CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土新型中轉料斗的研發與實踐

徐書飛，何曉斌，種連紅，舒磊，王充，曾曉輝，楊兵忠

（1.中鐵四局集團有限公司，安徽 合肥 230012；2.京唐城際鐵路有限公司，河北 唐山063000；3.京濱城際鐵路有限公司，天津 300457；4.中南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410075）

0 前言

CRTSⅢ型板式無砟軌道在我國高鐵建設中被推廣應用，而自密實混凝土填充層灌注作為其中的關鍵環節得以廣泛研究[1]。近年來，地下交通也開始使用自密實混凝土填充層軌道。國內自密實混凝土灌注流程大多還是先由攪拌站生產自密實混凝土，再由攪拌罐車送到施工現場，將自密實混凝土裝入自密實中轉料斗中，通過龍門吊等設備運送到待灌注的軌道板處。自密實混凝土從生產到灌注完成時間不宜超過120min，超出后其流動性可能發生較大損失。而高鐵、地鐵施工環境復雜，特別是在高架橋和長大隧道路段，混凝土攪拌車到達現場將材料轉運至料斗再到待灌注軌道板的時間常超出適宜灌注時間，造成混凝土離析分層，失去灌注條件[2]。

目前，國內自密實混凝土方面的研究集中在混凝土性能方向，通過加入不同的外加劑來改善自密實混凝土的流動性、和易性等[3]，而針對專門的防離析、防沉淀的灌注設備的研究基本屬于空白。

1 研究目的

本研究依托雄安至大興機場快線工程現場工藝性揭板試驗，采用新研發自密實混凝土中轉料斗，該料斗自帶攪拌功能，能控制攪拌葉片轉速，且下料口自帶流量監測和控制裝置，能遠程控制下料速度，監控灌板過程中軌道板上浮量與位移量。此舉旨在使自密實混凝土在長時間（超過2h）運輸過程中性狀不發生改變，保持流動性，減少成本。

2 工程概況

快線工程項目全長約86千米。中鐵四局三標段起訖里程為YK71+900-K103+000，全段設計CRTSⅢ型板式無砟軌道長度約31.1Km，其中地下段約9.87Km，高架段約21.2Km。Ⅲ型板共計12934塊，主要為P3710、P4305、P4856、P4925-1、P4925-2、P5600等類型。無砟軌道底座板及自密實混凝土約5.2萬m3，軌道板混凝土約3.5萬m3，鋼筋約15200t。

3 揭板試驗

工程于正式施工前先進行現場工藝性揭板試驗，設置2塊直線板和2塊曲線板，以驗證自密實混凝土配合比。本次試驗則主要驗證新開發的防離析、防沉淀、自帶動力和流量控制的自密實混凝土中轉設備的性能。

3.1 試驗設計

本次試驗流程為前期驗證自密實混凝土配合比，成功灌板后揭板，自密實混凝土層無工藝性氣泡、浮漿層，斷面切塊骨料分布均勻。自密實配合比確定后，測定自密實混凝土出機時T500時間及擴展度，由混凝土攪拌車運輸至現場，將混凝土轉移至中轉料斗中，慢速攪拌1h、2h、3h后，測定其T500時間及擴展度，判斷自密實混凝土的損失，再根據之后的揭板對比，驗證新的中轉料斗的實用性。

3.1.1 原材料

試驗用水泥為冀東水泥廠的P.O42.5普通硅酸鹽水泥；粉煤灰為山東華能德州電力的I級粉煤灰；礦粉為唐山瑞豐鋼鐵集團有限公司的S95級礦粉；粘改劑為安徽中鐵公司的ZTVM-1粘改劑；膨脹劑為安徽中鐵公司的TP-1膨脹劑；砂為淶水京淶建材有限公司的河砂，細度模數2.3，含泥量1%；碎石為5～10mm、10～16mm二級配碎石，淶水京淶建材有限公司提供；減水劑為安徽中鐵的聚羧酸高性能減水劑。

3.1.2 自密實混凝土配比

配合比見表1。經實驗室驗證初始配合比發現，混凝土流動性較大，包裹性較差，擴展度達到690，有離析現象。隨后降低用水量，增加粘改劑用量，優化后的混凝土擴展度670，灌板時間7min，揭板后有大量工藝性氣泡及浮漿層。繼續優化配合比，降低10～16mm碎石用量，由于粉煤灰進場檢測質量波動較大，因此減少粉煤灰用量，提高礦粉摻量，并減少水的摻量，在之后的揭板中，自密實層未出現工藝性氣泡和浮漿層，斷面切塊骨料分布均勻。

