CRTSⅢ型軌道板C60混凝土工藝研究

收稿日期：2024-04-18

基金項目：中國鐵路總公司重大課題“高速鐵路無砟軌道關鍵技術深化研究”（2014G001-B）

作者簡介：劉秀元（1978—），男，山西繁峙人，中鐵第五勘察設計院集團有限公司正高級工程師，主要從事高速鐵路和地鐵工程的施工、設計和科研工作。

摘 要：CRTSⅢ型板式無砟軌道先張法預應力混凝土軌道板，是具有我國完全自主知識產權的高速鐵路技術，也是目前最先進的高速鐵路無砟軌道。軌道板采用C60高性能混凝土澆筑，提高軌道板使用的強度和耐久性，軌道板要求工廠化生產。為了提高軌道板生產質量和工廠化生產的要求，結合軌道板生產過程經驗，研究了軌道板C60混凝土制備和澆筑工藝。主要包括，混凝土原材料、混凝土配合比設計計算、混凝土配比確定、混凝土拌和、混凝土澆筑、混凝土養護。

關鍵詞：先張CRTSⅢ軌道板；C60混凝土；配合比；摻和料；澆筑；拉毛

DOI：10.13783/j.cnki.cn41-1275/g4.2024.04.019

中圖分類號：TU528.31 ""文獻標識碼：A ""文章編號：1008-3715（2024）04-0123-06

1 高速鐵路先張CRTSⅢ軌道板

高速鐵路先張CRTSⅢ軌道板是具有我國自主知識產權的高速鐵路無砟軌道結構，是在總結了日本I型板、德國Ⅱ型板、國產道岔板以及后張法Ⅲ型板的優點上，開發出來的一種新的無砟軌道結構。主要創新點包括： 擴展了板下填充層材料、改變了板式軌道限位方式、優化了軌道結構、改善了軌道彈性、實現了軌道板雙層雙向先張法預應力方式及完善了設計理論體系；預應力鋼筋端部設置錨固板，提高軌道板耐久性；改原Ⅰ型無擋肩板為有擋肩板，配套彈性不分開式扣件（WJ-8型），有利于降低軌道剛度，提高軌道彈性；實現了板下兩排門形筋和內設鋼筋網片的自密實混凝土填充層之間的一體化連接。

高速鐵路先張CRTSⅢ標準軌道板為P5600型，長5600 mm，寬2500 mm，厚200 mm。先張法CRTSⅢ型軌道板為有擋肩設計、板底帶門形鋼筋、縱向雙層橫向單層雙向預應力先張拉，采用C60混凝土澆筑［1］，按60年不大修設計。有擋肩設計，承軌面設置1GA6FA40軌底坡，配套國產WJ-8型彈條扣件，可實現鋼軌扣件低剛度化。為適應高速鐵路在城市地區小半徑曲線地段鋪設的需要，采用二維可調模板方法制造CRTSⅢ型軌道板，承軌臺上下和沿線路方向左右可調節。板底面設置門形鋼筋，鋪設后與底座板澆筑一體，再與帶鋼筋的底座限位凹槽一起形成整體復合板結構，防止軌道板與填充自密實混凝土離縫，以及限制軌道板的縱橫豎向移動，同時增加軌道質量，有利于減輕軌道沖擊振動作用。軌道板頂面中線兩端和中間設有觀察孔和灌注孔，用于鋪設軌道板時，灌注自流平混凝土。軌道板兩側面端部對稱設有兩對起吊定位螺栓孔。軌道板規格尺寸見下圖1高速鐵路先張CRTSⅢ標準軌道板圖（P5600）。

2 高速鐵路CRTSⅢ型軌道板C60混凝土原材料要求及選擇

2.1 水泥

軌道板預制選用普通硅酸鹽水泥，強度等級為42.5級，不能使用早強型。堿含量不得超過0.60%，SO3含量不應超過3.0%，CL-含量不應超過0.06%，熟料中的鋁酸3鈣含量不得超過8.0%。

