塊，ZPZQ-Ⅱ標(biāo)段布板明細(xì)見表1。

表1 ZPZQ-Ⅱ標(biāo)段布板明細(xì)

2 自密實(shí)混凝土的原材料

為保證施工質(zhì)量，需要科學(xué)合理地選擇高性能原材料，以保證自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度(56 d抗壓強(qiáng)度≥40.0 MPa，56 d抗折強(qiáng)度≥6.0 MPa，56 d彈性模量在(3.0～3.8)×104MPa之間)、耐久性(56 d電通量≤1 000 C，56 d抗鹽凍性能(28次凍融循環(huán)剝落量)≤1 000 g/m2，56 d干燥收縮值≤400×10-6)、坍落擴(kuò)展度(≤680 mm)等各項(xiàng)指標(biāo)都能符合設(shè)計(jì)要求。

2.1 水泥

水泥是配制自密實(shí)混凝土的主要原料。在選擇水泥時(shí)，既要考慮強(qiáng)度，也要考慮抗裂性和抗?jié)B性。在本案例工程施工中，選擇了強(qiáng)度為42.5 MPa的普通硅酸鹽水泥，性能滿足如下標(biāo)準(zhǔn)：比表面積控制為300～350 m2/kg；游離氧化鈣的含量≤1.0%；堿的含量≤0.6%；熟料中C3A的含量≤8.0%；氯離子的含量≤0.06%；三氧化硫含量≤3.5%；燒失量含量≤5.0%；氧化鎂含量≤5.0%；安定性(沸煮法：雷氏夾變化量≤5 mm)及凝結(jié)時(shí)間(初凝≥45 min，終凝≤600 min)符合《鐵路混凝土》(TB/T 3275—2018)要求[2]。

2.2 礦物摻合料

在配制自密實(shí)混凝土?xí)r，加入適量的礦物質(zhì)摻合料可有效提升自密實(shí)混凝土的性能，而且還能減少水泥用量，降低水化熱，有助于控制裂縫。在本案例工程施工中，礦物質(zhì)摻合料選擇了粉煤灰和礦渣粉，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表2和表3。

表2 粉煤灰的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

表3 礦渣粉的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 細(xì)骨料和粗骨料

細(xì)骨料也是自密實(shí)混凝土的主要原材料。為保證總體施工質(zhì)量，選擇級配合理、質(zhì)地堅(jiān)硬，且吸水率比較低、空隙率比較小的清潔天然河砂，砂細(xì)度模數(shù)控制在2.5及以下，并確保細(xì)骨料在0.3～1.18 mm范圍內(nèi)顆粒含量滿足20%～40%的要求，含泥量不大于2.0%，其他性能滿足《鐵路混凝土》(TB/T 3275—2018)的規(guī)定[3]。

粗骨料則要選擇粒型比較好、質(zhì)地堅(jiān)硬、線脹系數(shù)小的清潔碎石或者卵石，盡量選擇二級配骨料相互混合而成，也要保證粗骨料的最大粒徑不能超過16 mm,針片狀顆粒含量不大于5.0%，含泥量不大于0.5%，其他性能滿足《鐵路混凝土》(TB/T 3275—2018)的規(guī)定。

2.4 減水劑和引氣劑

在配制自密實(shí)混凝土?xí)r，加入適量的減水劑，可提升混凝土的耐久性，更好地控制裂縫，但需要保證所選的減水劑能夠與水泥、摻合料等材料之間具有良好的相容性，其性能應(yīng)滿足《鐵路混凝土》(TB/T 3275—2018)的規(guī)定[4]。

加入適量的引氣劑可促使自密實(shí)混凝土施工中氣泡能夠更加順利地排出，以免形成麻面，影響自密實(shí)混凝土的質(zhì)量。但在具體選擇時(shí)，需要保證引氣劑和減水劑、水泥、摻合料等之間能夠相互適應(yīng)，避免沖突[5]。

2.5 粘度改性材料

在自密實(shí)混凝土施工中，為最大限度地保證施工質(zhì)量，還需要合理選擇粘度改性材料，以提升自密實(shí)混凝土的粘度，防止泌水，改善混凝土和易性[6]。在改善離析問題的基礎(chǔ)上，不降低自密實(shí)混凝土施工的力學(xué)性能及耐久性。在本案例工程施工中，粘度改性材料的性能見表4。

表4 粘度改性材料的性能

2.6 膨脹劑和拌合水

膨脹劑盡量選擇Ⅱ型膨脹劑，以保證水中養(yǎng)護(hù)7 d的限制膨脹率不低于0.05%，空氣中養(yǎng)護(hù)21 d的限制膨脹率不小于-0.010%。

