欒心國(guó),李余賢,丁永海

(山東鐵正工程試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司,濟(jì)南 250014)

1 概述

CRTSⅡ型軌道板是我國(guó) CRTS(China Railway Track System)Ⅱ型無砟軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分,無砟軌道系統(tǒng)具有平整度高、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)、乘坐舒適等優(yōu)點(diǎn)[1],具有廣闊的發(fā)展前景。石武客運(yùn)專線 SZ-2標(biāo)全線采用 CRTSⅡ型板,共鋪設(shè) CRTSⅡ型軌道板 21500塊,合計(jì)用混凝土約 7.42萬 m3,強(qiáng)度等級(jí)為 C55。

目前石武客運(yùn)專線 SZ-2標(biāo)已開始正式生產(chǎn) CRTSⅡ型軌道板,本文就該軌道板所用的混凝土配合比的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了探討。

2 CRTSⅡ型軌道板混凝土配合比設(shè)計(jì)方案

2.1 CRTSⅡ型軌道板主要技術(shù)指標(biāo)

CRTSⅡ型軌道板混凝土主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示[2]。

表1 CRTSⅡ型軌道板(有擋肩)混凝土主要技術(shù)指標(biāo)

從目前高性能混凝土研究和應(yīng)用來看,配制滿足表1技術(shù)要求的混凝土是有可能的。但是由于軌道板生產(chǎn)時(shí),模具的周轉(zhuǎn)要求盡可能的快,16 h抗壓強(qiáng)度(放張強(qiáng)度)需要達(dá)到 48MPa,這項(xiàng)指標(biāo)成為 CRTSⅡ型軌道板混凝土配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。

2.2 CRTSⅡ型軌道板混凝土配合比設(shè)計(jì)方案

CRTSⅡ型軌道板用混凝土早期既要有流動(dòng)度和一定的保塑性,坍落度大,方便施工,又要滿足 16 h抗壓強(qiáng)度需要達(dá)到 48MPa的要求,兩者相互矛盾,給配合比設(shè)計(jì)帶來一定的困難。通過國(guó)內(nèi)外研究,目前主要的解決方案如下。

(1)采用超細(xì)水泥

此種水泥的特點(diǎn)是比表面積大,早期強(qiáng)度增長(zhǎng)快,不需使用摻和料,在京津城際得以應(yīng)用,缺點(diǎn)是價(jià)格過高,需專門生產(chǎn)且生產(chǎn)規(guī)模較小,增大了工程成本。

(2)采用早強(qiáng)摻和料提高混凝土強(qiáng)度

目前,早強(qiáng)摻和料主要有活性和惰性兩種。使用摻和料避免了水泥使用單一的缺點(diǎn),不必依賴超細(xì)水泥,大大節(jié)約水泥使用成本。由于目前摻和料價(jià)格較貴,雖然節(jié)約水泥使用成本,但是大量使用會(huì)增加混凝土的生產(chǎn)成本,因此,在一定程度上也制約了其應(yīng)用。

(3)采用聚羧酸高效減水劑

聚羧酸高效減水劑具有減水率高,性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),減水率可達(dá) 30%以上,因此,摻加該外加劑后可以大大降低水膠比,從而可以提高早期強(qiáng)度。聚羧酸外加劑較大的優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)性能需要,優(yōu)化分子結(jié)構(gòu),這使得采用聚羧酸高效減水劑配制軌道板混凝土成為可能,也是比較經(jīng)濟(jì)的方案。使用聚羧酸高效減水劑的另一優(yōu)點(diǎn)是原材料充足、易得,降低了混凝土生產(chǎn)難度,但是對(duì)聚羧酸高效減水劑質(zhì)量要求較高,應(yīng)具備一定的保塑效果。

國(guó)內(nèi)試驗(yàn)表明,前述 3種方案均能配制出滿足要求的混凝土。本文結(jié)合這 3種方案的優(yōu)點(diǎn),采用如下方案:

(1)水泥采用 P?Ⅱ42.5水泥和 P?O 52.5水泥來代替超細(xì)水泥;

(2)采用礦物摻和料,活性指數(shù)滿足 1 d≥125%,28d≥110%,并盡可能降低其摻量;