2.2 砂子、碎石

砂子：選用堅硬、干凈、級配合理的天然中粗河砂，Ⅱ區中砂（細度模數2.3～3.0）。細度模數為2.3～2.8，含泥量小于1.5%、氯化物含量小于 0.02%。

碎石：采用堅硬、干凈的二級或多級單粒級碎石，按最小堆積密度配制而成，各級碎石必須分級儲存、運輸、計量，最大粒徑20 mm，含泥量按重量計＜0.50%，氯化物含量＜0.02%。5～20 mm連續級配碎石。

不得使用具有堿－碳酸鹽反應活性或砂漿棒膨脹率（快速法）大于0.20%的堿－硅酸鹽反應活性的骨料。當碎石砂漿棒膨脹率≥0.10%且＜0.20%時，需采取抑制堿-骨料反應技術措施。

2.3 減水劑

采用聚羧酸高性能減水劑，減水率較高、坍落度損失較小、適量引氣、能明顯提高混凝土耐久性且質量穩定的產品，與水泥之間應有良好的相容性［2］。樣品所檢項目減水率、含氣量、泌水率比、壓力泌水率比、抗壓強度比、坍落度1h經時變化量、凝結時間差、甲醛含量、硫酸鈉含量、CL-含量、堿含量、收縮率比經檢驗符合技術要求；水泥凈漿流動度、對鋼筋銹蝕作用、pH值、含固量、密度、相對耐久性符合要求。

2.4 摻和料

礦物摻和料采用復合型摻和料，進行CL-含量、燒失量、SO3含量、含水率、需水量比、游離CaO含量、MgO含量、活性指數的檢驗。滿足表1中所列的所有條件［3］。

2.5 拌和用水

使用飲用水，檢驗水的pH值、不溶物含量、可溶物含量、氯化物含量、硫酸鹽含量、硫化物含量、堿含量、凝結時間差、抗壓強度比［4］。

所有原材料經檢驗必須符合標準TJ/GW118—2013《高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道先張法預應力混凝土軌道板暫行技術條件》和TB/T3275—2011《鐵路混凝土》技術要求。

3 C60混凝土配合比的設計要求

3.1 C60混凝土配合比的詳細技術要求

根據《高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道先張法預應力混凝土軌道板》（Q/CR567—2017）、《鐵路混凝土強度評定標準》（TB10425—1994）、《鐵路混凝土結構耐久性設計規范》（TB10005—2010）、《鐵路混凝土》（TB/T 3275—2011）的要求，該C60混凝土配合比的詳細技術要求如下：

1.混凝土初始坍落度應控制在100±20 mm，混凝土坍落度的保持時間根據拌和站供應的距離與道路運輸情況，混凝土拌和物的1 h坍落度損失不大于20 mm，同時保證能夠滿足施工要求［5］。

2.混凝土拌合物初始含氣量2.0%～4.0%，混凝土拌合物的1 h含氣量2.0%～4.0%。

3.質量要求

（1）設計強度等級C60級，16 h左右放張強度≥45 MPa，彈性模量≥3.65×104 MPa，16 h左右放張彈性模量≥3.35×104 MPa。

（2）混凝土抗凍性試件在凍融循環300次后，重量損失不應超過5%，相對動彈性模量不應低于60%。

（3）混凝土抗滲試件的抗滲等級應大于P20。

（4）混凝土CL-擴散系數（L1）不應大于5×10-12m2/s。

（5）混凝土電通量應小于1000C（毫安/米）。

（6）混凝土56d收縮率不應大于400×10-6。

（7）混凝土堿含量不應大于3.0 kg/m3，CL-含量不應大于膠凝材料量的0.06%，SO3含量不應大于膠凝材料總量的4.0%。

3.2 C60混凝土配合比的設計步驟

1.根據JGJ55—2011計算配制強度：

fcu，0≥1.15fcu，k

fcu，0≥1.15×60

即：fcu，0≥69.0

2.計算基準水膠比，根據JGJ55—2011規范查表aa=0.53，ab=0.20，由于本配合比中不使用粉煤灰以及?；郀t礦渣粉而是選用復合摻合料，考慮到復合摻合料對膠凝材料28d膠砂抗壓強度的影響，因此選取影響系數rs=1.0，對基準水膠比進行計算如下［6］：