拌合水選擇可直接飲用的水，性能符合《鐵路混凝土》(TB/T 3275—2018)的要求。與拌合水相比，養(yǎng)護(hù)用水除可溶物、不溶物沒要求之外，其余應(yīng)當(dāng)和拌合水的性能一致[7]。

3 優(yōu)化自密實(shí)混凝土的配合比

3.1 配合比試驗(yàn)

為了優(yōu)化配合比，保證施工質(zhì)量，在施工前進(jìn)行了5次自密實(shí)混凝土配合比試驗(yàn)，具體的參數(shù)見表5。不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間后樣品的工作性能及強(qiáng)度、收縮率分別見表6和表7。

表5 5次自密實(shí)混凝土配合比試驗(yàn)的參數(shù) kg

表6 不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間后樣品的工作性能及強(qiáng)度

表7 不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間后樣品的收縮率

3.2 確定最佳配合比

11號(hào)和12號(hào)樣品的配合比中水泥用量比較大，樣品強(qiáng)度大，但同時(shí)其早期收縮率和自收縮率也比較大，容易形成裂縫，不利于保證自密實(shí)混凝土的施工質(zhì)量[8]。而21號(hào)樣品中沒有添加粘度改性劑，容易發(fā)生泌水問題，氣泡也容易上浮，收縮較快，容易形成裂縫，不利于保證自密實(shí)混凝土施工的耐久性。而TPB40R1和TPB40R2樣品基本上都能滿足本案例工程無砟軌道充填層自密實(shí)混凝土性能的要求，但從早期強(qiáng)度和收縮率上來看，TPB40R1樣品的性能更優(yōu)。因此，在本案例工程施工中，選擇TPB40R1作為主要的配合比，TPB40R2作為備用配合比。

4 施工效果分析

對于無砟軌道P5350Ⅲ板，A板采用 TPB40R1配合比，B板選用 TPB40R2配合比。軌道板底座由C40混凝土澆筑而成，再在上方布設(shè)一層厚度為5 mm的土工布，中間鋪一層φ 12 mm的鋼筋網(wǎng)片，四周用模板密封，中間灌注孔，兩邊及四角各留一個(gè)排氣孔，從軌道板中間孔單點(diǎn)連續(xù)灌注自密實(shí)混凝土。

揭板后，A板和B板均無收縮性裂紋，表面均無松軟發(fā)泡層，表面密實(shí)、平整、無離析、 露石。B板有蜂窩現(xiàn)象，表面無50 cm2以上的氣泡，6 cm2及以上氣泡的面積之和不超過板面積的2%。A板自密實(shí)混凝土與軌道板和底座的四周接觸良好，充盈性飽滿，B板側(cè)面充盈性略差，自密實(shí)混凝土和軌道板座粘結(jié)不飽滿。A板表面沒有明顯的流水痕跡，B板有少許流水痕跡，少量氣泡沒有排除，現(xiàn)總結(jié)如下。

1)采用聚羧酸減水劑+粘度改性材料+膨脹劑+外摻料為原材料制備的自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性及保塑性良好，構(gòu)件內(nèi)漿體包裹石子均勻流淌，順利穿過鋼筋網(wǎng)片，從排氣孔里流出，滿足自密實(shí)要求。

2)良好的工作性能和飽滿的充盈性能夠使混凝土更好地排除劣質(zhì)性氣泡，增強(qiáng)軌道底座和軌道板粘聚作用，能夠有效地預(yù)防軌道板上浮。

3)吸水載體使混凝土在水化過程中緩慢釋放水分，減少水化反應(yīng)失水導(dǎo)致的自收縮裂縫，微膨脹成分補(bǔ)償部分早期自收縮和干燥收縮，實(shí)現(xiàn)自養(yǎng)護(hù)、微收縮。

4)TPB40R1配合比混凝土具有充盈性飽滿、氣泡小、密實(shí)、粘結(jié)力強(qiáng)等特點(diǎn)，克服了C40自密實(shí)混凝土在密閉式無砟軌道Ⅲ型板中劣質(zhì)性氣泡難排除、上下混凝土界面粘結(jié)力小、混凝土易收縮的問題，能有效控制灌注過程中由混凝土引起的板上浮量。

5 結(jié)束語

結(jié)合新建鄭州至濟(jì)南鐵路ZPZQ-Ⅱ標(biāo)段實(shí)際情況，分析了鐵路軌道施工中自密實(shí)混凝土原材料和配合比的選擇與優(yōu)化。在自密實(shí)混凝土施工中，原材料的選擇是否達(dá)標(biāo)直接決定了整個(gè)工程的總體質(zhì)量，只有結(jié)合工程特點(diǎn)和現(xiàn)場實(shí)際情況，做好對施工原材料的選擇，并通過多次試驗(yàn)確定最佳的配合比，才能充分發(fā)揮自密實(shí)混凝土的優(yōu)勢，保證無砟軌道施工質(zhì)量。