(3)采用聚羧酸高效減水劑,并適當(dāng)增大其摻量。

3 CRTSⅡ型軌道板混凝土原材料及其主要技術(shù)指標(biāo)

3.1 水泥

水泥分別采用河南同力產(chǎn) P?O 52.5水泥和唐山冀東產(chǎn) P?Ⅱ42.5水泥,其主要技術(shù)指標(biāo)如表2和表3所示。

表2 河南同力P?O 52.5水泥主要技術(shù)指標(biāo)

表3 唐山冀東 P?Ⅱ42.5水泥主要技術(shù)指標(biāo)

3.2 摻和料

摻和料采用成都天福產(chǎn) DZ-RS混凝土摻和料,主要技術(shù)指標(biāo)如表4所示。

表4 成都天福DZ-RS混凝土摻和料主要技術(shù)指標(biāo)

3.3 粗骨料

由沙河北馮產(chǎn) 5～10mm和 10～20mm兩種規(guī)格的碎石按 25%:75%的比例摻配,主要技術(shù)指標(biāo)如表5所示。

3.4 細(xì)骨料

細(xì)骨料采用臨城產(chǎn)河砂,細(xì)度模數(shù) 2.8,Ⅱ區(qū)中砂,其他技術(shù)指標(biāo)見表6。

表6 細(xì)骨料主要技術(shù)指標(biāo)

3.5 減水劑

減水劑采用河北金舵產(chǎn) JD-9型聚羧酸鹽高效減水劑,主要技術(shù)指標(biāo)如表7所示。

4 CRTSⅡ型軌道板混凝土配合比及性能

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4.1 CRTSⅡ型軌道板混凝土配合比及拌和物性能

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的原材料,混凝土在生產(chǎn)前進(jìn)行了多次試驗(yàn)調(diào)整,為了提高混凝土早期強(qiáng)度,在保證坍落度的前提下水膠比盡可能降低。最后一次試配時(shí),確定水膠比分別為 0.270和 0.255,膠材每 m3總用量分別為478 kg和 479 kg,摻和料摻量均為 10%,砂率均為37%,外加劑摻量為膠凝材料的 1.5%,混凝土配合比及拌和物性能如表8所示。

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4.2 CRTSⅡ型軌道板混凝土養(yǎng)護(hù)

為了模擬混凝土芯部溫度的變化規(guī)律,更好地指導(dǎo)施工,在配合比試配中,本標(biāo)段購(gòu)置 LYYH-Ⅲ型試塊養(yǎng)護(hù)自動(dòng)控制系統(tǒng) 1套,該試塊養(yǎng)護(hù)控制系統(tǒng)是為實(shí)現(xiàn)混凝土軌道板模擬試件合理準(zhǔn)確的養(yǎng)護(hù)而研制的專用自動(dòng)控制設(shè)備,該設(shè)備以 Pt100鉑電阻溫度傳感器為一次儀表,以溫度巡回檢測(cè)儀為二次儀表,進(jìn)行所需測(cè)定的溫度、時(shí)間數(shù)據(jù)的采集和傳輸;采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制技術(shù),通過控制單元對(duì)電磁閥門的控制來實(shí)現(xiàn)臺(tái)座模具下部散熱器內(nèi)的水溫的變化,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道板生產(chǎn)環(huán)境溫度的控制;通過控制單元對(duì)加熱驅(qū)動(dòng)箱的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)試塊所在水域溫度的控制;對(duì)軌道板板芯溫度進(jìn)行測(cè)量和傳輸,同時(shí)通過計(jì)算機(jī)控制使目標(biāo)試塊溫度同步跟蹤軌道板板芯溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),記錄養(yǎng)護(hù)全過程相關(guān)的實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù),以溫度-時(shí)間曲線顯示養(yǎng)護(hù)過程溫度變化情況。

配比 1的混凝土試件內(nèi)部溫度變化如圖1所示,配比 2的混凝土試件內(nèi)部溫度變化如圖2所示。

從圖中可以看出,配比1的試件芯部最高溫度為47℃,配比 2的試件芯部最高溫度為 55℃,入模溫度均在24℃左右,剛開始的 7 h試件芯部溫度變化不是很明顯,在 7～11 h溫度逐漸升高,以后逐漸趨于穩(wěn)定。

