高鐵橋面防水層纖維混凝土配合比優化設計及施工工藝探究

摘要：參考實際高鐵建設工程，圍繞高鐵橋面防水層纖維混凝土配合比優化設計及施工工藝展開研究，利用新型配合比的混合玻璃纖維進行混凝土配比設計，并與常規材料配比進行對比測試。分析適合低開裂敏感性和低塌落度的橋面防水層纖維混凝土施工工藝，并進行試驗效果分析。

關鍵詞：高鐵橋面;防水層;纖維混凝土配合比;施工工藝

0" "引言

“以橋代路”既能夠保證高鐵線路工程的水平精度和平穩性，還能降低高鐵施工對耕地資源的占比，有效提升國內高鐵平順、穩定、安全性能，提升高鐵橋梁使用年限，保證高鐵安全運營[1]。橋面防水層是高鐵橋梁結構直面方式構建的位置區域，用于防止外來水等浸到梁體中，從而避免梁體混凝土結構中鋼筋銹蝕，影響梁體使用壽命[2]。

調查發現，當前較常見的利用細石纖維混凝土配合防水卷材結構類型建設的防水層，易出現結構破壞情況，對高鐵列車的穩定運行構成危害。本文根據高速鐵路工程建設的實際需要，針對高鐵橋面防水層纖維混凝土配合比及施工工藝影響纖維混凝土性能因素展開探討，形成纖維混凝土配合比及施工工藝的設計優化方案。

1" "高鐵橋面防水層結構概述

橋面防水層根據構建材料種類不同，可分為有機防水材料和細石纖維混凝土配合防水卷材兩種。兩種類型各自具備自身特點。有機防水材料結構類型應歸結為柔性防水類型，其特征是操作便利、性能優勢明顯，但由于材料本身特點，此種形式防水易受到寒冷、雨水、高溫等外部環境影響，以及界面施工工藝的影響[3]。另一方面，與混凝土相比，有機材料在耐老化性、抗光照性和防凍性方面不具優勢，基于這些原因，使得有機材料的應用推廣受到限制。

據調查顯示，聚脲有機防水涂料施工過程中易受到路基情況、溫度條件、施工條件等環境因素影響。橋面經過噴涂處理后，防水層易發生裂縫、剝落等現象。通過一段時間的高速鐵路線路運營使用，聚脲防水層極易發生防水質量問題，且質量問題惡化趨勢明顯，對高鐵列車的正常運營造成危害。

細石纖維混凝土配合防水卷材結構類型，可歸結為剛性配合柔性聯合防水類型。此種形式混凝土保護層強度優良，防水層建成后不易受到外界環境影響，具備較高的使用耐久度，是比較常用的高鐵橋面防水結構類型[4]。

通過調查高速鐵路實際運營情況發現，防水層結構表面易發生受凍粉化剝落及產生裂縫等病害。通過病害研究分析發現，其病害誘因主要是纖維混凝土選材不科學及材料配合比設計不合理，導致混凝土收縮變化較大，以及纖維混凝土施工工藝缺陷使得纖維收縮開裂。纖維混凝土質量出現問題，嚴重影響高速鐵路橋面防水層結構的正常使用和鐵路線路的有序運營。

2" "高鐵橋面防水層纖維混凝土配比設計優化及效果

2.1" "優化設計防水保護層纖維混凝土原材料及配合比

本文針對某CRTSⅢ型板式無砟軌道結構的高速鐵路線路施工項目，進行試驗環境搭建，并進行防水保護層纖維混凝土原材料及配合比性能提升設計試驗。其橋面防水層主要為細石纖維混凝土配合防水卷材結構類型。

2.1.1" "優化纖維混凝土配合比

常規高鐵橋面防護層纖維混凝土易發生開裂病害，本次試驗采用低摻水量、低膠凝材料配比、低坍落度及高含氣量的“三低一高”設計理念，以降低纖維混凝土開裂現象的發生率[5]。此次試驗測試中，將高鐵橋面防水層纖維的摻水使用量，由常規的150kg/m³配比優化設計為低于145kg/m³，膠凝材料使用由常規的440kg/m³配比調整低于400kg/m³，坍落度由常規配合比（180±20）mm優化設計為（120±20）mm，氣體含量配比由常規的2%～4%區間范圍調整至4%～6%區間，同時控制纖維混凝土初凝時間應超過14h。

