李峰?耿春東

摘 要： 充填層是高速鐵路無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部件，起支撐、調(diào)整及傳力等作用。本文從配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)入手，在C50自密實(shí)混凝土基礎(chǔ)配合比的基礎(chǔ)上，研究了UEA型膨脹劑摻量對(duì)混凝土性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：UEA型膨脹劑的摻入可明顯改善混凝土的工作性能、抗凍性能和補(bǔ)償收縮性能;并確定其最佳摻量為10%，此時(shí)混凝土擴(kuò)展度為700mm、T500為7s、28d抗壓強(qiáng)度57.3MPa、抗凍性能F150合格、28d限制膨脹率為-0.80%，滿足設(shè)計(jì)和施工要求。

關(guān)鍵詞：高速鐵路充填層;自密實(shí)混凝土;UEA型膨脹劑;補(bǔ)償收縮

1 引言

目前，我國(guó)正處于高速鐵路大規(guī)模建設(shè)與發(fā)展時(shí)期，各項(xiàng)高速鐵路技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。軌道結(jié)構(gòu)作為高速鐵路的基礎(chǔ)，其耐久性、穩(wěn)定性具有重要作用^[1]。高速鐵路主要采用無(wú)砟軌道和有砟軌道兩種軌道結(jié)構(gòu)形式^[2-3]，而無(wú)砟軌道是目前軌道結(jié)構(gòu)的首選。無(wú)砟軌道是一種以自密實(shí)混凝土或CA砂漿取代道砟道床的軌道結(jié)構(gòu)形式。

CA砂漿體系復(fù)雜、環(huán)境敏感，在工程實(shí)際應(yīng)用中極易出現(xiàn)氣泡、泌水等問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)自主研發(fā)出了新型板式軌道結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是板下100mm×2500mm×5350mm的狹長(zhǎng)空間采用自密實(shí)混凝土材料，新型板式軌道結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

自密實(shí)混凝土是高性能混凝土的一種，具有更高的強(qiáng)度和耐久性能^[4]。日本學(xué)者Okamum于1986年最早提出自密實(shí)混凝土的概念^[5]，作為全面支承軌道板的充填層結(jié)構(gòu)，其性能優(yōu)劣直接影響到軌道使用的耐久性和安全性?；谏鲜銮疤?，本文采用微膨脹補(bǔ)償收縮技術(shù)抑制自密實(shí)混凝土的收縮開裂，研究膨脹劑摻量對(duì)其工作性能、力學(xué)性能和耐久性能的影響。

2 原材料與試驗(yàn)方法

2.1 原材料

2.1.1 P.O 42.5水泥，I級(jí)粉煤灰、S95級(jí)礦粉，見表1。

2.1.2 河砂，表現(xiàn)密度為2640kg/m³，見表2;

石子選用5-10mm：10-20mm=1：1的玄武巖碎石。

計(jì)算可得Mx =2.69，中砂。

2.1.3 聚羧酸外加劑，減水率≥25%，保坍時(shí)間≥1.0h。

2.1.4 硫鋁酸鹽高效低堿膨脹劑。

2.1.5 水為普通自來(lái)水。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

依據(jù)自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法^[6]，通過(guò)調(diào)整膠凝材料組成、砂率、水膠比以及外加劑摻量，進(jìn)行自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)。通過(guò)試驗(yàn)研究，得到一組C50最優(yōu)配合比，基礎(chǔ)配合比見表3。

在基礎(chǔ)配合比的基礎(chǔ)上，采用控制變量法（即單一改變硫鋁酸鹽高效低堿膨脹劑的摻量）進(jìn)行配合比調(diào)整試驗(yàn)，其配合比見表4。

按照表4中的試驗(yàn)配合比進(jìn)行C50自密實(shí)混凝土工作性能、力學(xué)性能和耐久性能的測(cè)試。

2.3 測(cè)試方法

2.3.1 自密實(shí)混凝土的工作性能和力學(xué)性能的測(cè)定參照GB/T 50080-2016、GB/T 50081-2019進(jìn)行。

2.3.2 參照GB/T 50082-2009對(duì)抗凍性能和干燥收縮性能進(jìn)行研究。其中，抗凍性能采用快凍法試驗(yàn)，采用用100mm*100mm*400mm標(biāo)準(zhǔn)試塊，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)到28d齡期;試驗(yàn)過(guò)程對(duì)凍融試件進(jìn)行外觀檢查。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 膨脹劑摻量對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響

根據(jù)表4中的試驗(yàn)配合比進(jìn)行C50自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土工作性能和力學(xué)性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表5。

