游國(guó)賢

（肇慶市恒裕混凝土新型建材有限公司，廣東 肇慶 526000）

0 引言

隨著我國(guó)高速鐵路的迅速發(fā)展，無砟軌道結(jié)構(gòu)以其良好的穩(wěn)定性、維修工作量低及使用壽命長(zhǎng)等突出特點(diǎn)得以廣泛應(yīng)用。CRTSⅢ 型板式無砟軌道是我國(guó)在消化、吸收國(guó)外無砟軌道技術(shù)基礎(chǔ)上，再創(chuàng)新研制的具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無砟軌道技術(shù)。它用自密實(shí)混凝土替代 CA 砂漿做為板下充填層，起著支撐、承力、傳力、填充和調(diào)整軌道板高度的作用[1]。用于充填層的自密實(shí)混凝土必須具有優(yōu)異的工程性能，包括良好的工作性能、較高的體積穩(wěn)定性、適度的彈韌性以及與服役環(huán)境相應(yīng)的耐久性能，從而確保整個(gè)結(jié)構(gòu)的服役壽命。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在無砟軌道自密實(shí)混凝土的制備、施工、性能及檢測(cè)技術(shù)等方面做了大量研究。但是，無砟軌道填充層用自密實(shí)混凝土還存在拌合物擴(kuò)展度損失快、有泌水和離析現(xiàn)象、揭板后混凝土表面浮漿層厚、表面水紋和工藝性氣泡超標(biāo)、局部灌注不飽滿、收縮開裂嚴(yán)重、體積穩(wěn)定性差等問題。針對(duì)上述問題，本文采用具有絕濕膨脹的雙膨脹源膨脹劑和粘度改性材料研制了一種工作性好、填充無缺陷，開裂敏感性低，耐久性好，并且適用于 CRTSⅢ 型板式無砟軌道板的微膨脹自密實(shí)混凝土。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥，P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，其化學(xué)組成見表1，物理性能見表 2。

粉煤灰，F(xiàn) 類Ⅰ級(jí)粉煤灰。礦粉，S95 磨細(xì)礦渣粉。粘度改性材料，自制，性能符合 TJ/GW 112—2013《高速鐵路 CRTSⅢ 型板式無砟軌道自密實(shí)混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》的規(guī)定；膨脹劑，硫酸酸鈣－氧化鈣類雙膨脹源混凝土膨脹劑，性能符合 GB/T 23439—2017《混凝土膨脹劑》中的Ⅱ型產(chǎn)品要求，物理性能見表 3。

表1 水泥化學(xué)組成 %

表2 水泥物理性能

表3 高性能混凝土膨脹劑物理性能

細(xì)骨料，河砂，中砂，細(xì)度模數(shù) 2.6。粗骨料，碎石，5～16mm 連續(xù)級(jí)配。減水劑，保坍型聚羧酸減水劑。拌合水，自來水。

1.2 混凝土配合比

自密實(shí)混凝土膠凝材料 520kg/m3，砂率 0.50，膨脹劑摻量分別為 30kg/m3、40 kg/m3和 50kg/m3，編號(hào)及配合比如表 4 所示。

表4 自密實(shí)混凝土配合比 kg/m3

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 新拌混凝土性能測(cè)試

參照 TJ/GW 112—2013《高速鐵路 CRTSII 型板式無砟軌道自密實(shí)混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》，進(jìn)行坍落擴(kuò)展度、擴(kuò)展時(shí)間 T500、J 環(huán)障礙高差、L 型儀充填比、含氣量和豎向膨脹率等測(cè)試。

1.3.2 硬化混凝土性能測(cè)試

參照 TJ/GW 112—2013《高速鐵路 CRTSⅢ 型板式無砟軌道自密實(shí)混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、電通量和抗鹽凍性等測(cè)試。

1.3.3 限制膨脹率測(cè)試

參照 GB 23439—2009《混凝土膨脹劑》，進(jìn)行水中和空氣中全程限制膨脹率測(cè)試。

2 結(jié)果與分析

2.1 新拌自密實(shí)混凝土性能

新拌自密實(shí)混凝土性能測(cè)試結(jié)果如表 5 所示。圖1～2 是 C3 新拌自密實(shí)混凝土的坍落擴(kuò)展度和 J 環(huán)障礙高差試驗(yàn)結(jié)果。

