連續梁0#塊免振搗自充填混凝土應用技術

梅 達

中國鐵路南昌局集團有限公司，江西 南昌 330000

隨著我國高速鐵路的興建，大量鐵路線路需要跨越既有線和江河峽谷，因而鐵路橋的需求量逐漸增加，其中連續梁橋因施工縫少、剛度大、行車平順等優點被廣泛使用。連續梁橋按截面形式分為等截面和變截面兩種，箱型變截面因抗彎抗扭性能好、整體性強，是大跨度連續梁的主要截面形式。

修建連續梁橋需先澆筑0#塊，0#塊重量大、預埋件多且鋼筋雜，澆筑完成后以0#塊為施工平臺對稱施工其他節段，故0#塊的施工質量對后續施工影響較大。由于連續梁0#塊的結構特點，使施工存在難以振搗的情況，從而易引起鋼筋外漏、蜂窩、麻面等多種病害。

普通混凝土必須經振搗才能排除氣泡填充密實，而日本于1986年提出的自充填混凝土無須振搗，其依靠自身重力即可充填密實。相比普通混凝土，自充填混凝土具有以下優點：拌和澆筑過程中依靠自身重力填充模腔，無須機械或人工振搗；初始缺陷較少，尤其是早齡期階段；耐久性及安全性更高。近年來，自充填混凝土在許多發達國家被廣泛應用于土木領域的多種結構中，尤其是在CRTS Ⅲ型板式無砟軌道充填層中。

1 自充填混凝土配制技術

免振搗自充填混凝土所采用的原材料基本與普通混凝土相同，通過特定級配的粗骨料、適當的砂率、較多的膠凝材料及專用的減水劑、黏改劑配合使用，實現屈服剪應力小、保證有一定的黏度用于使骨料與漿體充分結合的目標，同時保證流動性好、抗離析性能強的性能要求。相比普通混凝土，自充填混凝土的配比設計中要考慮的因素更多，成本也更高，但可以通過配合比調整適當降低成本。進行自充填混凝土設計時，需充分考慮工程環境及工程特點，兼顧經濟性要求。一般來說，自充填混凝土的配合比設計需滿足強度、流動性及耐久性的基本要求。隨著自充填混凝土的發展，形成了粉體體系、增黏劑體系和混合體系。現階段多采用基于骨料間距模型的自充填混凝土配合比設計方法，即通過不同的施工環境及要求，根據經驗確定粗細骨料的間距系數，計算相應的粗細骨料體積，由混凝土強度等級確定水灰比，得到計算的初始配合比。自充填混凝土配合比計算過程中需遵循如下幾個原則：（1）0.85＜＜1.2。Vw為水的用量，L/m3；Vc+f為膠凝材料的用量，L/m3。（2）170＜Vc+f＜200。（3）粗骨料的用量Vg＜340L/m3。（4）最大粗骨料粒徑＜20mm。只有充分考慮各方面因素，得出的配合比才是合理的。

2 自充填混凝土性能評價指標

2.1 工作性能

因為目前沒有能全面反映免振搗自充填混凝土的工作性能的方法，所以需通過多種試驗評價自充填混凝土的填充性、間隙通過性及抗離析性能，從而獲得配合比設計時每一批混凝土的工作性能。為了使測試方法更具有可行性、可依據性及實用性，進而方便推廣自充填混凝土應用到更多的工程領域，結合新行的歐洲標準，在現有規范的基礎上，對自充填混凝土工作性能評價指標做系統的規定，如表1所示。

表1 自充填混凝土拌和物工作性能評價指標

2.2 力學性能

免振搗自充填混凝土的水膠比低，膠凝材料含量大，同時外加劑尤其是黏改劑的使用會影響自充填混凝土的耐久性能與力學性能。混凝土的力學性能測試通常包括抗拉壓強度、收縮徐變及彈性模量。自充填混凝土的抗拉壓強度性能必須滿足相應的規范要求，收縮徐變與普通混凝土相近或比其更小時才能應用于實際工程中。

