趙年全，黃直久

(中鐵十二局集團有限公司，太原 030024)

板式無砟軌道普通摻合料混凝土配制技術(shù)

趙年全，黃直久

(中鐵十二局集團有限公司，太原 030024)

無砟軌道構(gòu)件預(yù)制要求必須保證混凝土在帶模養(yǎng)護的條件下獲得較高的早期強度，選用粉煤灰、礦粉雙摻和早強高效減水劑，優(yōu)化板式無砟軌道鋼筋混凝土配合比設(shè)計，實現(xiàn)了每天一個循環(huán)的生產(chǎn)目標，并且創(chuàng)造了良好的社會和經(jīng)濟效益。

板式無砟軌道 鋼筋混凝土構(gòu)件 普通摻合料 混凝土配合比

1 工程概況

我國的板式無砟軌道為適應(yīng)長線臺座生產(chǎn)的工藝要求，實現(xiàn)每天一個生產(chǎn)循環(huán)的目標，必須保證混凝土在帶模養(yǎng)護的條件下獲得較高的早期強度，即滿足混凝土養(yǎng)護16 h強度不低于48 MPa的指標，這也是實現(xiàn)軌道板規(guī)?；a(chǎn)需要突破的瓶頸。按照國外的生產(chǎn)技術(shù)，須采用超細水泥進行混凝土配制，而超細水泥在我國屬于特殊品種，生產(chǎn)成本、銷售價格都很高且不能保證持續(xù)穩(wěn)定供貨，滿足不了無砟軌道板大規(guī)模持續(xù)生產(chǎn)的要求。在國內(nèi)鐵路線施工中，研制出一種新型的復(fù)合摻合料與通用硅酸鹽水泥配合使用，能滿足16 h強度達到48 MPa的要求。

2 試驗內(nèi)容

2.1 原材料選擇［1］

1)水泥。采用山東葡誠牌P.Ⅱ42.5級硅酸鹽水泥。水泥堿含量不超過0.60%，三氧化硫含量不超過3%，氯離子含量不超過0.06%，熟料中C3A含量不超過8%，其各項檢測指標見表1。

2)粗骨料。采用徐州峻豪交通采石有限公司生產(chǎn)的5～20 mm連續(xù)級配碎石，分二級摻配。各級骨料分級儲存、分級運輸、分級計量。最大粒徑為20 mm，含泥量按質(zhì)量計不大于0.50%，氯化物含量不大于0.02%，其各項檢測指標見表2。

3)細骨料。采用山東沂河砂，細度模數(shù)不小于2.6。含泥量按質(zhì)量計不應(yīng)大于1.5%，氯化物含量不應(yīng)大于0.02%，其各項檢測指標見表3。

4)礦物摻合料。采用徐州天成 S95級礦粉和徐州華潤電廠C50以上混凝土用粉煤灰，其各項檢測指標見表4、表5。

5)外加劑。采用武漢格瑞林生產(chǎn)的早強型聚羧酸型高性能減水劑，摻量1.5%。減水率不小于25%、收縮率比不大于110%，其各項檢測指標見表6。

6)水。采用板場地下水，各項檢測指標見表7。

2.2 混凝土配合比設(shè)計

2.2.1 配合比技術(shù)要求

混凝土性能指標見表8。

2.2.2 試驗方案

1)確定膠凝材料總量和摻合料比例，計算出各種材料用量，確定基準配合比，計算總堿量和氯離子含量是否滿足要求。

表1 水泥性能指標測試結(jié)果

表2 粗骨料性能指標測試結(jié)果

表3 細骨料性能指標測試結(jié)果

表4 粉煤灰性能指標測試結(jié)果

表5 礦渣粉性能指標測試結(jié)果

表6 外加劑性能指標測試結(jié)果

表7 水質(zhì)分析性能指標測試結(jié)果

表8 軌道板混凝土技術(shù)要求

2)通過試拌，觀察拌合物工作性能(保水性、流動性、黏聚性等)，檢測坍落度、含氣量等指標，不符合要求時調(diào)整配合比。

3)改變不同的混凝土入模溫度和環(huán)境溫度進行模擬板澆筑試驗，澆筑完畢后保濕保溫養(yǎng)護，利用試件養(yǎng)護自動控制系統(tǒng)跟蹤檢測板芯溫升情況，調(diào)節(jié)試件養(yǎng)護溫度使其與之匹配。試件養(yǎng)護至16～20 h期間進行抗壓強度試驗，若不滿足48 MPa放張強度要求，則調(diào)整配合比參數(shù)或養(yǎng)護工藝重新試驗。