W/B=aa×fb/（fcu，0＋aa×ab×fb）=

0.53×1.0×42.5×1.16/

（69.0＋0.53×0.20×1.0×42.5×1.16）=0.35

根據標準要求以及以往生產經驗，為更好地確?；炷翉姸纫约澳軌驖M足混凝土耐久性指標要求選定水膠比W/B=0.27。

3.通過試驗確定混凝土單方用水量（摻加外加劑時）：mw0=130 kg/m3。

4.計算總膠凝材料用量mb0=mw0/（W/B）=130/0.27=481 kg/m3，取值膠凝材料總量為480 kg/m3。

5.計算膠凝材料中水泥和復合摻和料的用量，根據復合摻和料廠家提供的合理摻量為10%，計算復合摻和料用量mf0=mb0×10%=480×10%=48 kg/m3，進一步計算水泥用量mc0=mb0-mf0=480-48=432 kg/m3。

6.計算外加劑用量，根據外加劑廠家提供的合理摻量為膠凝材料總量的1.0%，計算外加的用量為

ma0=mb0×1.0%=480×1.0%=4.8 kg/m3。

7.確定砂率

根據本板場粗、細骨料對應的相應技術指標、混凝土拌和物性能和施工要求，結合本板場之前的生產經驗以及歷史資料確定砂率為βs=ms0/（mg0＋ms0）=36%。

8.采用體積法粗、細骨料的用量：

mc0ρc+

mf0ρf+

mg0ρg+

ms0ρs+

mw0ρw+0.01α=1

通過試驗得出各種材料的密度為：

水泥密度ρc=3040 kg/m3，

摻和料密度ρf=2300 kg/m3，

砂子密度ρg=2660 kg/m3，（緊密密度），

碎石密度ρs=2580 kg/m3，（緊密密度），

水和外加劑密度ρw=1000 kg/m3。

因本配合比未使用引氣劑或引氣型外加劑，因此α取1，結合砂率36%計算得出：ms0=661 kg/m3，mg0=1174 kg/m3。因本板場粗骨料選用的是5～10 mm和10～20 mm兩級連續級配［7］，根據試驗結果級配比例為5～10 mm碎石：10～20 mm碎石=3GA6FA7，因此，本配比細骨料用量為661 kg/m3，粗骨料總用量1174 kg/m3（其中5～10 mm碎石為352 kg/m3，10～20 mm碎石為822 kg/m3）。

最終初步確定理論材料用量表如表2。

4 C60混凝土配合比驗證和確定

4.1 C60混凝土配合比驗證

1.采用表2中所提供的CRTSⅢ型軌道板用C60混凝土理論配合比數據進行試拌，對混凝土拌和物性能進行檢測，并留置試件對混凝土力學性能及混凝土抗凍、抗滲、電通量、CL-擴散系數、56 d收縮率等性能進行跟蹤檢測［8］。

2.試拌混凝土的拌和物性能詳見表3。

3.混凝土的力學性能試驗結果詳見表4。

4.對混凝土抗凍等級、抗滲性能、電通量、CL-擴散系數、56 d收縮率等耐久性能進行委外檢測，試驗結果詳見表5。

5.混凝土配合比驗證結果分析。

（1）該配合比的膠凝材料用量滿足規范標準的最低膠凝材料用量的要求。

（2）該配合比的混凝土拌和物性能試驗結果滿足規范標準要求。

（3）該配合比的混凝土力學性能滿足規范標準要求。

（4）該配合比的混凝土抗凍等級、抗滲性能、電通量、CL-擴散系數、56 d收縮率等耐久性能滿足規范標準要求。

（5）根據原材料委外檢測數據計算該配合比堿含量為2.4 kg/m3，CL-含量為0.04%，SO3含量為2.3%，均滿足規范標準要求。

以上采用的規范標準為：《高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道先張法預應力混凝土軌道板》（Q/CR567—2017）、《鐵路混凝土》（TB/T 3275—2011）標準要求。

4.2 C60混凝土配合比確定

根據上述驗證試驗結論以及混凝土耐久性檢測報告，該配合比膠凝材料用量、拌合物性能、力學性能、長期性、耐久性以及有害物質含量等各個方面均滿足標準以及設計圖紙要求［9］， 可以用于先張CRTSⅢ型軌道板現場C60混凝土施工，詳細理論配合比數據如表6。

