CRTSⅢ板式無砟軌道自密實混凝土無損檢測和體積穩定性研究

楊連江

（中鐵十八局集團第五工程有限公司 天津 300350）

1 前言

CRTSⅢ型板是我國自主研發的高速鐵路板式無砟軌道結構，其結構特點是以軌道板與充填層自密實混凝土形成復合整體結構共同承受列車荷載，充填層自密實混凝土與底座板間設中間隔離層，通過底座板上限位凹槽進行限位。因此充填層自密實混凝土是影響CRTSⅢ型板式無砟軌道整體性能的關鍵。

目前CRTSⅢ型板式無砟軌道結構已成功在多條鐵路線進行了應用，但檢測充填層自密實混凝土實體質量的方法比較單一，無論是線下工藝性試驗還是線上灌板施工，均是通過揭板法[5]來檢測充填層自密實混凝土是否存在缺陷，并且對充填層自密實混凝土硬化后的力學性能以及體積穩定性的變化趨勢沒有過系統的研究。

本試驗依托新建鐵路鄭州至徐州客運專線，結合線下灌板揭板試驗，線上灌板施工，通過沖擊彈性波法檢測了充填層自密實混凝土的實體缺陷，并研究了灌注結束后自密實混凝土體積穩定性的變化規律。

2 現場試驗

2.1 試驗儀器

⑴沖擊彈性波法檢測自密實混凝土缺陷的設備：混凝土多功能無損測試儀，型號SCE-MATS-PA。試驗設備主要包括七個組件，分別是專用平板電腦、PA 型無損檢測儀主機、31sc 傳感器、無線遙控筆、激振錘、電荷電纜和數據線。

⑵測試自密實混凝土體積變化的儀器：百分表和磁力表架。

2.2 試驗內容

2.2.1 沖擊彈性波法檢測自密實混凝土缺陷

⑴試驗內容

結合線下灌揭板試驗來驗證沖擊彈性波法的準確性，共測試五塊板。

⑵試驗方法

利用沖擊彈性波法來測試充填層自密實混凝土缺陷，需在灌板結束自密實混凝土完全硬化后方能進行測試，試驗總共分為三個步驟：第一步測點布置，測點布置有兩種方法，分別是橫向布點和縱向布點；第二步是測試，測試包括信號激振和數據采集；第三步是數據處理及成像。

2.2.2 百分表測試自密實混凝土體積變化

⑴試驗內容

本試驗是利用百分表監測自密實混凝土剛灌注結束到灌注結束后7h 的體積變化規律，并且要測試不同溫度下灌注的自密實混凝土體積變化規律。

⑵試驗方法

自密實混凝土灌注前，在軌道板上的點1、2、3 和4 四個位置安裝百分表，百分表安裝完成后記錄初始數值?；炷凉嘧⒔Y束后立即記錄百分表上顯示的數值，然后每隔1h 記錄一次百分表上顯示的數值，直至記錄到灌注結束后的7h。

3 結果及分析

3.1 沖擊彈性波法測試自密實混凝土缺陷

3.1.1 橫向布點法測試

橫向布點法總共測試了四塊，板命名為1#板、2#板、3#板和4#板。其中1#板和2#板均為同一天灌注，入模擴展度為640mm，T500 為5.8s 左右，含氣量為8%，灌注時間在7min 左右。3#板和4#板為同一天灌注，入模擴展度為650mm，T500 為4.5s 左右，含氣量為6%，灌注時間均在6min 左右。

本次試驗采用橫向布點測試充填層自密實混凝土缺陷，共布置1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13 條測線，每條測線測18 個點，其中每兩條測線間隔0.2m，測點間隔0.33m。

按上述布點方式從左到右逐點進行敲擊測試，以沖擊彈性波為媒介，在預定測點處采用檢測儀激振并接收有效信號，進一步通過分析振幅參數衰減情況來判定灌注板自密實混凝土質量好壞。每測試一點進行一次數據采集及儲存，直至第一條測線測完。如同第一條線操作方法直至13 條測線測完。

測試完畢后通過測試儀器自帶軟件的快速成像功能將13 條測線振幅參數進行合成和處理，形成等值線平面圖形，此圖形可對充填層自密實混凝土缺陷部位進行成像，具體情況如下：

圖1和圖3中右側彩色條表示的是缺陷程度，自密實混凝土質量越好，能量在混凝土傳播過程中衰減越大，逸散的就越多，振幅比就越小。從下到上振幅比越大，彩條顏色越深表征的缺陷越嚴重，圖1和圖2藍色部位表示充填層自密實混凝土比較密實，沒有明顯或較大的缺陷，圖3和圖4黃色部位表現的是充填層自密實有缺陷的部位。

圖1 1#板成像情況

圖2 2#板成像情況

圖3 1#板揭板情況

圖4 2#板揭板情況

結合圖1和圖2、圖3和圖4，對比成像情況和揭板情況，表明利用沖擊彈性波方法，在測點布置密集的情況下，能夠確定整個板體缺陷的分布。

從圖5、圖6、圖7、圖8中成像情況和具體缺陷情況可以看出利用沖擊彈性波法可以確定整個板體的缺陷分布及缺陷的嚴重情況，但具體缺陷問題不能在成像中完全反映出來，成像中的缺陷位置和實際板中的缺陷位置還存在一些差異，一些缺陷未能完全顯示出來。