表1 自密實混凝土配合比的確定（kg）Tab.1 Determination of mix proportion of self-compacting concrete (kg)

圖1 初始配合比自密實混凝土擴展度Fig.1 Expansion of self-compacting concrete with initial mix ratio

圖2 調整配合比后自密實混凝土擴展度Fig.2 Expansion of self-compacting concrete after adjusting mix ratio

圖3 最終配合比自密實混凝土擴展度Fig.3 Expansion of self-compacting concrete with final mix ratio

3.1.3 軌道板鋪設及自密實混凝土灌注

軌道板的鋪設流程包括土工布隔離墊層的鋪設、鋼筋網片的安裝，軌道板的粗鋪與精調、壓緊裝置的安裝、灌注料口及觀察口的安裝、四角排氣口的接料裝置放置等。

圖4 軌道板鋪設Fig.4 Laying of track slab

3.1.4 揭板效果

調整配合比后，由混凝土攪拌車將自密實混凝土運送至試驗現場，經擴展度、含氣量等測定，混凝土狀態良好，灌板順利，揭板后無工藝性氣泡及浮漿層，達到驗收標準。隨后確定最終配合比，揭板均符合驗收標準。

圖5 調整配合比后揭板效果Fig.5 Pouring effect of self-compacting concrete after adjusting mix ratio

3.2 新型中轉料斗的試用

3.2.1 新型中轉料斗的構造

1）增加攪拌功能及自帶動力功能

在原有中轉料斗基礎上增加攪拌葉片、攪拌電機及柴油發電機或儲能電池，在轉運過程中自帶動力給自密實混凝土提供攪拌功能，防止自密實混凝土在轉運過程中出現大面積離析、浮漿、石子下沉等現象。

2）增加自動控制閘閥裝置和出口流量監控裝置

通過流量計信號反饋自動控制出口閘閥的開閉，實現軌道板灌注過程中的標準化控制。通過在不同溫度、濕度等工況下定量控制指標，如流量、流速、混凝土性能參數、灌注孔預留高度、灌注方式、混凝土運輸方式等，減少現場作業人員經驗施工引起的質量問題。

3）減少攪拌罐車等待時間

在灌注現場可使用多個自密實混凝土自帶動力攪拌中轉料斗，依實際需要的方量一次性轉接完所需自密實混凝土，確保澆筑工作連續進行，避免攪拌罐車長時間等待。

圖6 新型中轉料斗施工圖Fig.6 New transfer hopper in construction

3.2.2 不同時間擴展度的變化

在確定最終配合比及4次灌板揭板成功后，將自密實混凝土從攪拌車轉移到中轉料斗中，在料斗中放置1h、2h、3h，隨后測定自密實混凝土T500和擴展度。測定結果見表2所示。

表2 不同時間自密實混凝土擴展度變化Tab.2 Changes in expansion of self-compacting concrete at different time

從表2可以看出，自密實混凝土在新型中轉料斗中通過料斗自帶攪拌裝置勻速攪拌，3h后擴展度基本沒有損失，仍滿足灌注要求。

圖7 放入中轉料斗2h后擴展度Fig.7 Expansion of self-compacting concrete after 2 hours in transfer hopper

從圖9可以看出，自密實混凝土在中轉料斗中放置3h后仍可正常灌注，揭板后未發現大工藝性氣泡，斷面骨料分布均勻。

圖8 放入中轉料斗3h后擴展度Fig.8 Expansion of self-compacting concrete after 2 hours in transfer hopper

圖9 放置3h后灌板效果Fig.9 Pouring effect of self-compacting concrete after 3 hours in transfer hopper

4 結論

將新拌自密實混凝土放入本文新型的自帶攪拌功能的中轉料斗中勻速攪拌3h后，擴展度基本沒有損失，仍滿足灌板要求，后續揭板也達到了驗收標準，且此中轉料斗體積小，自帶萬向轉輪，可適應高鐵或地鐵長隧道的復雜地形，在一定程度上解決了自密實混凝土長距離、長時間運輸造成的狀態損失，避免無法灌板的情況發生。