高速鐵路軌道板高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究

1、<p>　　高速鐵路軌道板高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究</p><p>　　摘要:軌道是線路的基礎(chǔ)，其品質(zhì)好壞直接決定著列車運(yùn)營(yíng)的平順性及安全性。軌道板是軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，保證軌道板的質(zhì)量是確保軌道結(jié)構(gòu)品質(zhì)的基本條件。結(jié)合我國(guó)京滬高速鐵路建設(shè)，本文對(duì)軌道板用高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，若想配置出性能優(yōu)越的高性能混凝土，除了考慮水膠比、砂率、養(yǎng)護(hù)溫度、摻合料、外加劑、

2、膠凝材料等對(duì)混凝土拌合物和易性和早期強(qiáng)度的影響外，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)施工質(zhì)量的控制，嚴(yán)格控制每個(gè)環(huán)節(jié)之間的連續(xù)性，盡量縮短從拌制到振搗完成的時(shí)間。 </p><p>　　關(guān)鍵詞:高速鐵路高性能混凝土配合比試驗(yàn)研究 </p><p>　　中圖分類號(hào) ：U238文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　引言 </b></p><p

3、>　　京滬高速鐵路貫穿北京、天津、河北、山東、安徽、江蘇、上海7省市，連接環(huán)渤海和長(zhǎng)江三角洲兩大經(jīng)濟(jì)區(qū)，線路自北京南站至上海虹橋站，新建鐵路全長(zhǎng)1318公里，是世界上一次建成線路里程最長(zhǎng)、標(biāo)準(zhǔn)最高的高速鐵路。中國(guó)水電集團(tuán)長(zhǎng)清制板場(chǎng)承擔(dān)了京滬高速鐵路DIK417+800～DK474+800（78km雙線）CRTSⅡ型無(wú)砟軌道板21812塊的預(yù)制任務(wù)。 </p><p>　　混凝土軌道板是無(wú)砟軌道的重要組成部分

4、，軌道板的質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接影響列車運(yùn)行的舒適性和安全性。軌道板質(zhì)量的好壞首先取決于混凝土的質(zhì)量，其混凝土的強(qiáng)度和耐久性直接關(guān)系著無(wú)砟軌道板的承載能力和使用性能，因此，生產(chǎn)出符合高速鐵路高標(biāo)準(zhǔn)要求的軌道板混凝土至關(guān)重要。而混凝土質(zhì)量的好壞又取決于配合比的設(shè)計(jì)是否合理及施工質(zhì)量控制是否得當(dāng)?；诖?，本文結(jié)合京滬高速鐵路長(zhǎng)清板場(chǎng)的制板實(shí)踐，對(duì)CRTSⅡ型無(wú)砟軌道板混凝土的配合比進(jìn)行系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，并對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行了合理的規(guī)劃控制，以確保軌道板生產(chǎn)

5、的優(yōu)質(zhì)高效。 </p><p>　　1軌道板混凝土配合比設(shè)計(jì)要求及研究思路 </p><p>　　1.1軌道板混凝土設(shè)計(jì)要求 </p><p>　　CRTSⅡ型無(wú)砟軌道板的主要技術(shù)性能指標(biāo)依據(jù)于《客運(yùn)專線鐵路CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道混凝土Ⅱ型軌道板（有擋肩）暫行技術(shù)條件》科技基【2008】173號(hào)（以下簡(jiǎn)稱173號(hào)文），主要有以下幾點(diǎn)： </p>&l

6、t;p>　　（1）CRTSⅡ型軌道板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C55；預(yù)應(yīng)力筋放張時(shí)，要求混凝土強(qiáng)度不得低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80％，且16h強(qiáng)度不應(yīng)低于48MPa； </p><p>　?。?）膠凝材料總量不宜超過(guò)480kg/m3，用水量不應(yīng)超過(guò)150kg/m3； </p><p>　?。?）混凝土56d電通量應(yīng)小于1000C，56d抗凍性能應(yīng)滿足F300的要求； </p><