2.1.2" "優化纖維混凝土材料

以提升混凝土性能為目的，粉煤灰選取具備水配比低、燒失量低、細度品質恒定特點的材料的優質一級粉煤灰，摻量配比應不低于30%。為降低混凝土開裂敏感性，本次試驗選取常規硅酸鹽水泥或低熱硅酸鹽水泥材料。

為使防水層纖維混凝土達到低膠凝和低坍落度效果，本次試驗選取經過整形處理的雜質少、隔離規整、緊密空隙率小于40%，且直徑范圍在5～10mm區間的碎石作用粗骨料材料。為了有效提升纖維混凝土和易性，根據方案設計中的低混凝土膠凝材料用量、低砂率的配比原則，選取含泥量低、級配效果好的河砂材料，細骨料細度模數應限定在2.4～2.5區間范圍。

根據高鐵橋面防水層建設標準，常用聚丙烯腈纖維或聚丙烯纖維網作為防水保護層纖維混凝土。但使用此兩類纖維的弊端是配比時，混凝土需要更大量的水，從而造成混凝土密實度下降，導致混凝土變形收縮幾率增大，使纖維在混凝土中的防裂功能大幅減弱。針對這一情況，本次試驗選擇用水量少的分散集束型高鋯耐堿玻璃纖維，替換常規的聚丙烯腈有機纖維進行纖維混凝土配比制作。為了達到纖維混凝土的低坍落度效果，提升混凝土可施工特征，選擇敏感性不高、保坍效果好的聚羧酸類減水劑材料，并配合摻入適量引氣劑。

2.2" "纖維混凝土優化效果分析

根據方案設計選擇規定纖混凝土材料，并根據設計配合比完成混凝土的制備，設計混凝土強度等級為C40。將常規橋面防水層有機纖維混凝土與經過優化改良的玻璃纖維混凝土，進行工作性能、力學與耐久性能等方面對比分析。表1為常規與優化后的C40纖維混凝土工作性能。表2為常規與優化后的C40纖維混凝土力學與耐久性能。

根據表1和表2列出數據可知，經過設計改良配合比及材料型號的纖維混凝土，相比常規配合比混凝土，其混凝土凝結時間均不同程度的增加，其初期抗壓強度數值及變化趨勢明顯低于常規混凝土，從而有效的降低了混凝土初期（4天）收縮應力和開裂敏感性的參數。中期（8天和30天）時，優化配比混凝土抗壓強度略低于常規混凝土，末期（60天）抗壓強度基本一致。優化配比混凝土的劈拉強度高于常規混凝土，表明其抗裂性能得到顯著提升。

3" "高鐵橋面防水層纖維混凝土施工工藝優化及效果

3.1" "優化基層施工

正式施工前進行基層施工，控制施工后的基層無起皮、起砂、凹凸及尖銳物等，如不能達到規定標準，完成進一步鑿毛或磨平施工，處理后利用水泥砂漿找平。高鐵橋梁表面應保證清潔，沒有油污、殘渣等雜物，如不符合要求，利用鐵刷配合高壓風槍清潔處理。驗收合格并保證基層表面干燥后，在基層表面刷涂高聚合瀝青及防水涂料等表面保護材料，待其干燥后實施下道卷材鋪設工序。

3.2" "優化鋪設卷材施工

鋪設防水卷材時，應先使用噴燈加熱處理卷材瀝青下表面和基層表面保護材料，直到卷材瀝青下表面顏色亮黑，且呈流淌趨勢時停止加熱。控制加熱程度避免燒穿卷材或過度加熱。隨后將卷材底面向下前向滾動鋪設，鋪設起始位置從橋面邊緣開始，縱橫方向按從低至高次序完成。卷材鋪設時應控制平整度，保證基層與卷材之間不存在雜物，禁止發生脫貼、空鼓等情況。到泄水孔區域時應做修剪處理，保證泄水管下口外側與卷材鋪設緊貼。

