趙年全，黃直久

(中鐵十二局集團(tuán)有限公司，太原 030024)

板式無(wú)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(tuán)有限公司，太原 030024)

無(wú)砟軌道構(gòu)件預(yù)制要求必須保證混凝土在帶模養(yǎng)護(hù)的條件下獲得較高的早期強(qiáng)度，選用粉煤灰、礦粉雙摻和早強(qiáng)高效減水劑，優(yōu)化板式無(wú)砟軌道鋼筋混凝土配合比設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了每天一個(gè)循環(huán)的生產(chǎn)目標(biāo)，并且創(chuàng)造了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

板式無(wú)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(guó)的板式無(wú)砟軌道為適應(yīng)長(zhǎng)線臺(tái)座生產(chǎn)的工藝要求，實(shí)現(xiàn)每天一個(gè)生產(chǎn)循環(huán)的目標(biāo)，必須保證混凝土在帶模養(yǎng)護(hù)的條件下獲得較高的早期強(qiáng)度，即滿足混凝土養(yǎng)護(hù)16 h強(qiáng)度不低于48 MPa的指標(biāo)，這也是實(shí)現(xiàn)軌道板規(guī)?；a(chǎn)需要突破的瓶頸。按照國(guó)外的生產(chǎn)技術(shù)，須采用超細(xì)水泥進(jìn)行混凝土配制，而超細(xì)水泥在我國(guó)屬于特殊品種，生產(chǎn)成本、銷售價(jià)格都很高且不能保證持續(xù)穩(wěn)定供貨，滿足不了無(wú)砟軌道板大規(guī)模持續(xù)生產(chǎn)的要求。在國(guó)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(qiáng)度達(dá)到48 MPa的要求。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 原材料選擇［1］

1)水泥。采用山東葡誠(chéng)牌P.Ⅱ42.5級(jí)硅酸鹽水泥。水泥堿含量不超過(guò)0.60%，三氧化硫含量不超過(guò)3%，氯離子含量不超過(guò)0.06%，熟料中C3A含量不超過(guò)8%，其各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)見(jiàn)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(jí)配碎石，分二級(jí)摻配。各級(jí)骨料分級(jí)儲(chǔ)存、分級(jí)運(yùn)輸、分級(jí)計(jì)量。最大粒徑為20 mm，含泥量按質(zhì)量計(jì)不大于0.50%，氯化物含量不大于0.02%，其各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表2。

3)細(xì)骨料。采用山東沂河砂，細(xì)度模數(shù)不小于2.6。含泥量按質(zhì)量計(jì)不應(yīng)大于1.5%，氯化物含量不應(yīng)大于0.02%，其各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表3。

4)礦物摻合料。采用徐州天成 S95級(jí)礦粉和徐州華潤(rùn)電廠C50以上混凝土用粉煤灰，其各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表4、表5。

5)外加劑。采用武漢格瑞林生產(chǎn)的早強(qiáng)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(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表6。

6)水。采用板場(chǎng)地下水，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表7。

2.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.2.1 配合比技術(shù)要求

混凝土性能指標(biāo)見(jiàn)表8。

2.2.2 試驗(yàn)方案

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

表1 水泥性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

表2 粗骨料性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

表3 細(xì)骨料性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

表4 粉煤灰性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

表5 礦渣粉性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

表6 外加劑性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

表7 水質(zhì)分析性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

表8 軌道板混凝土技術(shù)要求

2)通過(guò)試拌，觀察拌合物工作性能(保水性、流動(dòng)性、黏聚性等)，檢測(cè)坍落度、含氣量等指標(biāo)，不符合要求時(shí)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(jìn)行模擬板澆筑試驗(yàn)，澆筑完畢后保濕保溫養(yǎng)護(hù)，利用試件養(yǎng)護(hù)自動(dòng)控制系統(tǒng)跟蹤檢測(cè)板芯溫升情況，調(diào)節(jié)試件養(yǎng)護(hù)溫度使其與之匹配。試件養(yǎng)護(hù)至16～20 h期間進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，若不滿足48 MPa放張強(qiáng)度要求，則調(diào)整配合比參數(shù)或養(yǎng)護(hù)工藝重新試驗(yàn)。

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

表9 軌道板混凝土配合比參數(shù)

2.2.3 溫度監(jiān)測(cè)措施

采用試塊養(yǎng)護(hù)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬板試驗(yàn)過(guò)程中的溫度監(jiān)測(cè)，啟動(dòng)養(yǎng)護(hù)溫度控制系統(tǒng)，按靜停、升溫、恒溫和降溫四個(gè)階段的養(yǎng)護(hù)制度進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，控制板芯最高養(yǎng)護(hù)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(hù)水域、試塊表面和芯部溫度，通過(guò)對(duì)繪制的溫度—時(shí)間曲線和與其對(duì)應(yīng)的試塊抗壓強(qiáng)度的對(duì)比分析，選擇合理的養(yǎng)護(hù)制度。自開(kāi)始加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)起記錄時(shí)間，至15 h從水域中取出試塊并冷卻，1 h后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，要求抗壓強(qiáng)度≥48 MPa，如已達(dá)到規(guī)定指標(biāo)，則可停止送熱，否則應(yīng)繼續(xù)送熱養(yǎng)護(hù)1 h，再進(jìn)行試塊抗壓試驗(yàn)，直至強(qiáng)度合格為止。