7、;p>　?。?）混凝土內(nèi)總堿含量不應(yīng)超過(guò)3.0kg/m3,當(dāng)骨料具有潛在堿活性時(shí)，總堿含量不應(yīng)超過(guò)3.0 kg/m3，且應(yīng)采取抑制堿—骨料反應(yīng)技術(shù)措施，并按《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》的規(guī)定進(jìn)行抑制混凝土堿—骨料反應(yīng)有效性評(píng)價(jià)。 </p><p>　　除上述要求外，為確保施工順利，配合比設(shè)計(jì)時(shí)還必須考慮混凝土拌合物的入模坍落度、含氣量、工作性等因素。 </p><p>　　1

8、.2配合比試驗(yàn)研究思路 </p><p>　　CRTSⅡ型軌道板混凝土配合比試驗(yàn)主要分三個(gè)階段進(jìn)行： </p><p>　　第一階段為原材料選擇和和檢測(cè)試驗(yàn)； </p><p>　　第二階段為配合比設(shè)計(jì)及混凝土拌合物性能試驗(yàn)； </p><p>　　第三階段為混凝土強(qiáng)度及耐久性能試驗(yàn)。 </p><p>　　由于CRT

9、SⅡ型軌道板混凝土早期強(qiáng)度直接影響軌道生產(chǎn)的效率和質(zhì)量?；炷翉?qiáng)度達(dá)到預(yù)應(yīng)力放張要求的時(shí)間越長(zhǎng)軌道板生產(chǎn)的效率就越低，但混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展過(guò)快會(huì)使混凝土產(chǎn)生各種缺陷 </p><p>　　影響后期耐久性，因此對(duì)混凝土早期強(qiáng)度的合理控制，是保證混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵工序。為此，本文重點(diǎn)對(duì)混凝土配合比試驗(yàn)的第二、第三階段進(jìn)行詳細(xì)研究，明確混凝土配合比參數(shù)對(duì)混凝土強(qiáng)度尤其是早期強(qiáng)度的影響，以期確定合理的軌道板混凝土配合比。

10、</p><p><b>　　2配合比選擇試驗(yàn) </b></p><p>　　混凝土配合比的選配主要是通過(guò)試拌試驗(yàn)確定拌合物的水膠比、單位用水量、摻和料用量參數(shù)。考慮到軌道板混凝土對(duì)早期強(qiáng)度有較高的要求和173號(hào)文對(duì)膠材用量有明確限制，試拌時(shí)將膠材用量固定為480kg/m3。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整砂率、外加劑摻量來(lái)考察混凝土拌合物的和易性、含氣量、坍落度等出機(jī)性能、選擇

11、滿足強(qiáng)度和耐久性能的混凝土配合比參數(shù)。 </p><p><b>　　2.1水膠比 </b></p><p>　　水膠比是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素之一，試驗(yàn)選擇了5種不同的水膠比進(jìn)行對(duì)比分析，試驗(yàn)結(jié)果見表1。 </p><p>　　表1不同水膠比強(qiáng)度試驗(yàn)表 </p><p>　　從表1中可以看出：在同一入模溫度和相同的養(yǎng)

12、護(hù)條件下，水膠比越小，混凝土的早期強(qiáng)度越高；但水膠比過(guò)小，拌合物變得粘稠，翻拌、振搗都比較困難，混凝土拌合物的工作性變差。從16h強(qiáng)度試驗(yàn)成果和出機(jī)性能來(lái)看，水膠比宜控制在0.285左右。 </p><p><b>　　2.2砂率 </b></p><p>　　試驗(yàn)選用的砂子細(xì)度模數(shù)在2.8左右，試驗(yàn)室選擇33%、35%、37%三個(gè)不同的砂率進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表