（1）抗拉壓強度。研究表明，自充填混凝土與普通混凝土采用相同的水膠比時，前者的抗壓強度略高，但是兩者強度隨齡期增長的規律基本一致，滿足如下公式：

式中：fc為混凝土抗壓強度，MPa；t為混凝土齡期，d；w為水的質量，kg；b為膠材質量，kg。

自充填混凝土的抗拉強度與膠凝材料體積關系不大，故自充填混凝土的抗拉強度并不是必測指標，可按普通混凝土偏安全取用。

（2）彈性模量。自充填混凝土的粉體含量大，砂率較高，相對于普通混凝土而言，其彈性模量會有所降低。但部分研究表明，自充填混凝土的彈性模量與同等強度的普通混凝土基本一致，兩者之間的關系如下：

式中：E為混凝土靜力受壓彈性模量，MPa。

（3）收縮徐變。隨著高標號混凝土的使用，混凝土的收縮徐變逐漸得到了重視，其是影響結構耐久性的重要因素。近年來，越來越多超靜定結構的修建使收縮徐變的計算成為結構設計與施工控制不可缺少的內容。研究表明，自充填混凝土的收縮徐變值并不比普通混凝土大，在實際工程中無須采用額外的措施去補償收縮；特殊情況下自充填混凝土的收縮較大時，可添加膨脹劑補償收縮，以達到施工標準要求。

自充填混凝土的各項力學指標在《鐵路混凝土》（TB/T 3275—2018） 中針對不同施工部位做了詳細的規定，具體使用時應參照實際施工環境。

3 自充填混凝土的應用

（1）在高速鐵路中的應用。我國高速鐵路最先使用免振搗自充填混凝土，最先應用于京津城際鐵路亦莊車站。亦莊車站2/4#渡線道岔采用C40標號的自充填混凝土，共澆筑2組18號板式無砟道岔；采用重力式灌注方式進行灌注，按每組道岔分別施工。自充填混凝土設計要求擴展度＞700mm，28d抗壓強度＞40MPa。另外，京滬高速鐵路共16個車站道岔區采用了自充填混凝土；石武客專和京石客專也參照京滬高速鐵路自充填混凝土技術要求配制自充填混凝土，指導自充填混凝土施工。

（2）在橋梁中的應用。日本明石海峽大橋全長3910m，為懸索橋，其中2個錨錠采用自充填混凝土，共澆筑49萬m3強度為25MPa的自充填混凝土。自充填混凝土的使用使工期提前了20%，該橋2個錨錠的施工工期從2.5年縮短至2年。

連續梁0#塊是橋梁的一部分，承受的荷載與高速鐵路無砟軌道承受的荷載性質相似，承受的動、靜荷載小于無砟軌道中的動、靜荷載。自充填混凝土的各項性能指標確保其能成功應用在高速鐵路無砟軌道與橋梁的大體積混凝土中，因此自充填混凝土在連續梁0#塊中的應用具有可行性，可以有效解決振搗不密實的問題，提高結構的耐久性。

4 結論與展望

（1）通過試驗研究和理論分析可以證明，自充填混凝土的力學性能及耐久性能與普通混凝土基本一致，且自充填混凝土在一定程度上耐久性能更優。這意味著普通混凝土的有關規范基本適用于自充填混凝土，從而有助于自充填混凝土的推廣。

（2）自充填混凝土應用于連續梁0#塊時，因為是充填模腔，所以必須對其流變性能進行深度研究，確保可以充填密實。同時，應借助于流體元軟件輔助模擬，從而對自充填混凝土的澆筑施工進行適當優化。

（3）自充填混凝土對于橋梁的施工質量和效率有明顯的提高作用，但目前成本較高，因此對其進行充分研究使其成本降低，對自充填混凝土的推廣應用具有重要的意義。