3.3" "優化制備混凝土

利用強制雙臥軸攪拌設備進行纖維混凝土拌和，通常拌和時長超出4min，一盤制備2m3。拌和時長增加易折斷集束型玻璃纖維，為確保實際防裂性，經過驗證確定拌和工藝。將骨料與分散型玻璃纖維共同置入攪拌設備，再添加水、粉料及外加劑等，拌和2min，再置入集束型玻璃纖維材料，拌和1min出料。玻璃纖維摻量少，為控制其投料精準，應通過人工量測再經攪拌設備觀察孔置入。控制出料后的混凝土含氣量在5%～7%區間，坍落度在110～130mm米區間范圍。

3.4" "運輸混凝土控制

為保證纖維混凝土低坍落度使用需求，對運輸罐車提出了較高需求。罐車的進出料溜槽應保證平滑，表面不能出現雜質，以提高混凝土出入罐車的流暢度。在裝載混凝土前，應利用砂漿對罐體內部進行潤滑處置，完成潤滑排空砂漿后，進行纖維混凝土裝載。運輸時，禁止向罐中加水，同時避免對罐車溜槽或卸料口沖洗，以免水進入裝運罐內。

3.5" "混凝土施工控制

混凝土施工可按布料、攤鋪、振搗和抹平的工序完成。將混凝土運至施工區域，利用起重機吊裝料斗實施多點位勻稱布料，嚴禁通過泵送模式布料，嚴禁利用振搗推送料。混凝土布料完成后立刻實施混凝土攤鋪。攤鋪應使用反扣模式，利用彈線控制防水層底座攤鋪高度，控制擋水沿攤鋪高度與沿高持平。混凝土攤鋪施工如圖1所示。

完成混凝土平整勻稱攤鋪后，通過橫梁式振搗設備實施振搗，應控制振搗設備按1.5m/min的行走速率行進，控制混凝土均勻并完成振搗，同時避免產生混凝土過振情況。混凝土振搗施工如圖2所示。

實施振搗3min后，實施首次混凝土抹平操作。利用帶格子的塑料抹子或木質抹子提漿收面，施工從中間向兩側實施，控制橫向坡。隨后利用鐵抹子實施第二、第三次收面操作，控制防水層保持整體平整且不露骨料。如果施工環境同時具備溫度高、干燥且風力大的條件，可將第二、第三次收面并為一次完成。在梁縫和邊緣相應位置每2m間距設置1處引導縫。

如果施工環境具備三者中之一，應馬上完成最后的精細抹平操作，以修復控制聚集氣泡、砂眼等質量缺陷。如果氣候及氣溫適宜，可在三次抹平操作完成10min后進行精細抹平操作。三次抹平過程如圖3所示。

3.6" "優化混凝土養護

混凝土整體抹平操作實施完畢后約1h后，利用塑料膜將表面覆蓋，利用噴霧設備在薄膜表面噴水約1mm厚度，以增加薄膜質量，防止吹起。待混凝土硬化后，利用土工布覆蓋并澆水養護約28天。

3.7" "效果分析

經過配合比材料優化及施工工藝改良后的纖維混凝土，在經過一個月的養護操作后，基本未出現表面裂紋。但利用常規配合比材料及施工工藝的纖維混凝土，經過養護后出現了較明顯的裂縫。由此可見，優化設計后的纖維混凝土應用效果良好。

4" 結語

本文根據高鐵建設工程實際，針對高鐵橋面防水層纖維混凝土配合比優化設計及施工工藝進行試驗分析，設計了低開裂敏感性和低塌落度的橋面防水層纖維混凝土材料配合比及施工工藝。與常規配合比及施工工藝的纖維混凝土進行試驗效果對比，其性能效果較突出，具備一定的應用推廣價值。

參考文獻

[1] 杜存山，祝和權，張恒.無砟軌道混凝土橋面聚脲防水層的病害及維修[J].現代涂料與涂裝，2015，18（2）：29-31.

[2] 申俊秀.高速鐵路混凝土橋梁典型病害及防治對策[J].山西科技，2015，（5）：146-147+148.

[3] 朱杰.CRTSⅢ型板式無砟軌道底座板混凝土裂縫控制探討[J].建筑工程技術與設計，2019（14）：357.

[4] 孔保鋒.高速鐵路橋面防水層破壞機理與整治分析[J].山西建筑，2018，44（28）：158-161.

[5] 杜存山，祝和權.寒冷地區無砟軌道混凝土橋面防水體系設計[C].第十七屆中國科協年會論文集，2015：1-4.