苗江偉MIAO Jiang-wei

（中鐵一局集團第四工程有限公司，咸陽 712000）

0 引言

自密實砼用于高鐵CRTSⅢ無砟軌道的關(guān)鍵部位，要求其不僅具有高自密性、高自流性（因灌注時土工布阻力大）、高通過性（底板鋼筋密集）、高抗離析性和高體積穩(wěn)定性。由于高鐵對自密實砼的質(zhì)量及性能較普通自密實砼有更高的要求。配合比設(shè)計時需考慮更多的復(fù)雜因素及性能要求。要求自密實砼同時具有高流動性和極佳的體積穩(wěn)定性。但流動性與體積穩(wěn)定性互為矛盾，即膠凝材料、砂率及漿骨比的提高利于改善工作性能，但使砼出現(xiàn)更大收縮變形的不良影響。故本項目還對自密實砼體積穩(wěn)定性、耐久性進行研究，以確保制備滿足CRTSⅢ型無砟軌道使用的高性能自密實砼。

1 工程概況

新建北京至沈陽鐵路客運專線（京冀段）JSJJSG-I標段：起訖里程為DK266+900～DK283+961，線路17.061km。采用CRTSⅢ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，CRTSⅢ型板與底座混凝土之間設(shè)計為9cm厚C40自密實混凝土，標段自密實砼共計3839m3。

2 配合比的選定

2.1 自密實混凝土性能要求試驗方法

本項目采用二級自密實砼，其性能要求如表1、表2。

表1 自密實砼性能等級及指標

表2 自密實混凝土的性能要求

自密實砼性能試驗方法：坍落度擴展度試驗檢測流動性；V形漏斗試驗檢測抗離析性；U形箱試驗檢測間隙通過性；L-800型流動儀檢測流動過程保持勻質(zhì)性的能力、水平向變形能力及速度；且采取目測觀察的方式對砼性能進行評價。

2.2 原材料的選用

自密實砼對原材料變化極為敏感，原材料的波動會引起砼拌和物性能及硬化砼性能的改變，進而影響現(xiàn)場自密實砼的灌注施工，自密實砼不僅要求原材料質(zhì)量有保證，還要求材料質(zhì)量一定要穩(wěn)定，材料批與批之間的波動要小，本項目對原材料質(zhì)量要求如下：

①水泥：水泥選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，混合材宜為礦粉或粉煤灰。

②粉煤灰：粉煤灰對自密實砼和易性及力學指標有重要影響。且粉煤灰脫硝過程易殘留硝酸銨，硝酸銨與砼的堿性物質(zhì)反應(yīng)，在砼凝結(jié)過程會釋放氨氣，引起硬化砼發(fā)泡膨脹，溫度高（夏季）時影響不大，溫度低時影響大。因此要嚴格控制粉煤灰質(zhì)量。加大對進場粉煤灰的檢查頻率，在滿足常規(guī)檢測的情況下，需辨別是否為脫銷粉煤灰：脫銷粉煤灰加入熱水或與水泥摻和攪拌后往往會出現(xiàn)刺激性氨味。

③細骨料：砂的細度模數(shù)一般控制在2.3～2.7之間較為適宜。如果存儲條件允許，建議施工所用砂一次進場，以控制砂質(zhì)量的波動對自密實砼的影響。

④粗骨料：采用5～16mm級配碎石，主要控制含泥量及碎石的級配及粒型。采用球磨型（將加工出來的碎石通過球磨機磨成球粒狀），以降低碎石的針片狀顆?？偤考翱紫堵?，從而改善砼的和易性能，提高砼的強度及密實度。

⑤減水劑及引氣劑：由于自密實砼膠材用量大、種類多，選用穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)聚羧酸減水劑，要求具備“生產(chǎn)時先消泡再引氣工藝、含氣量適宜、保坍性能良好（主要指180min保坍性）”三個方面。

⑥膨脹劑：選用Ⅱ型膨脹劑，確保早期膨脹率不過高，后期膨脹持續(xù)時間長，膨脹率回落幅度小。

經(jīng)對不同的原材料、外加劑進行試驗檢測，并考慮經(jīng)濟效益。優(yōu)選表3所列的材料及外加劑進行自密實砼的制備。

表3 使用材料表

2.3 試配方案的選定

根據(jù)自密實砼設(shè)計明確的使用年限、所處環(huán)境條件和強度等級，結(jié)合使用的原材料、外加劑及擬采用的現(xiàn)場施工方法，經(jīng)過計算初步確定4個試配方案列于表4。

表4 初步選定的施工配合比

3 性能檢測與分析、研究

3.1 工作性能

在試驗室測定4個試配方案拌和物性能指標（坍落擴展度、擴展時間T500、J環(huán)障礙高差、L型儀充填比、含氣量、泌水率、豎向膨脹率）及硬化體性能指標，各項性能數(shù)據(jù)列于表5。結(jié)果表明，混凝土的工作性能（流動性、泌水率、坍落度等）、硬化體性能（強度等）均符合表2的要求。

表5 冀東水泥試驗室試拌及現(xiàn)場灌板試驗數(shù)據(jù)