6 混凝土制備

6.1 混凝土施工前檢查

檢查結構鋼筋、預應力鋼筋及預埋套管的位置和間距，用絕緣電阻測試儀檢測鋼筋骨架的絕緣性能，電阻值須＞2 MΩ。確認接地橋的位置和焊接質量滿足設計要求，接地端子與模具連接螺栓是否擰緊。道釘孔預埋件是否有漏裝、松動、歪斜、破損、上浮等。起吊套管是否安裝牢固，張拉桿橡膠錨穴墊是否有脫落、破損、離縫［10］。灌漿孔內模固定螺栓是否擰緊。鋼筋保護層墊塊的位置、數量及綁扎是否牢固，是否綁扎安裝軌道板電子標簽，端側模安裝是否牢固。檢查合格后方可進行軌道板澆筑。

6.2 軌道板場設備配置

混凝土采用強制式攪拌機拌合，攪拌機采用HZS120螺旋強制式攪拌機，配置100噸水泥罐6個，4個摻和料罐，4個10噸塑料減水劑罐；拌和站建有3個全封閉式合格砂石料倉和3個待檢砂石料倉，中間用砌筑磚墻分隔開，合格倉和儲水池設計暖氣管道，滿足冬期施工需要［11］。拌和主機全封閉，粉料罐有除塵裝置。

6.3 混凝土拌合要求

1.混凝土配合比應通過試驗確定，膠凝材料用量不得超過500 kg/m3， 水膠比不得≤0.35，含氣量在2.0%～4.0%之間。混凝土拌和前對所選用水泥、碎石、砂子、摻和料、外加劑等原材料 制作電通量、抗凍性試塊各1組，氯鹽環境下CL-擴散系數試件1組，進行耐久性試驗，由不同原材料帶入混凝土內的堿含量、CL-含量和SO3含量符合要求。

2.各種原材料的最大允許誤差：膠凝材料（水泥礦物摻和料等）±1％，外加劑±1％，粗砂子±2％，拌和用水±1％。投料順序：先投入骨料、水泥和礦物摻和料，攪拌均勻后，加水和液體外加劑（外加劑與礦物摻和料同時加入），直至攪拌均勻為止［12］。拌和時間不小于120 s，一般不大于180 s。

3.拌和物澆筑時，模具溫度須在5～35℃。當溫度過低或過高時，應對模具采取升溫或降溫措施。拌和物入模溫度須在5～30 ℃；當日平均氣溫低于5℃或 最低氣溫低于-3 ℃時，原材料和拌和物采取保溫措施。夏季溫度太高時，最高溫度高于40 ℃時，應采用降溫措施，如采用低溫水拌和，砂、石料、水泥、摻和料均采用遮陽降溫。

6.4 混凝土的運輸

混凝土通過中轉料斗，由橋式起重機運輸至布料機上，倒入布料機內。中轉料斗底部有液壓控制的出料口，放置在平板軌道車上面接料［13］，拌和機卸料口到料斗口60 cm。拌和物運輸過程中不能發生泌水、離析、外漏，混凝土必須快速使用，防止坍落度損失。

7 高速鐵路CRTSⅢ型軌道板預制混凝土作業

7.1 軌道板混凝土澆筑

采用布料機均勻布料，此布料方法可將混凝土定量投入模板，保證了混凝土澆筑的均勻性和底板面平整度及軌道板厚度符合要求。布料機結構雙梁結構，布料機在張拉臺座兩側的軌道上縱向行走［14］，上面有自動控制的布料料斗，可以在布料機雙梁上橫向移動，這樣布料料斗可以在張拉臺座上平面任意方向行走（軌道萬向車），布料機料斗出口通過液壓控制混凝土出料量，料斗寬度與軌道板寬度相等為2.5 m。軌道板混凝土澆筑時，拌和物入模溫度在5～30 ℃，模具溫度在5～35 ℃。分兩次布料，從端模開始向另一端模逐步進行，第一次布料軌道板厚度的75%，第二次布滿100%，混凝土需要高出模具頂面0～3 mm，布料必須均勻，嚴禁混凝土蓋過灌漿孔內模頂面，若超出時應及時清理出去。布料時先將模具四邊布滿。布料要盡量保護門型鋼筋。每塊軌道板混凝土澆筑應在15 min完成，遇到特殊情況30 min內完成，夏季最長不能大于25 min，以保證澆筑在拌和物坍落度降至60 mm前完成。混凝土坍落度小于60 mm時，不得入模。