表5 新拌自密實(shí)混凝土性能

自密實(shí)混凝土與普通混凝土相比，其特征在于它是具有高流動(dòng)性、高黏聚性和優(yōu)越流變性能的高流態(tài)混凝土。 由表 5 和圖 1～2 可以看出，自密實(shí)混凝土坍落擴(kuò)展度達(dá)到 665～680mm，T500擴(kuò)展時(shí)間僅為 3.5～4.8s，說明所制備的三種新拌混凝土流動(dòng)性較好。L 型儀充填比在 0.92～0.94，說明新拌混凝土填充性和間隙通過性好。J 環(huán)障礙高差在 10～13mm，鋼筋附近無石子堆積，說明新拌混凝土具有較好的抗離析性。此外，隨著單方混凝土膨脹劑摻量的增加，單方用水量和外加劑相同時(shí)，新拌混凝土的黏聚性有所增加，而新拌混凝土的流動(dòng)性、填充性和抗離析性略有降低。粘度改性材料的引入降低了混凝土對(duì)水和外加劑的敏感性，改善混凝土工作性。新拌混凝土內(nèi)部引入了適當(dāng)?shù)奈⑿馀?，含氣量?3.7%～4.3%，起到滾珠的作用，降低物料粘性，有助于改善新拌混凝土的和易性[2]。并且，三個(gè)混凝土都沒有泌水。豎向膨脹率隨著膨脹劑摻量的增加而增長(zhǎng)，這主要是因?yàn)殡p膨脹源高性能混凝土膨脹劑的膨脹與強(qiáng)度增長(zhǎng)相匹配，它可以有效補(bǔ)償自密實(shí)混凝土的自收縮。

圖1 混凝土坍落擴(kuò)展度

圖 2 混凝土 J 環(huán)障礙高差

綜上所述，所制備的三個(gè)自密實(shí)混凝土均具有良好的流動(dòng)性、填充性和抗離析性，可以在自重、無外部振搗下澆筑密實(shí)無砟軌道板的底面和底座之間的空隙，不會(huì)出現(xiàn)蜂窩、孔洞等缺陷。

2.2 自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度

自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見表 6 和圖 3。

表6 混凝土抗壓強(qiáng)度 MPa

由圖 3 可以看出，所制備自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增長(zhǎng)（3d→56d）而持續(xù)增長(zhǎng)，28d 時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)到 40.5～41.5MPa，56d 時(shí)抗壓強(qiáng)度為 49.5～51.1MPa，三個(gè)配比的自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度均達(dá)到TJ/GW 112—2013 的要求。此外，隨著膨脹劑摻量的增加，自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度略有下降，但下降幅度非常小，尤其是早期，后期略有差別。摻量 30kg/m3的 C1自密實(shí)混凝土 56d 抗壓強(qiáng)度比單方摻量 40g/m3的 C3 混凝土高 1.6MPa。這主要是因?yàn)椋?dāng)混凝土的限制膨脹率與強(qiáng)度增長(zhǎng)相匹配時(shí)，限制膨脹率隨著膨脹劑摻量的增加而增長(zhǎng)。強(qiáng)度的差異是由 C3 自密實(shí)混凝土的膨脹大于 C1 自密實(shí)混凝土所引起的。

圖3 自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度

2.3 自密實(shí)混凝土耐久性

混凝土的電通量和抗鹽凍性測(cè)試結(jié)果見表7。

表7 自密實(shí)混凝土耐久性

當(dāng)混凝土接觸水并且經(jīng)受反復(fù)交替的正負(fù)溫循環(huán)時(shí)，混凝土就有可能發(fā)生凍融循環(huán)破壞。而當(dāng)水中含有鹽類時(shí)，由于鹽結(jié)晶壓力的物理破壞作用，混凝土就可能發(fā)生嚴(yán)重的鹽凍破壞?；炷翉谋砻骈_始逐漸向內(nèi)擴(kuò)展破壞，砂漿層剝落、骨料暴露。眾所周知，混凝土發(fā)生破壞的前提是外界的水或其他侵蝕介質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部。因此，低滲透性是保證混凝土耐久性的關(guān)鍵。

由表 7 可知，所制備的自密實(shí)混凝土經(jīng)過 28 次凍融循環(huán)后，其剝落量?jī)H為 160～170g/m2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 TJ/GW 112—2013 給出的低于 1000g/m2限值，說明混凝土具有較好的抗鹽凍性。而自密實(shí)混凝土 56d 電通量在360～385C，依據(jù) ASTM C1202 標(biāo)準(zhǔn)，混凝土氯離子滲透性為“非常低”，也就是說自密實(shí)混凝土具有良好的抗?jié)B性。這正好解釋了為什么自密實(shí)混凝土抗鹽凍性極佳。自密實(shí)混凝土所采用的聚羧酸減水劑具有引氣組分，在混凝土內(nèi)部引入大量微小的氣泡（見表 5 含氣量測(cè)試結(jié)果），這些微小的氣泡封閉混凝土的毛細(xì)孔通道，降低混凝土的連通性，優(yōu)化孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土的抗?jié)B性。另一方面，自密實(shí)混凝土配制時(shí)采用了雙膨脹源膨脹劑，其膨脹水化產(chǎn)物可以進(jìn)一步填充孔隙，從而降低混凝土的滲透性。二者疊加復(fù)合，有效保證了自密實(shí)混凝土的低滲透性，從而提高混凝土的耐久性。