13、2所示。 </p><p>　　表2不同砂率強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)表 </p><p>　　備注:各組試驗(yàn)原材料品種相同；各組試驗(yàn)水泥均為432(kg/m3)，摻和材用量均為48(kg/m3)。 </p><p>　　從表2可以看出：砂率對(duì)混凝土拌合物的性能明顯影響，過(guò)小過(guò)大的砂率，都會(huì)對(duì)混凝土拌合物的和易性造成不利影響。從試驗(yàn)結(jié)果分析，本配合比的砂率宜選擇35%。 <

14、/p><p>　　2.3養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度 </p><p>　　從表1、表2中可以看出：混凝土養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度對(duì)混凝土早期強(qiáng)度的發(fā)展起著至關(guān)重要的影響，適當(dāng)?shù)奶岣呷肽囟群宛B(yǎng)護(hù)溫度，能大幅度的提高混凝土的早期強(qiáng)度。將不同養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度條件下的混凝土早期強(qiáng)度試驗(yàn)成果繪制成如圖1所示的柱狀圖。 </p><p>　　從圖1可以看出，養(yǎng)護(hù)溫度越高，混凝土的早期強(qiáng)度越高。因此，適當(dāng)?shù)奶岣?/p>

15、混凝土拌合物的入模溫度和養(yǎng)護(hù)溫度是提高混凝土早期強(qiáng)度以滿足軌道板施工進(jìn)度的最有效的手段。 </p><p><b>　　2.4摻合料 </b></p><p>　　摻合料可以提高混凝土的致密性和抗?jié)B性；改善界面的微觀 </p><p>　　圖1混凝土強(qiáng)度對(duì)比圖 </p><p>　　結(jié)構(gòu)，堵塞混凝土內(nèi)部空隙，提高混凝土耐

16、久性，具有節(jié)能、節(jié)料、工程經(jīng)濟(jì)、勞動(dòng)保護(hù)及環(huán)境保護(hù)等方面的良好效應(yīng)。 </p><p>　　摻合料的摻量對(duì)混凝土的性能影響比較大，尤其是早期強(qiáng)度和耐久性，為了縮短達(dá)到預(yù)應(yīng)力筋放張時(shí)要求的混凝土強(qiáng)度的時(shí)間（一般要求16h），且滿足混凝土后期強(qiáng)度及耐久性要求，必須選擇一個(gè)最佳摻量，試驗(yàn)選擇了多組不同摻合料摻量的配合比進(jìn)行對(duì)比研究，試驗(yàn)結(jié)果見表3和表4所示。 </p><p>　　表3摻合料對(duì)混

17、凝土性能影響試驗(yàn)結(jié)果(一) </p><p>　　表4摻合料對(duì)混凝土性能影響試驗(yàn)結(jié)果(二) </p><p><b>　　2.5其它因素 </b></p><p>　　此外，試驗(yàn)表明：除水膠比、砂率、環(huán)境溫度對(duì)混凝土拌合物早期強(qiáng)度和和易性有明顯影響以外，外加劑、膠凝材料等對(duì)混凝土拌合物的和易性和早期強(qiáng)度同樣有顯著影響。外加劑對(duì)混凝土拌合物和易性

18、的改善主要靠外加劑的摻量和調(diào)整配方來(lái)實(shí)現(xiàn)。膠凝材料對(duì)混凝土拌合物早期強(qiáng)度和和易性的影響主要體現(xiàn)在膠凝材料的細(xì)度方面。在滿足規(guī)范要求的前提下，適當(dāng)?shù)慕档湍z凝材料的細(xì)度（增大比表面積）有利于改善混凝土拌合物的施工和易性，同時(shí)可以加快水化反應(yīng)速度，提高混凝土的早期強(qiáng)度。 </p><p>　　3配合比參數(shù)的確定 </p><p>　　通過(guò)配合比試驗(yàn)，初步掌握了影響混凝土拌合物和易性和強(qiáng)度的主要因