4.3 CRTSⅡ型軌道板混凝土力學(xué)性能和耐久性能

配比 1和配比 2的混凝土力學(xué)性能和耐久性能如表9所示。

表9 配比 1和配比 2的混凝土力學(xué)性能和耐久性能

從表9中數(shù)據(jù)可以看出,配比 1和配比 2的混凝土 16h抗壓強(qiáng)度均大于 48MPa,力學(xué)性能和耐久性能均滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

5 CRTSⅡ型軌道板的施工

石武鐵路 SZ-2標(biāo)軌道板于 2009年 9月正式生產(chǎn),從混凝土工作性能、力學(xué)性能和耐久性能以及脫模后混凝土的外觀質(zhì)量看,配比 1和配比 2的效果是比較理想的。截止到 2009年 10月 15日,已經(jīng)生產(chǎn)軌道板 500多塊,施工坍落度 120～160mm,含氣量控制在2.0%～3.0%,混凝土拌和物性能滿足施工要求;16 h抗壓強(qiáng)度 49～51MPa,28 d抗壓強(qiáng)度 68～74MPa,均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。通過配比的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證,提出的方案是可行的。

6 CRTSⅡ型軌道板混凝土配合比關(guān)鍵因素分析與探討

6.1 注意混凝土拌和溫度和養(yǎng)護(hù)溫度[3]

混凝土的拌和溫度是影響早期強(qiáng)度的一個(gè)重要因素?；炷恋陌韬蜏囟雀?凝結(jié)時(shí)間就會(huì)縮短,早期強(qiáng)度就能提高,拌和物溫度低,膠凝材料水化反應(yīng)慢,凝結(jié)時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng),影響混凝土的早期強(qiáng)度。配比 1的試件芯部最高溫度只有 47℃,16h抗壓強(qiáng)度為 48.5MPa,如果溫度能再提高一些,16h抗壓強(qiáng)度會(huì)更高。

6.2 控制混凝土黏度[4]

在使用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥時(shí),由于水膠比的降低,造成混凝土黏度增加。為了施工方便且混凝土中氣泡更快溢出,黏度宜降低,可以通過調(diào)整膠凝材料、砂率等組成來實(shí)現(xiàn)。

為了解決混凝土黏度較大的問題,本標(biāo)段施工時(shí)對(duì)振搗工藝進(jìn)行了改進(jìn):下料過程分 3次(最后一次為補(bǔ)料),振搗也相應(yīng)分 3次,并對(duì)振動(dòng)參數(shù)反復(fù)改進(jìn),改進(jìn)后的振搗工藝使得混凝土更加密實(shí),大大減少了混凝土表面的氣泡,改善了混凝土外觀質(zhì)量。

6.3 控制混凝土原材料質(zhì)量[5]

低水膠比混凝土對(duì)原材料的質(zhì)量要求更加嚴(yán)格,一些影響混凝土狀態(tài)和強(qiáng)度的關(guān)鍵指標(biāo)如砂子、碎石的含泥量和泥塊含量,摻和料的活性指數(shù),水泥的強(qiáng)度等必須嚴(yán)格控制。

7 結(jié)語

(1)CRTSⅡ型軌道板作為一種新產(chǎn)品,達(dá)到其性能指標(biāo)的要求有不同的技術(shù)途徑;

(2)通過本標(biāo)段軌道板的正式生產(chǎn),證明混凝土配合比的方案是可行的,采用礦物摻和料和聚羧酸高效減水劑雙摻方案,可以降低水膠比,為提高早期強(qiáng)度提供了保證,而且用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽代替超細(xì)水泥成為可能;

(3)混凝土的拌和溫度、養(yǎng)護(hù)溫度和黏度等因素直接影響到混凝土的質(zhì)量和外觀,必須嚴(yán)格控制。

[1]盧建中.博格式軌道板預(yù)制關(guān)鍵技術(shù)探討[J].鐵道建筑技術(shù),2007(3):4-8.

[2]科技基[2008]173號(hào),《客運(yùn)專線鐵路 CRTSⅡ型板式無砟軌道混凝土軌道板(有擋肩)暫行技術(shù)條件》[S].

[3]張恩龍,等.CRTSⅡ型軌道板混凝土技術(shù)[J].混凝土與水泥制品,2009(3):21-25.

[4]張小娟.京津城際軌道交通用軌道板制造的幾個(gè)問題探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2007(8):8-10.

[5]蘇學(xué)波.客運(yùn)專線無砟軌道板的制造[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2006(7):14-16.