商合杭阜阳西站无砟轨道高性能混凝土施工工艺探讨

赵 然，陈晓涛

（中交隧道局商合杭铁路站前六标项目部，安徽 阜阳 236000）

1 工程概况

商合杭高铁（安徽段）SHZQ-6阜阳特西站位于安徽省阜阳市颍州区，正线路基2.95km，框架中桥4座，框架涵11座；CRTS Ⅰ型双块式无砟道床2.3552铺轨公里，轨枕埋入式无砟轨道1.3876铺轨公里，Ⅲ型板无砟轨道41.9387铺轨公里。为保证阜阳西站无砟轨道结构的使用年限，依据设计单位要求采用C40混凝土（高性能）浇筑无砟轨道底座板、道床板，并灌注自密实混凝土完成整体结构形式。底座板比表面积大、结构厚度薄，面临的最大问题就是开裂，所以底座板需要采用低胶材、低用水量、低坍落度和高含气量的混凝土，并通过内养护和外养护，加强施工过程控制。为提高填充层的使用寿命和耐久性，结合设计要求采用高流动性、间隙通过性、抗离析性的高性能混凝土。现就结合阜阳西站无砟轨道混凝土现场灌注工艺及质量管控的经验做出探讨。

2 高性能混凝土和自密实混凝土的特点

高性能混凝土（HPC）和自密实混凝土（SCC）是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上，采用目前最新技术配制混凝土而成的新型高性能混凝土，以耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性为主要设计指标，依据不同的工作性要求，保证其耐久性。

2.1 高性能混凝土的特点

（1）具有优益的抗渗性和稳定的强度。

（2）具有很好的和易性。混凝土具有非常好的工作流动性，在混凝土成型的过程中不断层、不离析，且易于浇筑成型；在泵送和灌注的过程中也具有良好的泵送效果和自密实效果。

（3）体积稳定率较高，混凝土初凝期间水化热较低，终凝后收缩变形小。

（4）低胶材、低用水量、低坍落度和高含气量。外加剂采用双掺，提高引气剂用量；低坍落度但保证了混凝土的工作性，从而保证了强度，提高了混凝土的抗裂性能。

2.2 自密实混凝土的特点

与其他高性能混凝土相比，自密实混凝土具有独特的性能。

（1）自密实混凝土无需人工振捣而自动密实每一个模板的角落，避免了人工漏振、过振施工缺陷而引起的耐久性不足。另外，对于有抗冻要求的引气混凝土，还会减少由于混凝土振捣造成的混凝土含气量损失过大而抗冻性不足的情况。

（2）硬化体性能要具有足够抵抗外部侵蚀的能力和抗裂能力。混凝土的所有性能都是为了其硬化体结构能够满足设计要求，在设计使用年限内安全服役，因此自密实混凝土硬化体的性能必须有足够的抵抗外部侵蚀的能力。

3 自密实和高性能混凝土的原材料选择和管理

混凝土工作性能的提高主要是通过混凝土内部结构的变化和构件化学机理的优化来实现的，进而达到工程需要标准。高性能混凝土和自密实混凝土必须是均质混凝土，且必须采取严格的施工工艺和优质材料。

要提高混凝土的工作性能，首先要保证优质的原材料。高性能混凝土和自密实混凝土所用的原材料均为6种成分或更多组分构成。除了传统混凝土的水泥、砂、石和水，还应有矿物参合料和外加剂；细集料采用Ⅱ区的河砂和优质机制砂；粗集料可为碎石和卵石；拌合水为洁净的饮用水。自密实和高性能混凝土除对原材料的高要求相同以外，两者也有不同点。

（1）自密实混凝土使用矿物掺合料的范围比高性能混凝土多。

（2）自密实混凝土用砂细度模数比高性能混凝土细度模数小。

（3）用粗骨料的最大粒径限制更严。

（4）功能性外加剂使用概率高。

3.1 阜阳西站原材料选择

在阜阳西站无砟轨道混凝土配合比设计之前，做好相应的准备工作：原材料料原地进行大面积考察和监测，尤其是石子、中砂的考察和检测，要求原材料质量的稳定性和规模适应性，杜绝材料供应不足和料源的不稳定性。为进一步提高混凝土的密实度和耐久性，自密实混凝土粗骨料二级掺入5～16mm，高性能混凝土粗骨料二级掺入5～20mm，确保了集配良好，降低了集料的孔隙率。外加剂对于地材总的含泥量和泥块含量非常敏感，所以在中砂的选择上，河砂要全部被水冲刷，保证进入拌合站的中砂洁净、无杂质。自密实混凝土的细度模数为2.2～2.4，高性能混凝土的细度模数为2.8～3.0。

