商合杭阜陽西站無砟軌道高性能混凝土施工工藝探討

趙 然，陳曉濤

（中交隧道局商合杭鐵路站前六標項目部，安徽 阜陽 236000）

1 工程概況

商合杭高鐵（安徽段）SHZQ-6阜陽特西站位于安徽省阜陽市潁州區，正線路基2.95km，框架中橋4座，框架涵11座；CRTS Ⅰ型雙塊式無砟道床2.3552鋪軌公里，軌枕埋入式無砟軌道1.3876鋪軌公里，Ⅲ型板無砟軌道41.9387鋪軌公里。為保證阜陽西站無砟軌道結構的使用年限，依據設計單位要求采用C40混凝土（高性能）澆筑無砟軌道底座板、道床板，并灌注自密實混凝土完成整體結構形式。底座板比表面積大、結構厚度薄，面臨的最大問題就是開裂，所以底座板需要采用低膠材、低用水量、低坍落度和高含氣量的混凝土，并通過內養護和外養護，加強施工過程控制。為提高填充層的使用壽命和耐久性，結合設計要求采用高流動性、間隙通過性、抗離析性的高性能混凝土?，F就結合阜陽西站無砟軌道混凝土現場灌注工藝及質量管控的經驗做出探討。

2 高性能混凝土和自密實混凝土的特點

高性能混凝土（HPC）和自密實混凝土（SCC）是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上，采用目前最新技術配制混凝土而成的新型高性能混凝土，以耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩定性為主要設計指標，依據不同的工作性要求，保證其耐久性。

2.1 高性能混凝土的特點

（1）具有優益的抗滲性和穩定的強度。

（2）具有很好的和易性。混凝土具有非常好的工作流動性，在混凝土成型的過程中不斷層、不離析，且易于澆筑成型；在泵送和灌注的過程中也具有良好的泵送效果和自密實效果。

（3）體積穩定率較高，混凝土初凝期間水化熱較低，終凝后收縮變形小。

（4）低膠材、低用水量、低坍落度和高含氣量。外加劑采用雙摻，提高引氣劑用量；低坍落度但保證了混凝土的工作性，從而保證了強度，提高了混凝土的抗裂性能。

2.2 自密實混凝土的特點

與其他高性能混凝土相比，自密實混凝土具有獨特的性能。

（1）自密實混凝土無需人工振搗而自動密實每一個模板的角落，避免了人工漏振、過振施工缺陷而引起的耐久性不足。另外，對于有抗凍要求的引氣混凝土，還會減少由于混凝土振搗造成的混凝土含氣量損失過大而抗凍性不足的情況。

（2）硬化體性能要具有足夠抵抗外部侵蝕的能力和抗裂能力?；炷恋乃行阅芏际菫榱似溆不w結構能夠滿足設計要求，在設計使用年限內安全服役，因此自密實混凝土硬化體的性能必須有足夠的抵抗外部侵蝕的能力。

3 自密實和高性能混凝土的原材料選擇和管理

混凝土工作性能的提高主要是通過混凝土內部結構的變化和構件化學機理的優化來實現的，進而達到工程需要標準。高性能混凝土和自密實混凝土必須是均質混凝土，且必須采取嚴格的施工工藝和優質材料。

要提高混凝土的工作性能，首先要保證優質的原材料。高性能混凝土和自密實混凝土所用的原材料均為6種成分或更多組分構成。除了傳統混凝土的水泥、砂、石和水，還應有礦物參合料和外加劑；細集料采用Ⅱ區的河砂和優質機制砂；粗集料可為碎石和卵石；拌合水為潔凈的飲用水。自密實和高性能混凝土除對原材料的高要求相同以外，兩者也有不同點。

（1）自密實混凝土使用礦物摻合料的范圍比高性能混凝土多。

（2）自密實混凝土用砂細度模數比高性能混凝土細度模數小。

（3）用粗骨料的最大粒徑限制更嚴。

（4）功能性外加劑使用概率高。

3.1 阜陽西站原材料選擇

在阜陽西站無砟軌道混凝土配合比設計之前，做好相應的準備工作：原材料料原地進行大面積考察和監測，尤其是石子、中砂的考察和檢測，要求原材料質量的穩定性和規模適應性，杜絕材料供應不足和料源的不穩定性。為進一步提高混凝土的密實度和耐久性，自密實混凝土粗骨料二級摻入5～16mm，高性能混凝土粗骨料二級摻入5～20mm，確保了集配良好，降低了集料的孔隙率。外加劑對于地材總的含泥量和泥塊含量非常敏感，所以在中砂的選擇上，河砂要全部被水沖刷，保證進入拌合站的中砂潔凈、無雜質。自密實混凝土的細度模數為2.2～2.4，高性能混凝土的細度模數為2.8～3.0。

