董 博，王 輝

(1.中鐵二局新運公司，四川成都610031;2.四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都610000)

成都至都江堰鐵路是鐵道部及四川省災(zāi)后重建重點基礎(chǔ)設(shè)施項目，建成后將成為連接成都市中心城區(qū)與周邊區(qū)(市)縣的第一條快速軌道交通線路，對加快成都市災(zāi)后重建，進(jìn)一步恢復(fù)和開發(fā)青城山－都江堰旅游資源，促進(jìn)災(zāi)區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展發(fā)揮重要作用。按照鐵道部科技創(chuàng)新要求，該管轄段內(nèi)，板式無砟軌道采用優(yōu)化設(shè)計方案，主要特點是將原軌道板與底座混凝土(支承層)之間的填充層由乳化瀝青水泥砂漿變?yōu)樽悦軐嵒炷痢１疚目偨Y(jié)中鐵二局新運公司在成都至都江堰鐵路自密實混凝土施工過程的經(jīng)驗，對自密實混凝土在高速鐵路建設(shè)中的應(yīng)用及今后發(fā)展方向提出自己的一些愚見。

1 自密實混凝土的特點

1.1 自密實混凝土的定義

自密實混凝土(Self Compacting Conctete，簡稱SCC)是指在自身重力作用下，能夠流動、密實，即使存在致密鋼筋也能完全填充模板，同時獲得很好均質(zhì)性，并且不需要附加振動的混凝土。

1.2 自密實混凝土的特點

(1)保證混凝土良好地密實，提高生產(chǎn)效率;

(2)降低工人勞動強(qiáng)度，節(jié)省工人數(shù)量;

(3)可用于難以澆筑甚至無法澆筑的結(jié)構(gòu);

(4)能大量利用工業(yè)廢料作為摻合料，有利于環(huán)境保護(hù)，能降低混凝土水化熱;

(5)改善工作環(huán)境和安全性;

(6)改善混凝土的表面質(zhì)量，減少或避免混凝土表面缺陷與修補(bǔ);

(7)避免了振搗對模板產(chǎn)生的磨損;

(8)減少混凝土對攪拌機(jī)的磨損;

(9)降低工程造價，節(jié)約成本。

1.3 自密實混凝土用于無砟軌道填充層應(yīng)具有的性能

(1)高工作性:高工作性主要包括高流動性、高保水性、高粘聚性、高保坍性(坍落度經(jīng)時損失小)。

(2)高填充性:能夠填充整個軌道板，且要較低的含氣量，確保混凝土密實。

(3)高體積穩(wěn)定性:不能產(chǎn)生較大的體積收縮和裂紋。

(4)高耐久性、低彈模:為滿足施工周期的需要，應(yīng)具有一定的早期強(qiáng)度，在滿足強(qiáng)度和耐久性的情況下應(yīng)具有盡量低的彈性模量。

(5)高摻量外摻料、多組份添加劑。

2 自密實混凝土在高速鐵路建設(shè)中的應(yīng)用及研究

2.1 自密實混凝土在高速鐵路建設(shè)中的應(yīng)用

在我國，自密實混凝土用于鐵路無砟軌道的工程實例尚處于起步階段，目前僅在京津(北京－天津)城際鐵路和武廣(武漢－廣州)客運專線無砟軌道道岔板部分采用自密實混凝土作為無砟軌道的填充層，像成都至都江堰鐵路工程采用自密實混凝土作為干線無砟軌道填充層尚屬首次。

2.2 自密實混凝土在高速鐵路建設(shè)中的研究

2.2.1 自密實混凝土作用機(jī)理

眾所周知，自密實混凝土各組成材料包括固、氣、液三相，有體積加和性:石子的空隙由干砂漿填充，干砂漿的空隙由水填充。砂漿由水泥、細(xì)摻料、砂和空隙組成。

通過對自密實混凝土組成的分析，發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)漿體在自身重力作用下有從高向低的流動趨勢，再通過漿體的粘聚性能將粗細(xì)骨料形成一個整體，帶動粗細(xì)骨料一起流動達(dá)到填充空隙的作用。

2.2.2 自密實混凝土強(qiáng)度研究

自密實混凝土作為無砟道床調(diào)整層的填充材料，首先要有足夠的強(qiáng)度和剛度來傳遞軌道板重量以及其他荷載，成都至都江堰鐵路無砟道床調(diào)整層用自密實混凝土強(qiáng)度設(shè)計等級為C40，能在傳遞荷載的同時保證自身不會出現(xiàn)破壞。自密實混凝土的強(qiáng)度主要有以下幾個影響因素。

(1)骨料強(qiáng)度。骨料在混凝土中起著骨架的作用，它自身的強(qiáng)度直接影響到混凝土的強(qiáng)度性能。自密實混凝土骨料采用都江堰向峨鄉(xiāng)石甕采石場生產(chǎn)的石灰?guī)r級配碎石，該骨料經(jīng)試驗檢測得巖石抗壓強(qiáng)度達(dá)到142 MPa，壓碎指標(biāo)為7.3%。通過試驗數(shù)據(jù)表面，該骨料能有效地起到骨架的作用。