4)根據(jù)確定的混凝土配合比進行試拌，成型28 d抗壓、彈模、抗凍及電通量試件，由試驗結(jié)果確定最終的混凝土配比，見表9。

表9 軌道板混凝土配合比參數(shù)

2.2.3 溫度監(jiān)測措施

采用試塊養(yǎng)護自動控制系統(tǒng)進行模擬板試驗過程中的溫度監(jiān)測，啟動養(yǎng)護溫度控制系統(tǒng)，按靜停、升溫、恒溫和降溫四個階段的養(yǎng)護制度進行養(yǎng)護，控制板芯最高養(yǎng)護溫度不大于55℃，升溫、降溫速率不大于15℃/h。記錄環(huán)境、養(yǎng)護水域、試塊表面和芯部溫度，通過對繪制的溫度—時間曲線和與其對應(yīng)的試塊抗壓強度的對比分析，選擇合理的養(yǎng)護制度。自開始加熱養(yǎng)護時起記錄時間，至15 h從水域中取出試塊并冷卻，1 h后進行抗壓強度檢測，要求抗壓強度≥48 MPa，如已達到規(guī)定指標，則可停止送熱，否則應(yīng)繼續(xù)送熱養(yǎng)護1 h，再進行試塊抗壓試驗，直至強度合格為止。

2.3 混凝土配合比及養(yǎng)護制度試驗研究

2.3.1 不同摻合料品種及摻量混凝土強度試驗研究

不同的粉煤灰與礦粉摻量和摻配比例對混凝土的早期強度、耐久性都有重要的影響，兩者有較好的“強度互補效應(yīng)”，配伍使用時，可以使其火山灰效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)相互疊加。早期發(fā)揮礦粉的火山灰效應(yīng)，改善漿體和集料的界面結(jié)構(gòu)，彌補由于粉煤灰的火山灰效應(yīng)滯后于水泥熟料水化引起的早期強度損失;后期發(fā)揮粉煤灰的火山灰效應(yīng)所帶來的孔徑細化作用，以及未反應(yīng)的粉煤灰顆粒的“內(nèi)核作用”，使混凝土后期強度持續(xù)得到提高，結(jié)構(gòu)的耐久性也會進一步得到提高［2］。只有通過多次的試驗、比選，找出其適宜的摻配比例和摻量，才能優(yōu)選出經(jīng)濟、合理，早期強度和耐久性都滿足要求的配合比。

圖1是不同礦物摻合料混凝土水域試件強度增長情況。可以看出，隨著礦物摻合料摻量增大，試件早期強度逐漸降低，尤其是摻加一定比例的粉煤灰后，混凝土早期強度下降明顯，因此要保證混凝土具有較高的早期強度，必須保證礦粉的摻配比例。但是在試驗中也發(fā)現(xiàn)，隨著礦粉比例的加大，混凝土拌合物黏性增大，不利于混凝土表面拉毛，必須通過試驗確定適宜的粉煤灰和礦粉摻配比例。

通過多次的比選和優(yōu)化，在礦粉和粉煤灰比例為7% ～10%時，通過改善養(yǎng)護工藝，混凝土的16 h強度能夠滿足48 MPa要求，經(jīng)濟效益最為顯著。

圖1 不同摻合料水域試件抗壓強度

2.3.2 不同混凝土入模溫度及養(yǎng)護溫度對早期強度的影響

改變混凝土的入模溫度、大板加熱溫度等條件，分析混凝土的水化溫升曲線，尋找與之對應(yīng)的混凝土強度增長關(guān)系，以確定適宜的養(yǎng)護制度。不同條件下的混凝土強度增長及溫升曲線分別見圖2～圖4。