通過減水劑和引氣劑的引入，可以實現高性能混凝土在低水膠比條件下仍具有良好的性能。然而，高效減水劑對原材料的敏感性很高，因此在試驗配制和使用高性能混凝土之前，一定要掌握水泥、減水劑和粉煤灰的相容性，使高性能混凝土的和易性及工作性都能滿足要求。

通過粘度改性材料的引入，可以實現自密實混凝土在低水膠比條件下仍具有良好的性能。粘度改性材料對原材料的敏感性很高，因此在試驗配制和使用自密實混凝土之前，一定要掌握水泥、粘度改性材料和礦粉的相容性。使自密實混凝土中的粘度改性材料發揮作用，能在不降低自密實混凝土力學性能和耐久性的前提下提高自密實混凝土的工作性能。

3.2 阜陽西站原材料管理

材料檢測合格后，對試驗室沒有其參數和計劃使用的材料進行外委送檢，尤其是其中重要指標的檢驗，保證使用的都是合格材料。

物資部設專人對原材料進行采購、管理，設置待檢倉和合格倉，粗細骨料倉庫設置雨棚，拌和站配備砂石料篩分機和洗石機，進入現場的砂和石料在待檢查的倉庫中經過篩分和洗滌后將進入合格的倉庫。

各類材料進場的過程中，物資管理人員通知試驗檢測人員一起進行初驗。初驗無疑義，材料可以存入待檢倉，對材料抽樣進行檢測，保證材料符合規范標準要求，試驗結果需要接近試拌混凝土原材的指標。每一種材料都要有標識牌，標識牌上要有具體的名稱、規格、生產批號、廠家名稱、進場日期、檢測狀態、使用的工程部位等信息，防止誤用。

4 高性能混凝土和自密實混凝土的試配

配置高性能混凝土和自密實混凝土，對材料的要求非常嚴格。鑒于材料離散性很大，應結合耐久性、和易性、抗滲性、工作性，對材料進行多次組合適配。因為在配合比設計計算中，配制強度應是試拌或者施工的平均水平，因此控制材料質量穩定、計量精密、拌和規范也是優化配合比的前提和基礎，從而從多次適配數據中選擇最好的材料組分組合。這其中一定要注意環境溫度對混凝土產生的敏感性，在生產過程中注意變化和影響并及時作出調整，選擇最優的配合比設計和試驗。

在阜陽西站無砟軌道試配中，通過調整礦粉摻合料的配合比、引氣劑和內固化劑的摻量、外加劑的組成、砂率等進行正交優化設計，得出配合比如表1、表2所示。通過觀察現場混凝土澆筑及相關試驗結果，選用的配合比合理、流動性能良好、混凝土質量均勻。

5 高性能混凝土的攪拌

阜陽西站采用集中攪拌、供應方式。拌合樓完全按照鐵路總公司要求的標準化拌合站進行施工。中央拌合站的建立借鑒了商品混凝土攪拌站的經驗，保證了混凝土過程生產的質量。

高性能混凝土性能的提高主要是通過減水劑和水泥發生的化學反應，因此在混凝土的生產過程中必須重視化學活性。減水劑和引氣劑在混凝土中表現出的效率，能保證坍落度的損失，建議采用雙摻方法，再加入骨料，能使水泥、減水劑和引氣劑充分混合，有利于雙摻的利用。理想的進料順序如圖1所示。

圖1 理想的進料順序

一般情況下，這種理想的進料順序是可以保證混凝土的質量的，因為粗骨料、細骨料是一起進入運輸帶，下料后一起到混合倉中，所以實際操作時要結合拌合站的機組情況進行?？紤]到實際的節能和混合效率要求，在實際施工中難以滿足上述要求的進料順序，因此可以在現場拌和過程中使用。實際的進料順序如圖2所示。

圖2 實際的進料順序

為了保證高性能混凝土的攪拌效果，不能將材料同時倒入混合倉中，不能讓高效減水劑和引氣劑一起溶解到混合水中。不良的攪拌過程會對混凝土的質量有影響，無法保證坍落度。混凝土的性能必須有保證，在配置中必須提高其性能指標，考慮混凝土的經濟性，加大膠凝材料和外加劑的使用量并不是好方法。

