充填層C40自密實混凝土的配合比設計

賀坦坦 郭 璞 郭安財

(中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030006)

?

充填層C40自密實混凝土的配合比設計

賀坦坦 郭 璞 郭安財

(中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030006)

根據無砟軌道充填層對自密實混凝土的要求，介紹了自密實混凝土的性能指標，闡述了C40自密實混凝土的配合比設計方案，并通過現場灌板揭板工藝性試驗，優化了混凝土配合比。

自密實混凝土，充填層，配合比，灌板試驗

自密實混凝土(Self-Compacting Concrete，簡稱SCC)也叫自流平混凝土，具有高的流動性、間隙通過性和抗離析性，澆筑時僅靠其自重作用而無需振搗便能均勻密實成型的高性能混凝土(硬化體具有高耐久性和高體積穩定性)[1]。鄭徐客專CRTSⅢ型板無砟軌道道岔板充填層采用C40自密實混凝土，設計厚度為90 mm，長度和寬度與軌道板對齊，采用單層鋼筋焊網。岔區板式無砟軌道支撐層結構屬典型的狹長板狀結構，若采用普通混凝土填充時，由于施工空間狹小，無法進行振動，充填層容易出現空洞、分層現象。而自密實混凝土具有良好的流動性、粘聚性及自填充性，不經振搗即可填充滿整個道岔區和包裹鋼筋，從而確保了道岔板與底座之間充填層的密實。

1 自密實混凝土性能指標

依據TJ/W 112—2013高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土暫行技術要求中各項規定[2]。

2 原材料的選擇

1)水泥。淮海中聯P.O42.5(低堿)水泥，密度3 090 kg/m3，比表面積340 m2/kg，堿含量0.05%，28 d抗壓強度46.0 MPa。

2)粉煤灰。銅山華潤F類Ⅰ級粉煤灰，細度為7.6%，燒失量為2.54%，密度2 300 kg/m3。

3)礦渣粉。徐州中稱S95級礦渣粉，燒失量為2.88%，比表面積416 m2/kg，密度2 900 kg/m3。

4)細骨料。山東沂河細度模數2.6，含泥量1.0%，密度2 610 kg/m3的天然河砂。

5)粗骨料。宿州埇橋的5 mm～10 mm,10 mm～16 mm碎石，以5∶5的比例混合成5 mm～16 mm的連續級配，表觀密度為2 700 kg/m3。

6)減水劑。山西黃騰HT-HPC聚羧酸系高性能減水劑，固含量26%。

7)膨脹劑。鄭州建文KT-2膨脹劑。

8)粘度改性材料。江蘇尼高TZ-Ⅱ粘度改性劑。

3 自密實混凝土的配制及試驗

確定好各種原材料后，依據CECS 203∶2006自密實混凝土應用技術規程，采用絕對體積法進行初步配合比的設計。

1)確定單位體積粗骨料體積用量(Vg)。

根據自密實性能等級選取Vg=0.28，單位體積粗骨料體積用量為280 L，質量為756 kg。

2)確定單位體積用水量(Vw)、水粉比(W/P)和粉體體積(Vp)。

考慮摻入粉煤灰、礦渣粉等摻和料配制C40自密實混凝土，且粗細骨料級配良好，選取單位體積用水量177 L(推薦值155～180)，水粉比1.05(推薦值0.80～1.15)，則粉體體積Vp=Vw/(W/P)=177/1.05=168.6 L，通過計算得到的粉體體積為0.168 6，介于推薦值0.16～0.23之間，單位體積漿體量=0.168 6+0.177 0=0.345 6,介于推薦值0.32～0.40之間。

3)確定含氣量(Va)。

根據所選用的外加劑的性能，設定自密實混凝土的含氣量為5.0%，即50 L。

4)計算單位體積細骨料用量(Vs)。

Vg+Vw+Vp+Va+Vs=1 000 L，則Vs=(1 000-280-177-168.6-50)=324.4 L,質量為847 kg，計算中未考慮細骨料中含有的少量粉體。

5)計算單位體積膠凝材料體積用量(Vce)。

單位體積膠凝材料用量Vce=Vp=168.6 L。

6)計算水灰比(W/C)和理論水泥用量(Mco)。

a.計算配制強度fcu.o=40+1.645×5.0=48.2 MPa；b.計算水灰比W/C=(αa×fb)/(fcu.o+αa×αb×fb)=(0.53×46.0)/(48.2+0.53×0.20×46.0)=0.46,根據用水量為177 kg,所以理論水泥用量為384.8 kg,體積為124.5 L。

7)計算單位體積摻合料量和實際水泥用量(Mc)。

通過計算得知單位水泥體積為124.5 L，不能滿足通過自密實混凝土性能計算出來的154.5 L的要求，本文擬采用活性礦物摻合料來補充粉體數量的不足。摻合料采用等量取代法，此處分三種方案進行計算：

