CRTS Ⅲ型板式軌道結構中自密實混凝土配比設計與施工

游 結

中鐵二十五局集團第三工程有限公司，湖南 長沙 410000

CRTS Ⅲ型板式無砟軌道具有多種優點，且為我國自主設計，現階段CRTS Ⅲ型板式無砟軌道已廣泛運用于各條新建高鐵軌道中，其結構形式主要是由軌道板、自密實混凝土充填層（8～11cm）、隔離層和鋼筋混凝土底座組成。其中，自密實混凝土充填層施工工序復雜，是CRTS Ⅲ型板式無砟軌道施工的關鍵一步，影響軌道板的整體施工質量。自密實混凝土充填層的施工質量與混凝土的配合比設計密切相關，混凝土的拌和性能和工作性能與配合比設計有關，當混凝土的工作性能滿足要求時，合適的拌和性能可以提高施工效率和質量。文章從CRTS Ⅲ型板具體施工實際出發，結合現有規范規定的自密實混凝土各項性能指標，對自密實混凝土配合比設計提出更加具體合理的控制指標，從而避免施工質量問題的出現，提高整體施工質量。

1 自密實混凝土配合比設計

1.1 原材料

水泥選用P·O 42.5水泥；粉煤灰選用F類I級粉煤灰；礦粉選用S95級礦粉；膨脹劑選用Ⅱ型膨脹劑；黏度改性材料選用能夠改善自密實混凝土工作性能且不降低自密實混凝土力學和耐久性能的黏度改性材料；外加劑采用具有可泵、緩凝、高效減水的復合型外加劑；細集料采用Ⅱ區中砂、細度模數為2.4，含泥量為1.9%；粗集料采用粒徑為5～16mm的碎石，含泥量為0.3%；水為自來水；原材料的各項技術指標均符合設計與規范要求。

1.2 CRTS Ⅲ型板揭板試驗

根據CRTS Ⅲ型板式無砟軌道的結構特點及自密實混凝土配合比設計的基本原則，合理選擇水膠比、礦物摻合料摻加量、單位用水量及砂率等主要參數，通過室內試驗確定自密實混凝土揭板試驗的初始配合比，確保各項性能指標均能滿足設計施工要求，然后通過CRTS Ⅲ型板揭板試驗調整自密實混凝土的配合比，得到最終的配合比，CRTSⅢ型板的揭板試驗具體工序如下：自密實混凝土封邊→潤濕模腔→灌注→養護揭板。

揭板試驗具體操作過程如下：（1）自密實混凝土封邊。首先需根據施工規范確定自密實混凝土的施工模板，每塊軌道板的自密實混凝土灌注時，需2塊側模、2塊端模、4塊四角模板。除澆筑模板外，還需封邊模板，包括[14#槽鋼面板、8mm厚的扁鋼筋板，模板的四角部位設置導流槽用于混凝土導流，每個導流槽的高度需比自密實灌注模板高5mm，自密實混凝土封邊需嚴格按照施工規范進行。（2）潤濕。為保證充填層與混凝土之間黏結良好，在封邊模板安裝后，需要提前用噴霧器對軌道板腔這個接近封閉的空間進行潤濕，防止澆筑時軌道板自身的空隙吸收自密實混凝土中的游離水，影響自密實混凝土的拌和性能，最終使混凝土內部產生較多氣泡，揭板后出現蜂窩麻面的病害，但潤濕不能過少也不能過量，應保持適當，宜為飽和面干狀態，表面允許有一定潮濕，但不得有積水和明水。（3）自密實混凝土灌注。自密實混凝土的灌注是揭板試驗的重要環節，在自密實混凝土入模前，必須檢測自密實混凝土的各項拌和性能，包括坍落擴展度、擴展時間T500。坍落擴展度不能過小，含氣量不能太大，拌和物的溫度不能過高，否則會影響灌注質量，保證混凝土的入模溫度在5～30℃，當各項拌和性能指標滿足規范要求時才能進行灌注。

自密實混凝土澆筑時需要盡可能減少空氣的進入，增大拌和物的含氣量，拌和物的含氣量對于成型狀況及硬化性能影響較大，含氣量過大會大幅度降低強度，由于模腔是四周封閉結構，必須設置排氣孔用于灌注時將模腔內的空氣排出，降低自密實混凝土的含氣量可提高成型質量。自密實混凝土的灌注速度和自由傾落高度也會影響灌注質量，速度不能過快或過慢，灌注時采用快慢相結合的方式進行灌注，在直線段與曲線段灌注時采取不同的自由傾落高度，兩者結合以控制灌注質量，避免充填不密實或者有大量氣泡的產生，同時保證下料的連續性，使得混凝土拌和物可以在軌道板下的封閉空間內實現連續流動，這樣才能充填密實且氣泡較少。