通过减水剂和引气剂的引入，可以实现高性能混凝土在低水胶比条件下仍具有良好的性能。然而，高效减水剂对原材料的敏感性很高，因此在试验配制和使用高性能混凝土之前，一定要掌握水泥、减水剂和粉煤灰的相容性，使高性能混凝土的和易性及工作性都能满足要求。

通过粘度改性材料的引入，可以实现自密实混凝土在低水胶比条件下仍具有良好的性能。粘度改性材料对原材料的敏感性很高，因此在试验配制和使用自密实混凝土之前，一定要掌握水泥、粘度改性材料和矿粉的相容性。使自密实混凝土中的粘度改性材料发挥作用，能在不降低自密实混凝土力学性能和耐久性的前提下提高自密实混凝土的工作性能。

3.2 阜阳西站原材料管理

材料检测合格后，对试验室没有其参数和计划使用的材料进行外委送检，尤其是其中重要指标的检验，保证使用的都是合格材料。

物资部设专人对原材料进行采购、管理，设置待检仓和合格仓，粗细骨料仓库设置雨棚，拌和站配备砂石料筛分机和洗石机，进入现场的砂和石料在待检查的仓库中经过筛分和洗涤后将进入合格的仓库。

各类材料进场的过程中，物资管理人员通知试验检测人员一起进行初验。初验无疑义，材料可以存入待检仓，对材料抽样进行检测，保证材料符合规范标准要求，试验结果需要接近试拌混凝土原材的指标。每一种材料都要有标识牌，标识牌上要有具体的名称、规格、生产批号、厂家名称、进场日期、检测状态、使用的工程部位等信息，防止误用。

4 高性能混凝土和自密实混凝土的试配

配置高性能混凝土和自密实混凝土，对材料的要求非常严格。鉴于材料离散性很大，应结合耐久性、和易性、抗渗性、工作性，对材料进行多次组合适配。因为在配合比设计计算中，配制强度应是试拌或者施工的平均水平，因此控制材料质量稳定、计量精密、拌和规范也是优化配合比的前提和基础，从而从多次适配数据中选择最好的材料组分组合。这其中一定要注意环境温度对混凝土产生的敏感性，在生产过程中注意变化和影响并及时作出调整，选择最优的配合比设计和试验。

在阜阳西站无砟轨道试配中，通过调整矿粉掺合料的配合比、引气剂和内固化剂的掺量、外加剂的组成、砂率等进行正交优化设计，得出配合比如表1、表2所示。通过观察现场混凝土浇筑及相关试验结果，选用的配合比合理、流动性能良好、混凝土质量均匀。

5 高性能混凝土的搅拌

阜阳西站采用集中搅拌、供应方式。拌合楼完全按照铁路总公司要求的标准化拌合站进行施工。中央拌合站的建立借鉴了商品混凝土搅拌站的经验，保证了混凝土过程生产的质量。

高性能混凝土性能的提高主要是通过减水剂和水泥发生的化学反应，因此在混凝土的生产过程中必须重视化学活性。减水剂和引气剂在混凝土中表现出的效率，能保证坍落度的损失，建议采用双掺方法，再加入骨料，能使水泥、减水剂和引气剂充分混合，有利于双掺的利用。理想的进料顺序如图1所示。

图1 理想的进料顺序

一般情况下，这种理想的进料顺序是可以保证混凝土的质量的，因为粗骨料、细骨料是一起进入运输带，下料后一起到混合仓中，所以实际操作时要结合拌合站的机组情况进行。考虑到实际的节能和混合效率要求，在实际施工中难以满足上述要求的进料顺序，因此可以在现场拌和过程中使用。实际的进料顺序如图2所示。

图2 实际的进料顺序

为了保证高性能混凝土的搅拌效果，不能将材料同时倒入混合仓中，不能让高效减水剂和引气剂一起溶解到混合水中。不良的搅拌过程会对混凝土的质量有影响，无法保证坍落度。混凝土的性能必须有保证，在配置中必须提高其性能指标，考虑混凝土的经济性，加大胶凝材料和外加剂的使用量并不是好方法。