(2)膠凝材料強(qiáng)度。自密實混凝土中的漿體起到連接骨料，并填充骨料縫隙的作用。從混凝土破壞的角度來說，混凝土破裂一般都在漿體與骨料的界面處以及漿體內(nèi)出現(xiàn)。根據(jù)混凝土的破壞機(jī)理，選取水泥和礦粉作為自密實混凝土的膠凝材料，水泥和礦粉均有著高粘聚性能的特點，能有效地連接和包裹骨料，并且水泥和礦粉自身就有足夠的強(qiáng)度來抵抗對其的破壞力。

經(jīng)過實測，本工程采用的P.0 42.5水泥3 d強(qiáng)度達(dá)到31.8 MPa(規(guī)范要求≥17.0 MPa)，28 d強(qiáng)度達(dá)到52.5 MPa(規(guī)范要求≥42.5 MPa)。采用的S95級礦粉的28 d活性指數(shù)達(dá)到105%(規(guī)范要求≥95%)。所以，膠凝材料的強(qiáng)度指標(biāo)均大于國家規(guī)范及設(shè)計要求。

自密實混凝土相對于其他普通混凝土來說，有著高膠凝材料用量的特點，通過實測，用于無砟道床的自密實混凝土在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)情況下28 d強(qiáng)度可達(dá)到50 MPa，其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同樣作為調(diào)整層的乳化瀝青水泥砂漿。并且混凝土本身作為一種剛性材料，其彈性模量可達(dá)到3.0×104MPa。所以自密實混凝土有足夠的強(qiáng)度和剛度來滿足調(diào)整層的要求。

(3)用水量(水膠比)。自密實混凝土的用水量(水膠比)直接關(guān)系到混凝土的強(qiáng)度，并影響混凝土本身的均勻性能。用水量過多時，混凝土在凝固過程中由于膠凝材料水化反應(yīng)將消耗一部分水，另外一部分水分將存在于混凝土內(nèi)部，長時間下，混凝土內(nèi)部的水分蒸發(fā)后，在內(nèi)部出現(xiàn)大量空隙，降低混凝土密實性，降低漿體與骨料的接觸面積，從而降低混凝土強(qiáng)度。

2.2.3 自密實混凝土流動性能研究

自密實混凝土流動性能研究主要包括混凝土的流動性、均勻性等和易性能。首先要考慮它的流動性能是否能夠滿足充分填充整塊軌道板的灌注空間，能否達(dá)到自密實的要求。由于混凝土具有大流動性，要考慮它的粘聚性能和保水性能，防止出現(xiàn)離析、分層和泌水等不良現(xiàn)象，降低自密實混凝土的含氣量，保證自密實混凝土的密實性，防止灌注過程中出現(xiàn)浮漿和泡沫等現(xiàn)象。

(1)流動性。自密實混凝土能有效地填充無砟道床的調(diào)整層，其本身必須有足夠的流動性能，依靠自身的重力勢能可完全填充于軌道板下方，起到傳遞荷載的作用?；炷亮鲃有阅苤饕ㄟ^以下幾種方式進(jìn)行改進(jìn):第一，采用高效、質(zhì)量穩(wěn)定、減水率大、適量引氣的聚羧酸系高效減水劑;第二，采用細(xì)度模數(shù)為2.6～3.0的中級粗砂;第三，采用針、片狀含量低的碎石(或碎卵石);第四，采用粗、細(xì)骨料的含泥量必須較低，其中細(xì)骨料含泥量≤2.0%，粗骨料≤1.0%;第五，自密實混凝土需有足夠的漿體含量。

(2)粘聚性能。各項原材料對自密實混凝土性能的影響較大，如果原材料品質(zhì)或者各項材料之間的相容性出現(xiàn)波動，對自密實混凝土的性能指標(biāo)就會出現(xiàn)大的影響。特別是在單摻礦粉摻合料的情況下，漿體含量相對較低，自密實混凝土對用水量十分敏感，在相同配合比情況下，用水量的波動會引起自密實混凝土的形態(tài)出現(xiàn)較大的波動。

2.2.4 自密實混凝土收縮率研究

自密實混凝土做為調(diào)整層來支承軌道板，如若出現(xiàn)較大的變形將改變軌道板以及鋼軌的空間位置，對行車安全產(chǎn)生不良隱患，同時也將會降低行車舒適性。自密實混凝土收縮或膨脹過大，都會在混凝土與軌道邊的接觸面產(chǎn)生裂縫，影響結(jié)構(gòu)的耐久性能。但是自密實混凝土有著高膠凝材料和高砂率的特點，自身的特點就決定其收縮率會高于普通的混凝土。為了降低自密實混凝土的收縮率，筆者通過以下方式進(jìn)行調(diào)整。