無論采用何種混合工藝，都會加長攪拌時間，使減水劑中的成分均勻發揮，顯示減水劑的作用，避免不均性的發生、混凝土強度受到影響。

6 高性能混凝土的灌筑和振搗

底座板和道床板的施工質量重點體現在內在強度的耐久性和外觀。為保證底座板和道床板的施工重點，使其內實外美，在控制混凝土質量的同時還要對施工過程加以控制。高性能混凝土雖工作性好，減少了離析現象，但在澆筑過程中，以吊車斗送取代泵送轉運混凝土，平板振搗器加強振搗，4次抹面，才會真正減少表面收縮開裂。

表1 底座板、道床板配合比

表2 填充層自密實配合比

7 高性能混凝土的養護

阜陽西站無砟軌道底座板和道床板因設計要求采用三低一高高性能混凝土，并摻入內養護劑。通過內部養護減少混凝土收縮，提高混凝土內部溫度；通過內部調水提高混凝土內部含水量，改善內部相對濕度梯度。因此為混凝土提供內部養護、外部節水養護的模具養護，減少了固體結構的開裂。

8 高性能混凝土的質量波動

因高性能混凝土原材料質量、環境、施工差異引起的變化，難免會發生混凝土的質量波動。一般來說，原材料來源穩定、工藝設備先進、操作人員素質高，可以減少混凝土質量波動，但即使是同一廠家的優質產品也可能在一定范圍內波動。采用“三低一高”的原則配制高性能混凝土，抗裂性好、固體結構裂縫少，可減少高性能混凝土的質量波動。

9 自密實混凝土的拌和和灌筑

自密實混凝土攪拌時，宜先將粗骨料、細骨料、水泥、礦物摻合料和其他粉狀物料混入攪拌機中，拌合時間不少于30s，然后加入所需水量和摻合料，總拌合時間不得小于3min?；炷翑嚢枇恳袁F場實際體積為準，考慮混凝土罐車來回運輸時間。自密實混凝土入模前，應對自密實混凝土的溫度、坍落度膨脹、膨脹時間、含氣量、泌水量等進行檢測，符合要求后方可澆筑。

通過在落料噴嘴和其他澆注孔中的混凝土落下狀態觀察混凝土流動，隨時檢查軌道板下的混凝土流動情況，并在流量差時調整混凝土切割速度。澆筑完畢后，及時清除澆筑漏斗內多余的混凝土。自密實混凝土從開灌注到灌注的持續時間不宜超過13min，從加水拌合到灌注結束不宜超過1.5h。灌注過程中及時觀察并記錄6塊百分表的讀數，以確定軌道板的上浮值。灌注完成后3h內不得拔出除防溢管及中間灌注管。

10 自密實混凝土的養護

在自密實混凝土達到終凝后方能拆除壓緊裝置，夏季一般為8～10h，氣溫較低時宜適當延長，以20h左右為宜。混凝土拆模強度不應小于12MPa，且帶模養護天數不少于3d。自密實混凝土模板拆除后，混凝土表面應及時養護，灌注孔和觀察孔同樣保濕養護，自密實混凝土養護時間不得少于15d。

11 自密實混凝土的質量波動

高速鐵路自密實混凝土差異主要體現在混凝土的拌合物上，混凝土拌合物性能可導致自密實混凝土硬化體或自密實混凝土實體結構的質量缺陷。拌合物性能的常見問題包括拌合物流動性不足、離析泌水、氣泡上浮以及工作性能損失快等，這些問題會對自密實混凝土硬化體或者自密實混凝土實體結構產生不利影響。通過調整減水劑和砂率來解決在施工過程中出現拌合物流動性不足，無法填充整個模板，可能出現蜂窩狗洞的問題。混凝土離析、泌水無法灌注，應降低減水劑緩凝成分，調整配合比、控制坍落擴展度。灌注后表面出現泡沫層，應添加粘度改性材料、調整配合比。

12 結束語

在阜陽西站無砟軌道施工過程中，為保證混凝土的耐久性達到設計要求，從材料源頭的選擇到材料的進場管理，建立了嚴格的控制流程，且混凝土拌和、澆筑、振搗、養護的過程都進行了監控并提出了要求，相關人員遵守規章制度，將工程質量理念深入思想，保證責任落實到人，盡可能地保證混凝土的質量。結果顯示，現場混凝土表現出良好的施工性能，有效控制了底座板表面無裂紋，混凝土達到內實外美的效果。阜陽西站無砟軌道施工整體質量良好，自密實混凝土接板試驗通過率99%，底座板和道床板外觀達到了內實外美的效果，得到了監理及業主的一致好評。