圖5 3#板成像情況

圖6 3#板具體缺陷情況

圖7 4#板成像情況

圖8 4#板具體缺陷情況

圖6和圖8是兩塊板的具體缺陷情況，根據這兩個圖可以得出，利用沖擊彈性波法測試的板所成像描述的缺陷一般有四種情況：單個氣泡直徑比較大的情況或空洞（2cm以上）、大氣泡比較集中的情況、小氣泡比較集中的情況和泡沫層情況。

3.1.2 縱向布點法測試

縱向布點法總共測試了一塊板，板命名為5#板。入模擴展度為660mm，T500 為4.5s 左右，含氣量為8.3%，灌注時間在13min 左右。

本次試驗共布置15 條測線，每條測線測7 個點，其中每兩條測線間隔0.4m，測點間隔0.4m。按上述布點方式從下到上逐點進行敲擊測試，每測試一點進行一次數據采集及儲存，直至第一條測線測完。如同第一條線操作方法直至15 條測線測完。測試完畢后通過軟件將15 條測線進行合成和處理，形成等值線平面圖形，此圖形可對充填層自密實混凝土缺陷部位進行成像。

無一例外，此布點測試結果和橫向布點測試結果基本相同，從成像情況和揭板實際情況可以看出成像里的缺陷位置和實際的缺陷位置大體上是相吻合的，并且縱向布點法可以測試出板的邊界效應，也就是可以表現出邊角部位的缺陷。

3.2 百分表測試自密實混凝土體積變化

在整個CRTSⅢ板式無砟軌道自密實混凝土施工過程中，自密實混凝土工作性能的好壞與穩定決定著灌板的成功與否，我們除了要控制自密實混凝土的質量外，還要控制軌道板的浮沉情況。技術要求中軌道板的上浮不能超過2mm，軌道板的浮沉主要取決于兩方面因素：第一，跟壓緊裝置有關；第二，自密實混凝土體積變化引起的。在線下灌揭板試驗過程中，我們分別對上述兩種情況進行了系統的研究，軌道板上浮下沉的監測手段是通過在軌道板接近四個角的部位安裝百分表來實現。

（1）進行灌揭板試驗時，壓緊裝置采用的是橫向壓杠壓緊，在底座外側植入短鋼筋，通過螺桿與壓杠連接進行固定。經過大量的灌板試驗發現：當橫向壓杠為4 道時，灌注過程中軌道板容易上浮，上浮量大部分在1.5mm 以上，甚至超過標準規定的2mm 控制量。當橫向壓杠為5 道時軌道板上浮量比較小，一般穩定在在0.5～1.5mm 之間，質量控制較好。

（2）軌道板的上浮與下沉除了發生在灌板階段，在灌注結束后隨著自密實混凝土體積的變化也會發生一定的變化。為了研究這一變化規律我們從灌板結束到都結束后7h 對自密實混凝土體積變化進行了跟蹤，具體情況如下：

圖9 是環境溫度在30℃時，測試的軌道板上浮情況，圖中的a、b 分別是自密實混凝土入模坍落擴展度為670mm、680mm，T500 為4.0～5s 之間，灌注時間在14min、12min，灌注過程中及灌注完成后7 小時測試的軌道板上浮情況（每個圖的初始點均為灌注結束后的上浮情況）。從圖中可以看出軌道板在灌注完成初期呈現下沉趨勢，該部分下沉主要表現為混凝土的自然沉降，4h 內達到最大，最大下沉量可達到0.3mm（相對初始點，下同），在4h 之后出現上浮趨勢，在7h 內上浮最大量均未超過0.5mm（相對初始點，下同），且與初始值相近甚至略低。

圖9 30℃時軌道板上浮趨勢

圖10 是環境溫度在28℃時，測試的軌道板上浮情況，圖中的a、b 自密實混凝土入模坍落擴展度均為670mm，T500 為4s 之間，灌注時間為10min 左右，灌注過程中及灌注完成后7h 測試的軌道板上浮情況。這兩次試驗均是在灌注完成至1h 開始拔管，在這個過程中軌道板出現輕微上浮，拔管前后下降在0.1mm 左右，1h 之后開始出現下沉，4h～5h 之間達到最大，最大下沉量可達到0.29mm，在5h 之后出現上浮趨勢，在7h 時也是與初始值相近甚至略低。

圖10 28℃時軌道板上浮趨勢

4 小結

（1）沖擊彈性波法測充填層自密實混凝土缺陷試驗表明：該方法具有一定的可行性，此種方法可以較為準確的測出充填層自密實混凝土的缺陷分布，測試的缺陷有五種情況：單個氣泡直徑比較大的情況或空洞（2cm以上）、大氣泡比較集中的情況、小氣泡比較集中的情況、離縫情況和泡沫層情況。但也存在一些不足亟待改進，沖擊彈性波法雖然能夠測出上述五種情況的缺陷，但成像上不能進行區分，不能對號入座，尤其是對泡沫層的厚度、深度以及面積不能很好的從成像中表現出來。

（2）百分表監測軌道板上浮試驗表明：當壓緊裝置橫向壓杠設置為5道時，灌注過程中軌道板上浮量可以控制在1.5mm以內，即使灌注結束后混凝土體積略微發生一些變化，也不會使軌道板的上浮量超出標準；在28℃～30℃之間，自密實混凝土灌注結束后5h以內，軌道板呈下沉趨勢，并且在5h左右達到最大下沉量，5h以后混凝土開始發生膨脹，軌道板呈上浮趨勢，但不論下沉還是上浮，變化量均未超出要求控制量的2mm。