2.4 自密實(shí)混凝土限制膨脹率

由于自密實(shí)混凝土膠凝材料用量和砂率都較高，導(dǎo)致其自收縮和干燥收縮非常大。無砟軌道填充層用自密實(shí)混凝土如果產(chǎn)生較大收縮，引發(fā)體積變形，則會(huì)嚴(yán)重影響高鐵的行車安全。因此，如何控制自密實(shí)混凝土的收縮，解決體積穩(wěn)定性是技術(shù)人員所要面對(duì)的一個(gè)難題。TJ/GW 112—2013 只要求測(cè)試自密實(shí)混凝土的56d干縮值，無法評(píng)價(jià)自密實(shí)混凝土的全程變形。

自密實(shí)混凝土水中養(yǎng)護(hù) 14d 而后轉(zhuǎn)入干空繼續(xù)養(yǎng)護(hù)56d 所測(cè)得的全程限制膨脹率結(jié)果見表 8 和圖 4。

表8 自密實(shí)混凝土限制膨脹率 %

圖4 自密實(shí)混凝土全程限制膨脹率

由表 8 和圖 4 可以看出，自密實(shí)混凝土的限制膨脹率隨著膨脹劑摻量的增加而增加，尤其是膨脹劑摻量 40kg/m3的 C3 自密實(shí)混凝土。水中養(yǎng)護(hù) 14d時(shí)，C1、C2 和 C3 自密實(shí)混凝土的限制膨脹率分別達(dá)到 0.0236%、0.0263% 和 0.0315%。轉(zhuǎn)入干空 56d后，三者的限制膨脹率仍然達(dá)到 -0.011%、0.001% 和0.007%。結(jié)果表明，當(dāng)膨脹劑摻量達(dá)到 35kg/m3時(shí)，C2自密實(shí)混凝土的干燥收縮值幾乎為零，但仍大于零，說明混凝土還處于膨脹狀態(tài)。當(dāng)膨脹劑摻量達(dá)到 40kg/m3時(shí)，C3 自密實(shí)混凝土則依然儲(chǔ)存了較大的預(yù)壓應(yīng)力。雙膨脹源膨脹劑有效減小自密實(shí)混凝土收縮，膨脹劑單方摻量 35kg 時(shí)，可有效解決體積不穩(wěn)定的難題。

綜合考慮自密實(shí)混凝土拌合物的工作性，硬化混凝土的強(qiáng)度、耐久性和體積穩(wěn)定性，膨脹劑摻量 40kg/m3的 C3 自密實(shí)混凝土性能較佳，體積穩(wěn)定性的可靠性更有保障一些。

3 結(jié)論

研制了一種適用于 CRTSⅢ 型板式無砟軌道板的微膨脹自密實(shí)混凝土，它具有工作性好、填充無缺陷，開裂敏感性低，低滲透性和耐久性好的等優(yōu)點(diǎn)，性能滿足 TJ/GW 112—2013 要求?；炷涟韬衔锾鋽U(kuò)展度665mm、T500擴(kuò)展時(shí)間僅為 4.8s，L 型儀充填比 0.92、J 環(huán)障礙高差 13mm，56d 抗壓強(qiáng)度 49.5MPa、電通量365C、抗鹽凍性（28 次凍融循環(huán)剝落量）160g/m2。雙膨脹源膨脹劑單量摻量 40kg 時(shí)，可有效解決自密實(shí)混凝土收縮問題。

[1] 馬昆林，龍廣成，謝友均．CRTSⅢ 型板式無砟軌道充填層自密實(shí)混凝土碳化及力學(xué)性能演變的研究[J]．鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012,9(6): 42-47．

[2] 王華生，趙慧如．現(xiàn)代混凝土技術(shù)禁忌手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008，369．

[3] 李寧，葉燕華，杜艷靜，等．膨脹劑摻量對(duì)自密實(shí)混凝土收縮性能的影響[J]．建筑技術(shù)，2011,2: 1114-1117．