3.2 體積穩(wěn)定性

①塑性收縮。

圖1為各初選配合比的砼混和物塑性收縮變形-時間曲線圖。由圖1所看出，4種混合物的塑性收縮變形曲線形狀類似，但砼塑性收縮變形率隨著礦粉加入量的增加、粉煤灰加入量的減少（摻入粉煤灰+礦粉的總量不變，為186kg）而呈現(xiàn)出降低的趨勢。

從圖1還可看出，自密實砼在摻入摻膨脹劑后塑性收縮變形由3個階段組成：1）塑性收縮發(fā)展階段（A階段），此階段砼尚未初凝，混合物沒有形成能夠承載的空間結(jié)構(gòu)，大量砼中自由水分蒸發(fā)，使砼產(chǎn)生干縮。2）塑性收縮變形峰值及開始膨脹階段（B階段），此階段的塑性收縮變形達到了峰值后，開始步入膨脹階段。3）膨脹階段（C階段）。砼在膨脹劑的作用下，開始膨脹，即對前兩階段產(chǎn)生的收縮進行補償，澆筑砼48h時，ZMP-3、ZMP-4配比的砼收縮得到了有效的補償。當砼齡期超過32h后，其體積膨脹趨緩，即砼凝固后強度提高，對膨脹劑的膨脹效應(yīng)起到約束作用，確保了自密實砼的體積穩(wěn)定性。

②抗氯離子滲透性能。

在充填層中需設(shè)置1層鋼筋網(wǎng)，故對自密實砼的抗氯離子滲透性能有較高要求。4種砼抗氯離子滲透的測試結(jié)果列于表6。56d電通量都沒有超過1000C，均有較佳的抗氯離子滲透性能。56d電通量與礦物摻合料的多少成反比。是因為礦物摻合料具有火山灰效應(yīng)，有效改善了砼中孔隙結(jié)構(gòu)，增強了砼的致密性，減少氯離子滲透的通道，增強了砼抗氯離子滲透性能。

表6 不同配合比的自密實砼抗氯離子滲透性能

③抗凍融性能。

澆筑成型后的充填層，僅有4處側(cè)面暴露在外部環(huán)境下，即填充層凍融破壞與道路砼相類似，故自密實砼的抗凍融性能采用單邊鹽凍法來測試。經(jīng)受28次凍融循環(huán)后均能滿足技術(shù)指標要求，4種砼的砼剝落量分別為992、653、612、197g/m2。均有較強的凍融抗能力。由圖2可看出，抗凍融能力與礦物摻合料的多少成正比，也是因為礦物摻合料增強了砼致密性，砼密實度越高，孔隙率也就越低，故抗凍融性能越強。

4 揭板試驗

進行現(xiàn)場灌板試驗，ZMP-1方案灌注時長12min56s、ZMP-2方案灌注時長12min19s、ZMP-3方案灌注時長10min14s、ZMP-4方案灌注時長18min45s。揭板驗證灌注質(zhì)量如下：

①ZMP-1方案砼表面小氣泡及工藝性氣泡較多，主要集中在板的兩側(cè)及端頭，面積≥6cm2氣泡面積之和＞4%板總面積，表面有可見的水紋；

②ZMP-2方案揭板后砼表面小氣泡及工藝性氣泡明顯減少，面積≥6cm2氣泡面積之和＞1%板總面積，表面有可見的水紋；

③ZMP-3方案揭板后砼表面幾乎沒有小氣泡，工藝性氣泡均未超過6cm2，有3個均分別為2cm2、3cm2、2cm2，砼側(cè)面比較光滑未發(fā)現(xiàn)有微小的氣泡，砼切開斷面揭示骨料分布均勻、無上下貫通氣孔、蜂窩現(xiàn)象；

④ZMP-4方案灌注時間過長，砼單摻礦粉粘度比較高，不容易灌注。揭板后發(fā)現(xiàn)小氣泡及工藝性氣泡較多。

通過以上比較，項目部會同監(jiān)理、業(yè)主、鐵科院咨詢專家對ZMP-3方案現(xiàn)場進行了3次灌板，砼灌注順利，灌板時間均在6～10min之間，砼的性能指標及揭板檢測結(jié)果均滿足《高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土暫行技術(shù)條件》中的各項指標要求。

5 確定配合比

ZMP-3方案的自密實砼無論在強度、體積穩(wěn)定性，還是在灌注質(zhì)量上均占明顯的優(yōu)勢。故本項目采用ZMP-3方案為最終選定的施工配合比，如表7所示。

表7 試驗確定施工配合比（kg/m3）

6 結(jié)束語

自密實砼不僅要求工作性能、物理性能、揭板質(zhì)量等指標符合外，還建議對其體積穩(wěn)定性進行測試，確保符合高鐵施工對砼的高性能、高耐久性的要求。本項目優(yōu)選的配合比在京沈客專I標中得到了成功應(yīng)用，施工過程中的質(zhì)量檢測及后期持續(xù)的質(zhì)量監(jiān)測表明效果良好。

在進行自密實砼原材料的選用、配合比設(shè)計、過程質(zhì)量控制的同時，減少因施工過程中砼灌注質(zhì)量而引起的揭板，為工程建設(shè)進度、質(zhì)量提供優(yōu)質(zhì)的保障。同時還充分考慮了施工經(jīng)濟成本。經(jīng)評估，優(yōu)選的配合比為企業(yè)取得節(jié)約171.2萬元的經(jīng)濟效果。