由表5可知，C50自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土的擴(kuò)展度≥675mm，工作性能滿足要求要求;UEA型膨脹劑的加入改善了混凝土的和易性，增加粘聚性，擴(kuò)展度有所增加，T500 時(shí)間減少;但UEA型膨脹劑摻加量值達(dá)到一定比例后（大于10%），擴(kuò)展度隨之減少;同時(shí)發(fā)現(xiàn)膨脹劑的摻入對(duì)混凝土的力學(xué)性能有不利影響，在配合比2-5中，配比4的28d強(qiáng)度相對(duì)較高、擴(kuò)展度最大、T500所用時(shí)間最少，綜合工作性能和力學(xué)性能方面，此種膨脹劑摻量在10%左右效果最明顯。

3.2 膨脹劑摻量對(duì)混凝土抗凍性能的影響

根據(jù)表4中的試驗(yàn)配合比進(jìn)行C50自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土抗凍性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表6。

由表6和圖3可知，摻加UEA的C50自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土，其凍融循環(huán)后質(zhì)量損失都在5%以內(nèi)，符合凍融循環(huán)要求，且其質(zhì)量損失率均小于未摻加膨脹劑時(shí)的質(zhì)量損失率，得出UEA膨脹劑的加入改善了自密實(shí)混凝土的抗凍性能。另外在一定范圍內(nèi)，隨著膨脹劑摻量的增多，質(zhì)量損失率達(dá)到最低值（0.43%），效果越好，但當(dāng)膨脹劑摻量大于10%時(shí)，質(zhì)量損失率又極劇變大，由此可知，摻量在10%左右時(shí)，質(zhì)量損失率最小，對(duì)抗凍性能改善效果最明顯。

同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，隨著UEA膨脹劑摻入，經(jīng)凍融循環(huán)后的混凝土28d強(qiáng)度損失率大幅降低，在膨脹劑摻量10%左右時(shí)，凍融循環(huán)后的抗壓強(qiáng)度最高，強(qiáng)度損失率最小，對(duì)抗凍性能改善效果最明顯。

綜合分析膨脹劑摻量對(duì)混凝土強(qiáng)度和質(zhì)量損失率的影響，得出UEA型膨脹劑摻量為10%時(shí)效果最好，此時(shí)，膨脹劑能較好改善自密實(shí)混凝土的抗凍性能，配制出的C50自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土達(dá)到凍融循環(huán)150而不破壞，能滿足抗凍要求。

3.3 膨脹劑摻量對(duì)混凝土限制膨脹率的影響

根據(jù)表4中的試驗(yàn)配合比進(jìn)行C50自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土限制膨脹率測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表7。

由表7和圖4可知，配比1（空白組）1d的限制膨脹率為負(fù)值，可得出正常情況下，混凝土前期（1d內(nèi)）體積出現(xiàn)收縮。

由配比2-4可知，添加膨脹劑的各組的限制膨脹率（1d內(nèi)）都為正值，可得出膨脹劑的摻加明顯改善了混凝土的前期收縮，且使自密實(shí)混凝土前期略微膨脹。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，自密實(shí)混凝土1d到3d收縮得到明顯改善，在大約3d的時(shí)間達(dá)到頂峰，此時(shí)混凝土收縮最小。五組配比中前期差距較大最后結(jié)果相近，得出膨脹劑的摻加能較好改善自密實(shí)混凝土前期收縮，對(duì)后期收縮影響較小。

對(duì)比配比2-5四組實(shí)驗(yàn)易發(fā)現(xiàn)，膨脹劑摻加6%時(shí)雖改善了前期收縮，但后期收縮仍較大，效果不理想;膨脹劑摻加12%雖然后期收縮量最小，但前期膨脹率較大，考慮膨脹劑摻量過(guò)大，對(duì)混凝土強(qiáng)度有不利影響;由圖2可以看出，在膨脹劑摻量10%時(shí)即可明顯改善前期收縮，28d后收縮又相對(duì)較小，幾乎完全補(bǔ)償了自密實(shí)混凝土的收縮，綜上所述，10%摻量時(shí)效果最佳。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 通過(guò)配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定了一組C50自密實(shí)混凝土的配合比。

4.2 UEA型膨脹劑的摻入改善了自密實(shí)混凝土的和易性，增加了粘聚性，擴(kuò)展度增大，T500 時(shí)間減少;同時(shí)提高了自密實(shí)混凝土的抗凍性能，起到了補(bǔ)償收縮的作用。

4.3 綜合考慮混凝土的各項(xiàng)測(cè)試性能，UEA型膨脹劑的最佳摻量為膠凝材料用量的10%，此時(shí)C50自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土的擴(kuò)展度為700mm、T500為7s、28d抗壓強(qiáng)度57.3MPa、抗凍性能F150合格，28d限制膨脹率為-0.80%，幾乎完全補(bǔ)償了自密實(shí)混凝土的收縮，澆筑后的自密實(shí)混凝土具有較好的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：李峰，男，本科，助理工程師;

耿春東，男，碩士，助理工程師。