除此之外，灌注時應密切注意灌注混凝土的流動情況及灌滿程度，通過觀察下料管口模板內混凝土下降情況，并在灌注口的另外一側用木棒觸探混凝土流動到的部位，檢查混凝土在軌道板下的流動情況，當流動情況不良就及時調整混凝土下料速度，保證自密實混凝土的流動性。

1.3 施工質量問題

通過試驗室確定配合比后，現場灌注自密實混凝土充填層共18塊，在灌注第1塊板至第13塊板期間，灌注施工中及現場揭板后出現了如下問題。

（1）第1次澆筑采用的配合比如表1所示，采用配合比澆筑第1～7塊板，檢測新拌混凝土的各項性能指標如表2所示。

表1 第1次澆筑采用的配合比 單位：kg/m3

表2 新拌混凝土性能指標

第1～7塊板澆筑養護完成后，揭板后發現第1～7塊板表面出現浮漿層，并有大量氣泡，如圖1所示。通過反復試驗發現，自密實混凝土澆筑完成后出現大量氣泡是因為在澆筑過程中空氣不能及時排出，夾在軌道板與自密實混凝土之間形成大氣泡。結合自密實混凝土的控制指標進行分析：當新拌混凝土的擴展時間T500＞6s時會出現明顯大氣泡，此時混凝土的流動性不足，充填模腔時間較長不能充填密實。解決這種問題需要嚴格控制灌注混凝土時擴展時間T500的檢測值≤5s；且應控制混凝土入模溫度＜30℃，即在一天中氣溫較低時進行灌注；軌道板安裝前進行噴霧潤濕，降低板腔溫度。

圖1 自密實混凝土充填層表層浮漿層

（2）通過第1～7塊板的揭板試驗后，調整自密實混凝土的配合比，澆筑第8～13塊板，所采用的配合比如表3所示，新拌混凝土性能指標如表4所示。

表3 第2次澆筑采用的配合比 單位：kg/m3

表4 新拌混凝土性能指標

第8～13塊板澆筑養護完成后，揭板發現板面存在松軟發泡層，表面出現蜂窩麻面，如圖2所示。通過對配合比及拌和性能測試結果進行分析，發現混凝土擴展度＞680mm，混凝土包裹性差，在混凝土灌注過程速度過快，導致混凝土灌注過程中漿體上浮，石子下沉，氣泡和漿體集中在板面，從而產生松軟發泡層現象。將灌注混凝土擴展度控制在620～670mm，并嚴格控制澆筑速度，采用快慢相結合的方式進行灌注；調整外加劑組分，摻入增稠保水成分，提高混凝土黏聚性，能夠預防此病害的出現。

圖2 自密實混凝土充填層表面蜂窩麻面

（3）調整自密實混凝土的配合比，澆筑第14～18塊板，采用的配合比如表5所示，測試性能指標如表6所示，得到的自密實混凝土狀態及揭板試驗后的狀態良好。

表5 第3次澆筑采用的配合比 單位：kg/m3

表6 新拌混凝土性能指標

由揭板試驗可以看出，經調整的配合比，自密實混凝土的工作性能、可泵性、體積穩定性及力學性能良好，澆筑的軌道板無明顯病害，如圖3所示。

圖3 自密實混凝土填充層表面無明顯病害

2 配合比設計與施工質量

根據此次揭板試驗的效果，對比國內現行的自密實混凝土應用規范可發現，國內規范對自密實混凝土應用時性能的要求較為寬泛，難以適應具體施工實際，當自密實混凝土配合比設計按照現行規范規定的性能指標進行時，實際施工會出現各種質量問題。文章根據試驗情況及有關文獻，提出了更加具體有效的自密實混凝土性能指標，自密實混凝土設計時應考慮更加具體的性能指標才能保證施工質量，如表7所示。經實際施工與試驗證明，按照表7所示的性能指標值配制的混凝土能夠提升施工質量，保證工作性能。

表7 新拌混凝土性能指標總結

3 結論

（1）自密實混凝土配制時應嚴格挑選原材料的種類及摻量。砂率影響自密實混凝土流動性及黏聚性，要根據河砂質量選擇合理的砂率，試驗總結砂率控制在50%的效果比較好。

（2）自密實混凝土的配合比設計會影響自密實混凝土的拌和性能及工作性能，與自密實混凝土的施工質量關系密切，按照文章揭板試驗總結確定的性能指標配制的自密實混凝土，能夠減少自密實混凝土的部分病害。

（3）自密實混凝土施工需嚴格控制混凝土質量，應從源頭把關，在保證材料合格的情況下，應嚴格控制拌和設備的計量誤差，做到定期、不定期對拌和站稱量系統進行校驗，及時調整控制誤差范圍?；炷脸鰴C及澆筑過程中應嚴格控制混凝土的擴展度及流速。

（4）施工過程嚴格控制灌注時間及灌注質量，確保施工工藝流程順暢，各項指標滿足要求后方可進行灌注并一次性澆筑完成，嚴禁分多次灌注。