19、素，并大致確定了各種原材料的品種和規(guī)格，在綜合分析各項(xiàng)因素的基礎(chǔ)上，初步選定了以下四種配合比進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)，試驗(yàn)配合比的各參數(shù)見表5。 </p><p>　　采用上述四種配合比配制混凝土進(jìn)行后期強(qiáng)度和耐久性試驗(yàn)，并對(duì)其進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，最終確定BP-2和BP-3為試生產(chǎn)施工配合比。其后期強(qiáng)度和耐久性試驗(yàn)結(jié)果如表6所示?；炷恋母黜?xiàng)性能指標(biāo)完全滿足173號(hào)文規(guī)定的技術(shù)要求。 </p><p&g

20、t;<b>　　表5配合比參數(shù)表 </b></p><p>　　表6強(qiáng)度及耐久性試驗(yàn)結(jié)果 </p><p>　　配合比BP-2和 BP-3的區(qū)別主要在于，前者使用的是磨細(xì)礦渣粉，后者采用的是軌道板專用摻合料。在試生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)兩組配合比對(duì)應(yīng)混凝土的綜合性能差異不大，但磨細(xì)礦渣粉更加經(jīng)濟(jì)，為CRTSⅡ型無(wú)砟軌道板混凝土礦物外加劑的首選。 </p><p

21、>　　綜合考慮上述因素，混凝土生產(chǎn)配合比選用BP-2。 </p><p><b>　　4結(jié)論 </b></p><p>　　通過(guò)對(duì)軌道板用高性能混凝土進(jìn)行配合比試驗(yàn)，明確了高性能混凝土配合比的基本參數(shù)，混凝土早期強(qiáng)度及和易性的影響因素，提出了適用于CRTSII型軌道板的高性能混凝土生產(chǎn)配合比。在此基礎(chǔ)上，對(duì)混凝土施工過(guò)程進(jìn)行了合理規(guī)劃，并總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，提出了保證

22、混凝土施工質(zhì)量的有效措施。 </p><p>　?。?）根據(jù)配合比試驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)對(duì)混凝土早期強(qiáng)度及后期耐久性的試驗(yàn)研究，確定了高性能混凝土試生產(chǎn)配合比BP-2和 BP-3。在試生產(chǎn)中，由于兩組配合比對(duì)應(yīng)混凝土的綜合性能差異不大，但前者使用的是磨細(xì)礦渣粉較為經(jīng)濟(jì)，因此確定BP-2為生產(chǎn)配合比，配合比的具體參數(shù)如表5所示。 </p><p>　?。?）在混凝土施工過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制每一個(gè)環(huán)節(jié)

23、之間的連續(xù)性，盡量縮短從拌制到振搗完成的時(shí)間。對(duì)于軌道板混凝土來(lái)說(shuō)，因?qū)ζ湓缙趶?qiáng)度有特殊要求，入模振搗完成前任何一個(gè)環(huán)節(jié)的延誤都可能影響到混凝土實(shí)體的質(zhì)量和施工進(jìn)度，甚至造成當(dāng)盤混凝土報(bào)廢。因此，開倉(cāng)澆注前，應(yīng)認(rèn)真對(duì)拌合站、雙吊點(diǎn)橋式起重機(jī)、布料機(jī)、振搗器等進(jìn)行嚴(yán)格檢查和調(diào)試，盡量保證每盤混凝土從出機(jī)口到澆注振搗完成的時(shí)間不超過(guò)15min。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b>

24、</p><p>　　[1]客運(yùn)專線鐵路CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道混凝土Ⅱ型軌道板（有擋肩）暫行技術(shù)條件.科技基[2008]173號(hào).中國(guó)鐵道出版社.2008 </p><p>　　[2]客運(yùn)專線高性能混凝凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件. 科技基[2005]101號(hào).中國(guó)鐵道出版社.2005. </p><p>　　[3]欒心國(guó)，李余賢，丁永海.CRTSII型軌道板(有擋肩)混凝土