方案一：粉煤灰取代水泥占水泥的25%，礦粉取代水泥占水泥的20%，則MB×25%/ρf+MB×20%/ρkf+MB×55%/ρc=Vce。

MB×25%/2.3+MB×20%/2.9+MB×55%/3.09=168.6。

則MB=474 kg；Mf=474×25%=118 kg；Mkf=474×20%=95 kg；Mc=261 kg。

方案二：粉煤灰取代水泥占水泥的30%，礦粉取代水泥占水泥的15%，則MB×30%/ρf+MB×15%/ρkf+MB×55%/ρc=Vce。

MB×30%/2.3+MB×15%/2.9+MB×55%/3.09=168.6。

則MB=468 kg；Mf=468×30%=140 kg；Mkf=468×15%=70 kg；Mc=258 kg。

方案三：粉煤灰取代水泥占水泥的15%，礦粉取代水泥占水泥的30%，則MB×15%/ρf+MB×30%/ρkf+MB×55%/ρc=Vce。

MB×15%/2.3+MB×30%/2.9+MB×55%/3.09=168.6。

則MB=486 kg；Mf=486×15%=73 kg；Mkf=486×30%=146 kg；Mc=267 kg。

綜合考慮自密實混凝土性能要求，內摻膨脹劑10%。

8)計算水膠比。

方案一：W/MB=177/474=0.37；方案二：W/MB=177/468=0.38；方案三：W/MB=177/486=0.36。

9)確定外加劑用量。

通過試驗確定聚羧酸系高性能減水劑用量為膠凝材料用量的1.5%；粘度改性材料外摻膠材總量的6.5%。

根據以上計算，C40自密實混凝土配合比匯總見表1。

表1 C40自密實混凝土配合比

4 試驗結果分析

從表2和表3的測試結果可以看出：配合比1，2，3均能滿足預期的一級自密實性能要求和強度要求，且強度上均有富余，所以本文所采用的設計思路與方法是能夠準確的設計出強度等級為C40的自密實混凝土。

表2 混凝土拌合物性能測試結果

表3 硬化體性能測試結果

為了進一步驗證試驗室配合比的施工可行性，在現場做了灌板試驗，確定灌板混凝土的工作性能及灌板質量。養護24 h后進行揭板試驗。觀察SCC表面有無灌注空洞，同時觀察SCC與軌道底座板的粘結情況。

配合比1入模擴展度為640 mm，揭板后觀察：SCC 充滿整個模板空間，骨料分配均勻，表面平整，無露石、露筋現象，與底座板、找平層粘結良好，揭板效果最佳。

配合比2入模擴展度為660 mm，揭板后觀察：SCC充滿整個模板空間，自密實混凝土與底座板的粘結較好，但混凝土表面有氣孔，有骨料堆積、漿骨分離現象，表面有松軟發泡層，揭板試驗效果不佳。

配合比3入模擴展度為590 mm，揭板后觀察：SCC 雖然整個模板分布有自密實混凝土，但有部分角落未完全充滿，表面不平整，有露石、露筋現象，切開斷面觀察，斷面上骨料分布不均勻，有骨料堆積、漿骨分離現象，揭板試驗效果不佳。

經過揭板試驗研究表明，入模坍落擴展度控制在600 mm～650 mm的混凝土灌注效果最佳。

5 結語

自密實混凝土是以獲得較優越的工作性能為配合比設計的首要目標，在此基礎上再考慮強度能否達到設計要求。充填層C40自密實混凝土澆筑質量的好壞將直接影響后期道岔安裝難易程度及工作量，且對今后高鐵運行安全、舒適意義巨大。因而加強C40自密實混凝土配合比的管理，需注意以下幾個方面：

1)嚴格控制原材料各項指標。

2)嚴格控制SCC中的空氣含量和氣泡質量。

3)嚴格按照規范標準要求檢測SCC的各項性能指標，符合要求方能灌注。

[1] CECS 203∶2006，自密實混凝土應用技術規程[S].

[2] TJ/W 112—2013，高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土暫行技術要求[S].

Mixing proportion design of filling sequence C40 self-compacting concrete

He Tantan Guo Pu Guo Ancai

(ChinaRailwayNo.3EngineeringGroupCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

According to ballastless track filling sequence demands for self-compacting concrete, the paper introduces self-compacting concrete performance index, and describes C40 self-compacting concrete mixing proportion design scheme. Through in-situ pouring-plate technology experiment, it optimizes the mixing proportion.

self-compacting concrete, filling sequence, mixing proportion, pouring-plate test

1009-6825(2017)06-0133-03

2016-12-17

賀坦坦(1988- )，女，助理工程師； 郭 璞(1982- )，男，工程師； 郭安財(1975- )，男，助理工程師

TU528

A