圖2 不同入模溫度水域試件抗壓強度

圖3 模板溫度為30℃時大板溫升曲線

圖2是不同混凝土入模溫度水域試件強度增長情況?？梢钥闯觯韬衔锶肽囟容^高時，試件早期強度逐漸增大，這是由于較高的拌合物溫度有利于提前水泥的水化時間，加快水化進程，提高混凝土的早期強度。

圖4 模板溫度為35℃時大板溫升曲線

圖3和圖4分別為模板溫度為30℃和35℃時大板溫升曲線，可以看出，模板溫度為30℃時，大板約在7 h時開始水化升溫，在11 h時達到峰值溫度;模板溫度為35℃時，大板約在6 h時開始水化升溫，在10 h時達到峰值溫度，可見較高的模板養(yǎng)護溫度也有利于促進混凝土的水化，提高早期強度。改善混凝土的養(yǎng)護環(huán)境，也是提高混凝土早期強度的有效措施。

由圖2～圖4綜合分析可知，采取提高混凝土入模溫度、養(yǎng)護溫度等措施有利于促進其水化作用，提高早期強度，但是在施工中必須加強檢查和監(jiān)控，控制其芯部最高溫度不得超過55℃，板芯與表面、表面與環(huán)境溫差不超過20℃技術(shù)要求［3-4］，防止出現(xiàn)混凝土表面開裂等現(xiàn)象。

3 經(jīng)濟分析

普通摻合料資源廣泛、成本低廉，能有效降低施工成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。經(jīng)與國外混凝土技術(shù)和國內(nèi)某城際鐵路混凝土配合比進行比較測算，具體數(shù)據(jù)見表10。

表10 混凝土原材料成本分析

由表10可以看出，采用普通摻合料進行配合比設(shè)計，相對于國外技術(shù)，每立方混凝土可以節(jié)約成本229.25元;相對于某城際鐵路技術(shù)，每立方混凝土可以節(jié)約成本127.28元。該板場設(shè)計制板量為22 582塊，相對于城際鐵路混凝土可節(jié)約成本992.2萬元，經(jīng)濟效益顯著。

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加，粉煤灰已成為我國當前排量較大的工業(yè)廢渣之一。礦渣是高爐煉鐵過程中，由礦石中的脈石、燃料中的灰分和助熔劑等爐料中的非揮發(fā)組分形成的廢物。大量的粉煤灰或礦粉如果不加處理，就會產(chǎn)生揚塵，污染大氣;若排入水系會造成河流淤塞，而其中的有毒化學(xué)物質(zhì)還會對人和其它生物造成危害。大量使用摻合料進行軌道板生產(chǎn)，能在很大程度上節(jié)約資源、減少對環(huán)境的污染。

4 小結(jié)

使用普通摻合料和早強高效減水劑進行無砟軌道板鋼筋混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計，在滿足技術(shù)條件要求的同時，能創(chuàng)造良好的社會和經(jīng)濟效益。在施工中要根據(jù)普通摻合料的特點，選擇與其強度增長相適宜的養(yǎng)護制度，以滿足施工生產(chǎn)需要。同時還必須加強施工過程中的監(jiān)控，確保混凝土施工質(zhì)量。

［1］中華人民共和國鐵道部.科技基［2008］173號 客運專線鐵路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］.北京：中國鐵道出版社，2008.

［2］姚燕，王玲，田培.高性能混凝土［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［3］中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)［2005］160號 鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標準［S］.北京：中國鐵道出版社，2007.

［4］趙年全.礦物摻合料對高性能混凝土力學(xué)和耐久性的影響分析［J］.鐵道建筑，2010(4)：101-104.

U213.2+44;TU518.1

B

1003-1995(2011)03-0116-04

2010-10-11;

2010-12-25

國家863重點項目(2008AA030704)

趙年全(1972— )，男，湖北江陵人，高級工程師。

(責任審編 王 紅)