7.2 軌道板澆筑振搗

采用模具底面附著式振動器方式，每塊軌道板底模下面安裝有8個振動器，通過變頻柜和控制柜集中控制，可無線遙控操作。振動器的頻率和振幅都可以調節，試驗振動頻率、振幅和振動時間等工藝參數，根據實際情況回歸分析確定。第一次布料75%后振搗90～150 s，當表面出現浮漿停止振搗；第二次布料100%后，再振搗60～90 s，振搗至混凝土面出現浮漿，并沒有氣泡時。嚴禁欠振或過振，避免出現蜂窩或表面水波紋。澆筑過程中監視振動器的運轉，出現故障應立即搶修、更換。同時還須監視模具聯結螺栓是否松動、變形或漏漿，接地端子、起吊套管、振動器固定螺栓等螺栓的緊固性［15］，隨時處理螺栓松動、漏漿等突發事件，及時采取措施處理。

7.3 混凝土收面、拉毛、烝養

拉毛可以采用人工拉毛，也采用了自行式拉毛機拉毛，在混凝土平整后，間隔20～30 min（根據混凝土的情況確定）進行混凝土表面掃漿拉毛作業，拉毛深度為2～4 mm，間距3 cm左右，混凝土表面不得有浮漿，拉毛后要保護混凝土表面。混凝土拉毛完成后，在每塊軌道板混凝土表面灑水、覆蓋土工布和塑料布，防止混凝土水分散失過快產生表面龜裂，然后在整個臺座上覆蓋篷布養護軌道板。車間氣溫較低時需要在臺座內通蒸汽養護［16］。

8 結束語

高速鐵路CRTSⅢ型軌道板混凝土，強度等級很高，質量要求嚴格，軌道板預制生產精度要求很高，生產過程自動化比程度較高，生產效率要求高，配合比的設計選定、拌和物制備和澆筑工藝至關重要，是能否成功生產制造軌道板預制生產的重要因素和環節。本文結合在軌道板混凝土配合比選定的實際試驗和研究基礎上，總結了軌道板混凝土原材料選擇，配合比設計計算，配合比試驗，配合比選定，理論配合比，以及軌道板混凝土澆筑的工藝。對配合比進一步優化，通過試驗研究得出了如下結果：

（1）高速鐵路CRTSⅢ型軌道板C60混凝土，各種原材料的選用，規格要求，質量要求等。

（2）高速鐵路CRTSⅢ型軌道板C60混凝土理論配合比，并通過試驗檢測確定混凝土質量合格。

（3）高速鐵路CRTSⅢ型軌道板C60混凝土制備過程及質量要求。

（4）高速鐵路CRTSⅢ型軌道板混凝土澆筑工藝及混凝土澆筑和養護過程環節的質量要求。

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（責任編輯 呂志遠）

Research on C60 Concrete Process of CRTSIII Track Slab

LIU Xiuyuan

（China Railway Fifth Survey and Design Institute Group CO.， Ltd， Beijing， 102600， China）

Abstract：Pre-tensioned prestressed CRTSⅢ unballasted track slab is a new type of ballastless track on high speed railway with our own independent intellectual property rights. It is also the most advanced high-speed railway ballastless track at present. Track plate made of C60 high performance concrete can improve the strength and durability， and it needs factory production. In order to improve the quality of track plate and meet the requirements of the production process， combined with the experience of the track plate production process， this paper studied the preparation and pouring process of C60 concrete， mainly including concrete raw materials， concrete mix ratio design calculation， concrete ratio determination， concrete mixing， concrete pouring， concrete curing.

Key words：pre-tensioned CRTSⅢ slab；C60 concrete；concrete mix ratio； mineral admixture; concrete pouring; concrete rough making technology