自密实混凝土的流变性能与新旧界面粘结强度研究

中铁十一局集团第四工程有限公司，湖北 武汉 430073

CRTS III 型板式无砟轨道结构是一种我国具有自主知识产权的用于高速铁路的轨道结构形式，其中混凝土基板、自密实混凝土充填层与预制混凝土轨道板形成了复合板结构，可以保证无砟轨道结构的“毫米级”施工精度，且具有优异的静、动态力学性能，能够保证长期安全与平稳运营［1-2］。

CRTS III 型板式轨道结构的施工难点在于自密实混凝土（Self-compacting concrete，SCC）性能的调控［2］。用于CRTS III型板式轨道的SCC 需要灌注入装配有钢筋的充填层膜腔中，因此对填充性、抗离析性的要求更高。SCC 拌合时会引入大量的气泡，由于其流动性好，粘度较低，因此气泡容易集聚、上浮，导致形成低强度浆体层［3］。这将直接影响SCC 与预制轨道板间的粘结性能，甚至会严重降低轨道结构的耐久性［3］。

本文选用混凝土流变仪测试了不同SCC 的流变性能，并选用劈裂抗拉与直接拉伸法测试了SCC 与蒸养混凝土间的粘结强度［4］，对于CRTS III 型板式轨道结构用SCC 的配合比设计及现场调控有一定的实践意义。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

水泥（C）选用海螺P·O 42.5 水泥，其比表面积为347m2/kg，标准稠度用水量为25.1%。选用的矿物掺合料包括粉煤灰（FA）、矿粉（SL）与硅灰（SF），其中粉煤灰为II 级粉煤灰，比表面积为398m2/kg；矿粉为S95 级矿粉，比表面积为491m2/kg。

试验用砂为河砂，细度模数为2.5。所用粗骨料为5-16mm的连续级配碎石。膨胀剂（EA）为市售U 型膨胀剂，主要成分为硫铝酸钙与氧化钙。粘改剂（VM）为市售商品粘改剂。减水剂为高性能聚羧酸减水剂，减水率为30%。试验用水均为可饮用水。

1.2 试验方法

试验选用的SCC 配合比见表1。SCC 性能测试方法参照JGJ-T 283-2012《自密实混凝土应用技术规程》与GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》。选用上海砼瑞仪器设备有限公司的混凝土流变仪测试了SCC 的流变性能。采用劈裂抗拉法与直接拉伸法两种方式测试了28d 龄期SCC 与56d 龄期的C60 蒸养混凝土间的粘结强度。

2 结果与讨论

按照CRTS III 板式无砟轨道用SCC 的性能要求制备了六组SCC，其性能见表2。与对照组相比，掺入粉煤灰增加了SCC 的流动性。粉煤灰是形态规则的球形玻璃状颗粒，细度要略高于水泥颗粒，在新拌混凝土中会发挥良好的形态效应与微集料效应，混凝土的流动性得到改善，具体表现为动态屈服应力与塑性粘度的降低。相比于粉煤灰，矿粉的颗粒形状更不规则，非晶态矿物的含量与反应活性更高。矿粉颗粒在新拌混凝土中也会发挥微集料效应，释放水泥颗粒絮凝团中的自由水，然而其颗粒表面会吸附减水剂分子，降低减水效果，因此矿粉对SCC 流变性能影响不大，表现为屈服应力与粘度的略微降低。硅灰是一种高比表面积与高活性的矿物掺合料，会显著增大新拌混凝土的需水量，并且其颗粒表面的减水剂吸附量要高于矿粉，因此为了保证SCC 流动度符合要求，增大了减水剂用量。硅灰显著增大了SCC 的动态屈服应力、塑性粘度与静态屈服应力。进一步地，通过同时降低减水剂与粘改剂用量制备了SCC6，其流变参数发生显著变化，动态屈服应力与其他SCC 接近，但塑性粘度与静态屈服应力均明显降低。

表1 SCC 的配合比 kg/m3

表2 新拌与硬化SCC 的性能

流变仪测试可以提供更精确、稳定的测试参数，并且测试对SCC 的影响较小，可以多次重复试验，值得在工程应用中推广应用。而SCC 的静态屈服应力测试简单，可评价SCC 的静态稳定性。采用粉煤灰、矿粉复掺可以提高新拌SCC 的静态屈服应力，拌合物的稳定性增加。在此基础上掺加少量硅灰可以进一步提高新拌混凝土的静态屈服应力。由表2 可得，采用矿物掺合料复掺可以改善硬化SCC 的抗压强度。SCC 流变性能与力学性能的改善进一步促进了SCC 与蒸养混凝土间粘结强度增长。由于实验室中用于测试粘结强度的试件并没有模拟出CRTS III 型板中蒸养混凝土与SCC 的空间位置，可以推断的是，实际施工中SCC 流变性能及稳定性不佳对界面粘结强度的影响会更严重，SCC6 的性能也印证了这一结论。

3 结论

本文测试了六组SCC 的流变性能及界面粘结强度，发现静态屈服应力高的SCC 具有更好的稳定性，可以提高与蒸养混凝土间的界面粘结强度。目前新拌SCC 的性能测试多采用坍落扩展度法，测试结果会受到多种因素的影响，而采用流变仪法快速而精确地得到静、动态流变参数，可以用于精确调控新拌SCC 的性能。通过调整外加剂、矿物掺合料等改变SCC 流变性能，有利于改善SCC 在CRTS III 板式无砟轨道结构中的灌注性与长期服役性能。