(1)摻入一定量的膨脹劑，用于補(bǔ)償混凝土的收縮。自密實混凝土中膠凝材料在水化作用時，需消耗一部分水分，會造成混凝土在早期出現(xiàn)收縮的現(xiàn)象，膨脹劑摻入后，能在前期水化作用階段以及混凝土初凝前補(bǔ)償混凝土的收縮量。

自密實混凝土在膨脹及收縮過程中，將會帶動軌道板一起膨脹或收縮。當(dāng)混凝土因氣溫等因素出現(xiàn)膨脹或收縮時，軌道板與自密實混凝土之間將出現(xiàn)相對移動的趨勢，當(dāng)自密實混凝土施加給軌道板的作用力大于軌道板與自密實混凝土之間的粘接結(jié)時，自密實混凝土與軌道板的界面處將出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。所以膨脹劑的摻量就尤為重要。通過試驗比較，發(fā)現(xiàn)將膨脹劑摻量定位6%時，混凝土呈現(xiàn)無收縮低膨脹的趨勢。

(2)降低膠凝材料用量，采用礦物摻合料取代水泥，降低混凝土的水化熱，增加混凝土早期的體積穩(wěn)定性。

膠凝材料(特別是水泥)在前期水化作用過程中會產(chǎn)生很大的熱量，使內(nèi)部溫度增加，產(chǎn)生體積膨脹。到后期時，水化熱較小后，體積會出現(xiàn)一定的收縮，在此時，混凝土已經(jīng)硬化，若混凝土再出現(xiàn)收縮，在混凝土與軌道板界面處必定出現(xiàn)裂紋，影響結(jié)構(gòu)的耐久性能?；炷了療釙够炷羶?nèi)外部產(chǎn)生溫差，超過一定值時，因混凝土的收縮不一致而產(chǎn)生裂縫。

礦粉作為一種礦物摻合料來取代水泥后，能有效地補(bǔ)償混凝土中水泥應(yīng)提供的強(qiáng)度值。并且P.O 42.5水泥3 d水化熱200 J/g、7 d水化熱245 J/g，而摻入礦粉后，3 d水化熱能降低36%、7 d能降低29%。通過比較，發(fā)現(xiàn)礦粉取代水泥后能有效地降低混凝土的水化熱，提高混凝土的體積穩(wěn)定性能，。

(3)加強(qiáng)后期養(yǎng)護(hù)，減少混凝土的收縮。后期養(yǎng)護(hù)是降低混凝土收縮的有效途徑，后期養(yǎng)護(hù)包括保溫和濕潤兩部分。

混凝土的水化反應(yīng)主要集中在7 d齡期內(nèi)，在這段時間里混凝土?xí)丛床粩嗟叵颦h(huán)境散發(fā)熱量，其內(nèi)部與環(huán)境均會出現(xiàn)一定的溫度差異，如若收縮不一致時，則混凝土就會出現(xiàn)裂紋。通過適當(dāng)?shù)谋卮胧┖?，是混凝土?nèi)外溫度基本一致，到達(dá)收縮一致，則可有效避免混凝土出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象。

混凝土在水化階段需要有足夠的水分來保證水化反應(yīng)的完成。當(dāng)水分不能滿足時，混凝土將會出現(xiàn)一定量的收縮，影響混凝土與軌道板的密貼。所以在后期養(yǎng)護(hù)時，通過灑水、薄膜覆蓋等保濕措施，可保證混凝土水化反應(yīng)的進(jìn)行，提高混凝土的體積穩(wěn)定性。

3 自密實混凝土在高速鐵路建設(shè)中應(yīng)用前景展望

目前高速鐵路無咋軌道調(diào)整層大量使用乳化瀝青水泥砂漿調(diào)整層，成本價格高。而自密實混凝土是一項能夠給施工工藝帶來巨大變革的建筑材料，也只有在實際工程中大量應(yīng)用，才能真正全面發(fā)揮這種材料的性能優(yōu)勢。在高速鐵路無咋軌道的應(yīng)用中，自密實混凝土配合我國自主研發(fā)的Ⅲ型無咋軌道板施工技術(shù)，是值得大量應(yīng)用和推廣。目前已經(jīng)在成灌鐵路、成綿樂城際鐵路中應(yīng)用，昆萬鐵路(昆明至萬象)擬采用該技術(shù)。實際上，如果仔細(xì)分析自密實混凝土的特性和施工工藝，它在社會效益和經(jīng)濟(jì)效益方面都會帶來很大的提高。

4 結(jié)束語

在高速鐵路板式無咋道床設(shè)計施工過程中，Ⅰ型軌道板、Ⅱ型軌道板結(jié)構(gòu)型式調(diào)整層采用乳化瀝青水泥砂漿屬國外技術(shù)引進(jìn)，成本價格高。而Ⅲ型軌道板調(diào)整層采用自密實混凝土，屬于我國自主產(chǎn)權(quán)的板式無咋軌道結(jié)構(gòu)型式，成本價格相對較低，具備廣泛的應(yīng)用前景。

[1]CECS203－2006自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S]

[2]科技基[2005]101號 客運專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件[S]