朱建立，任尚華，李興旺

(中鐵十五局集團公司，河南 洛陽 471013)

軌道板設計混凝土等級為C55，生產(chǎn)工藝設計要求16 h預應力放張時混凝土抗壓強度不低于48 MPa，彈性模量不低于36 GPa，為達到設計要求，京津城際鐵路使用比表面積為550～600 m2/kg超細水泥，其價格是普通水泥的3～4倍，生產(chǎn)成本高。在無砟軌道技術再創(chuàng)新研究中，提出了使用通用硅酸鹽水泥摻加復合型摻合料技術，由于復合摻合料中含有硅灰或研磨極細的礦粉，成本是普通摻合料的近10倍，同時，早期水化速率過快，熱量釋放過于集中，混凝土升溫劇烈，導致內部應力分布不平衡，混凝土易開裂。新建鐵路需要軌道板近40萬塊，采用超細水泥和特殊摻合料，都存在成本高以及供應緊張問題，施工質量不易保證，為此，提出了以硅酸巖水泥和普通摻合料替代超細水泥和特殊摻合料，通過優(yōu)選高效減水劑和降低水灰比，以實現(xiàn)早期高強度。

1 原材料的選用

軌道板混凝土要求早期既要有流動性和保塑性，方便施工，又要滿足16 h達到48 MPa強度的要求，理論上是互相矛盾的。通過原材料的選擇，可以解決這一矛盾。

超細水泥2 d的抗壓強度 >40 MPa，28 d的抗壓強度>65 MPa。我國水泥標準要求水泥比表面積不大于350 m2/kg，只有3 d的強度要求，即使強度等級最高的硅酸鹽水泥62.5 R的3 d強度也只要求>32 MPa，28 d強度要求>62.5 MPa，與超細水泥的要求還有一定差別。為增強水泥中混合材的可控性，水泥宜選用P.Ⅱ42.5硅酸鹽水泥。

礦物摻合料主要作用是形態(tài)效應、火山灰效應和微集料效應[1]。如果選用硅灰，其早期水化比較快，干縮大，容易導致混凝土早期裂紋。一般認為礦粉和粉煤灰早期作用主要是微集料效應[2]，其與水泥水化生成的氫氧化鈣反應，以減少或消除氫氧化鈣這種有損強度、耐久性的大結晶體，即礦粉和粉煤灰的二次反應，有利于增強混凝土的耐久性和后期強度增長，因此，宜選用S95磨細礦粉和Ⅰ級粉煤灰。

外加劑是高性能混凝土必備組分之一。高效減水劑是減少用水量、降低水灰比的重要保證。由于常用高性能混凝土主要采用緩凝型聚羧酸減水劑，具有一定的緩凝作用和引氣性，延長了混凝土的凝結時間，不利于早期強度的提高和預制構件的快速脫模。而非緩凝型聚羧酸減水劑除凝結時間差較小、早期強度較高外，其余指標與緩凝型聚羧酸減水劑相同，說明采用非緩凝型聚羧酸減水劑對混凝土的耐久性影響較小，而對提高混凝土早期強度十分重要。因此，配制軌道板混凝土應采用減水率在25%～35%的非緩凝型聚羧酸系外加劑。

2 設計要求和試驗方法

混凝土強度等級為C55，膠凝材料總量不超過480 kg/m3，用水量不宜超過 150 kg/m3，最大水膠比為0.35，坍落度為140～180 mm?；炷恋目箖鲂阅軕獫M足F300，混凝土的電通量應<1 000 C。預應力鋼筋放張及軌道板脫模時，混凝土立方體試件的抗壓強度不得低于設計強度的80%，且不得低于48 MPa。

水泥為山東山水 P.Ⅱ 42.5硅酸鹽水泥;山東沂河河砂，細度模數(shù)2.8;粗骨料為宿州采石場石灰?guī)r碎石，5～10 mm和10～20 mm兩級配，按25%和75%混合;采用安徽平圩電廠Ⅰ級粉煤灰，江蘇南京S95礦粉;采用武漢格瑞林非緩凝型聚羧酸高效減水劑。

采用混凝土養(yǎng)護溫度自動跟蹤控制系統(tǒng)，可以根據(jù)模擬大板(長1.0 m，寬1.0 m，高0.2 m)養(yǎng)護過程中板芯溫度經(jīng)時曲線，實時控制試件養(yǎng)護水域中水的溫度與模擬大板的板芯溫度保持一致，以混凝土試件的強度認定模擬大板的混凝土強度。該系統(tǒng)可以對模擬大板的板芯溫度、養(yǎng)生水域溫度、試件溫度、環(huán)境溫度、模板溫度進行自動采集、記錄、存儲和輸出。

模擬大板的養(yǎng)護模板分上下兩層，下層有電加熱裝置和溫度傳感器，相當于生產(chǎn)車間的管道加熱和用于模板溫度控制，上層為混凝土模板相當于生產(chǎn)車間的軌道板模板。設置模板溫度為20℃ ～40℃，控制板芯溫度不超過55℃，如果在試驗過程中板芯溫度超過55℃，應對養(yǎng)護條件作相應調整。

3 配合比試驗

采用早強超細水泥、普通硅酸巖水泥、硅酸巖水泥、特殊摻合料、礦粉與粉煤灰、緩凝型與非緩凝型聚羧酸減水劑等進行了配合比設計與試驗，其中一組數(shù)據(jù)見表1?？梢姴捎枚喾N途徑能夠實現(xiàn)16 h強度達到48 MPa的要求，而從成本來說，Ⅱ-4和Ⅱ-5更為降低。

表2為生產(chǎn)用配合比力學試驗結果。28 d電通量948 C，28 d抗凍(F300)相對動彈模量為90.3%(≥60%)，質量損失0.87%(≤5%)，滿足耐久性要求。

表1 配合比試驗

表2 生產(chǎn)用配合比力學性能試驗結果

4 試生產(chǎn)應用

從2009年下半年開始，應用試驗用配合比進行試生產(chǎn)，表3為試驗室與試生產(chǎn)情況的對比。可以看出，在實際生產(chǎn)中，混凝土強度和彈性模量比試驗室要高，但坍落度經(jīng)時損失快，對生產(chǎn)工藝要求高。

5 結語

使用通用硅酸鹽水泥、普通摻合料和非緩凝型聚羧酸減水劑已經(jīng)生產(chǎn)軌道板一萬多塊，由于早期水化熱低于超細水泥，沒有出現(xiàn)混凝土收縮導致的早期裂紋問題，軌道板質量得到充分保證，同時由于水泥和摻合料成本的降低，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。也標志著我國完全自主知識產(chǎn)權的軌道板混凝土材料體系已經(jīng)形成，為軌道板的規(guī)模化應用奠定了基礎。

表3 試生產(chǎn)情況對比

[1]趙國堂，李化建.高速鐵路高性能混凝土應用管理技術[M].北京:中國鐵道出版社，2009.