2.3 混凝土配合比及養(yǎng)護(hù)制度試驗(yàn)研究

2.3.1 不同摻合料品種及摻量混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)研究

不同的粉煤灰與礦粉摻量和摻配比例對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度、耐久性都有重要的影響，兩者有較好的“強(qiáng)度互補(bǔ)效應(yīng)”，配伍使用時(shí)，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(bǔ)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(qiáng)度損失;后期發(fā)揮粉煤灰的火山灰效應(yīng)所帶來(lái)的孔徑細(xì)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(qiáng)度持續(xù)得到提高，結(jié)構(gòu)的耐久性也會(huì)進(jìn)一步得到提高［2］。只有通過(guò)多次的試驗(yàn)、比選，找出其適宜的摻配比例和摻量，才能優(yōu)選出經(jīng)濟(jì)、合理，早期強(qiáng)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(qiáng)度增長(zhǎng)情況。可以看出，隨著礦物摻合料摻量增大，試件早期強(qiáng)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(qiáng)度下降明顯，因此要保證混凝土具有較高的早期強(qiáng)度，必須保證礦粉的摻配比例。但是在試驗(yàn)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(guò)試驗(yàn)確定適宜的粉煤灰和礦粉摻配比例。

通過(guò)多次的比選和優(yōu)化，在礦粉和粉煤灰比例為7% ～10%時(shí)，通過(guò)改善養(yǎng)護(hù)工藝，混凝土的16 h強(qiáng)度能夠滿足48 MPa要求，經(jīng)濟(jì)效益最為顯著。

圖1 不同摻合料水域試件抗壓強(qiáng)度

2.3.2 不同混凝土入模溫度及養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)早期強(qiáng)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(duì)應(yīng)的混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)關(guān)系，以確定適宜的養(yǎng)護(hù)制度。不同條件下的混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)及溫升曲線分別見(jiàn)圖2～圖4。

圖2 不同入模溫度水域試件抗壓強(qiáng)度

圖3 模板溫度為30℃時(shí)大板溫升曲線

圖2是不同混凝土入模溫度水域試件強(qiáng)度增長(zhǎng)情況?？梢钥闯?，拌合物入模溫度較高時(shí)，試件早期強(qiáng)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(shí)間，加快水化進(jìn)程，提高混凝土的早期強(qiáng)度。

圖4 模板溫度為35℃時(shí)大板溫升曲線

圖3和圖4分別為模板溫度為30℃和35℃時(shí)大板溫升曲線，可以看出，模板溫度為30℃時(shí)，大板約在7 h時(shí)開(kāi)始水化升溫，在11 h時(shí)達(dá)到峰值溫度;模板溫度為35℃時(shí)，大板約在6 h時(shí)開(kāi)始水化升溫，在10 h時(shí)達(dá)到峰值溫度，可見(jiàn)較高的模板養(yǎng)護(hù)溫度也有利于促進(jìn)混凝土的水化，提高早期強(qiáng)度。改善混凝土的養(yǎng)護(hù)環(huán)境，也是提高混凝土早期強(qiáng)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(hù)溫度等措施有利于促進(jìn)其水化作用，提高早期強(qiáng)度，但是在施工中必須加強(qiáng)檢查和監(jiān)控，控制其芯部最高溫度不得超過(guò)55℃，板芯與表面、表面與環(huán)境溫差不超過(guò)20℃技術(shù)要求［3-4］，防止出現(xiàn)混凝土表面開(kāi)裂等現(xiàn)象。

3 經(jīng)濟(jì)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(jì)效益。經(jīng)與國(guó)外混凝土技術(shù)和國(guó)內(nèi)某城際鐵路混凝土配合比進(jìn)行比較測(cè)算，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)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(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，相對(duì)于國(guó)外技術(shù)，每立方混凝土可以節(jié)約成本229.25元;相對(duì)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(chǎng)設(shè)計(jì)制板量為22 582塊，相對(duì)于城際鐵路混凝土可節(jié)約成本992.2萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)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(guó)當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一。礦渣是高爐煉鐵過(guò)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(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵，污染大氣;若排入水系會(huì)造成河流淤塞，而其中的有毒化學(xué)物質(zhì)還會(huì)對(duì)人和其它生物造成危害。大量使用摻合料進(jìn)行軌道板生產(chǎn)，能在很大程度上節(jié)約資源、減少對(duì)環(huán)境的污染。

4 小結(jié)

使用普通摻合料和早強(qiáng)高效減水劑進(jìn)行無(wú)砟軌道板鋼筋混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)，在滿足技術(shù)條件要求的同時(shí)，能創(chuàng)造良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。在施工中要根據(jù)普通摻合料的特點(diǎn)，選擇與其強(qiáng)度增長(zhǎng)相適宜的養(yǎng)護(hù)制度，以滿足施工生產(chǎn)需要。同時(shí)還必須加強(qiáng)施工過(guò)程中的監(jiān)控，確?；炷潦┕べ|(zhì)量。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部.科技基［2008］173號(hào) 客運(yùn)專線鐵路CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道混凝土軌道板(有擋肩)暫行技術(shù)條件［S］.北京：中國(guó)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(guó)鐵道部.鐵建設(shè)［2005］160號(hào) 鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

［4］趙年全.礦物摻合料對(duì)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(guó)家863重點(diǎn)項(xiàng)目(2008AA030704)

趙年全(1972— )，男，湖北江陵人，高級(jí)工程師。

(責(zé)任審編 王 紅)