无论采用何种混合工艺，都会加长搅拌时间，使减水剂中的成分均匀发挥，显示减水剂的作用，避免不均性的发生、混凝土强度受到影响。

6 高性能混凝土的灌筑和振捣

底座板和道床板的施工质量重点体现在内在强度的耐久性和外观。为保证底座板和道床板的施工重点，使其内实外美，在控制混凝土质量的同时还要对施工过程加以控制。高性能混凝土虽工作性好，减少了离析现象，但在浇筑过程中，以吊车斗送取代泵送转运混凝土，平板振捣器加强振捣，4次抹面，才会真正减少表面收缩开裂。

表1 底座板、道床板配合比

表2 填充层自密实配合比

7 高性能混凝土的养护

阜阳西站无砟轨道底座板和道床板因设计要求采用三低一高高性能混凝土，并掺入内养护剂。通过内部养护减少混凝土收缩，提高混凝土内部温度；通过内部调水提高混凝土内部含水量，改善内部相对湿度梯度。因此为混凝土提供内部养护、外部节水养护的模具养护，减少了固体结构的开裂。

8 高性能混凝土的质量波动

因高性能混凝土原材料质量、环境、施工差异引起的变化，难免会发生混凝土的质量波动。一般来说，原材料来源稳定、工艺设备先进、操作人员素质高，可以减少混凝土质量波动，但即使是同一厂家的优质产品也可能在一定范围内波动。采用“三低一高”的原则配制高性能混凝土，抗裂性好、固体结构裂缝少，可减少高性能混凝土的质量波动。

9 自密实混凝土的拌和和灌筑

自密实混凝土搅拌时，宜先将粗骨料、细骨料、水泥、矿物掺合料和其他粉状物料混入搅拌机中，拌合时间不少于30s，然后加入所需水量和掺合料，总拌合时间不得小于3min。混凝土搅拌量以现场实际体积为准，考虑混凝土罐车来回运输时间。自密实混凝土入模前，应对自密实混凝土的温度、坍落度膨胀、膨胀时间、含气量、泌水量等进行检测，符合要求后方可浇筑。

通过在落料喷嘴和其他浇注孔中的混凝土落下状态观察混凝土流动，随时检查轨道板下的混凝土流动情况，并在流量差时调整混凝土切割速度。浇筑完毕后，及时清除浇筑漏斗内多余的混凝土。自密实混凝土从开灌注到灌注的持续时间不宜超过13min，从加水拌合到灌注结束不宜超过1.5h。灌注过程中及时观察并记录6块百分表的读数，以确定轨道板的上浮值。灌注完成后3h内不得拔出除防溢管及中间灌注管。

10 自密实混凝土的养护

在自密实混凝土达到终凝后方能拆除压紧装置，夏季一般为8～10h，气温较低时宜适当延长，以20h左右为宜。混凝土拆模强度不应小于12MPa，且带模养护天数不少于3d。自密实混凝土模板拆除后，混凝土表面应及时养护，灌注孔和观察孔同样保湿养护，自密实混凝土养护时间不得少于15d。

11 自密实混凝土的质量波动

高速铁路自密实混凝土差异主要体现在混凝土的拌合物上，混凝土拌合物性能可导致自密实混凝土硬化体或自密实混凝土实体结构的质量缺陷。拌合物性能的常见问题包括拌合物流动性不足、离析泌水、气泡上浮以及工作性能损失快等，这些问题会对自密实混凝土硬化体或者自密实混凝土实体结构产生不利影响。通过调整减水剂和砂率来解决在施工过程中出现拌合物流动性不足，无法填充整个模板，可能出现蜂窝狗洞的问题。混凝土离析、泌水无法灌注，应降低减水剂缓凝成分，调整配合比、控制坍落扩展度。灌注后表面出现泡沫层，应添加粘度改性材料、调整配合比。

12 结束语

在阜阳西站无砟轨道施工过程中，为保证混凝土的耐久性达到设计要求，从材料源头的选择到材料的进场管理，建立了严格的控制流程，且混凝土拌和、浇筑、振捣、养护的过程都进行了监控并提出了要求，相关人员遵守规章制度，将工程质量理念深入思想，保证责任落实到人，尽可能地保证混凝土的质量。结果显示，现场混凝土表现出良好的施工性能，有效控制了底座板表面无裂纹，混凝土达到内实外美的效果。阜阳西站无砟轨道施工整体质量良好，自密实混凝土接板试验通过率99%，底座板和道床板外观达到了内实外美的效果，得到了监理及业主的一致好评。