CRTS Ⅲ型板式轨道结构中自密实混凝土配比设计与施工

游 结

中铁二十五局集团第三工程有限公司，湖南 长沙 410000

CRTS Ⅲ型板式无砟轨道具有多种优点，且为我国自主设计，现阶段CRTS Ⅲ型板式无砟轨道已广泛运用于各条新建高铁轨道中，其结构形式主要是由轨道板、自密实混凝土充填层（8～11cm）、隔离层和钢筋混凝土底座组成。其中，自密实混凝土充填层施工工序复杂，是CRTS Ⅲ型板式无砟轨道施工的关键一步，影响轨道板的整体施工质量。自密实混凝土充填层的施工质量与混凝土的配合比设计密切相关，混凝土的拌和性能和工作性能与配合比设计有关，当混凝土的工作性能满足要求时，合适的拌和性能可以提高施工效率和质量。文章从CRTS Ⅲ型板具体施工实际出发，结合现有规范规定的自密实混凝土各项性能指标，对自密实混凝土配合比设计提出更加具体合理的控制指标，从而避免施工质量问题的出现，提高整体施工质量。

1 自密实混凝土配合比设计

1.1 原材料

水泥选用P·O 42.5水泥；粉煤灰选用F类I级粉煤灰；矿粉选用S95级矿粉；膨胀剂选用Ⅱ型膨胀剂；黏度改性材料选用能够改善自密实混凝土工作性能且不降低自密实混凝土力学和耐久性能的黏度改性材料；外加剂采用具有可泵、缓凝、高效减水的复合型外加剂；细集料采用Ⅱ区中砂、细度模数为2.4，含泥量为1.9%；粗集料采用粒径为5～16mm的碎石，含泥量为0.3%；水为自来水；原材料的各项技术指标均符合设计与规范要求。

1.2 CRTS Ⅲ型板揭板试验

根据CRTS Ⅲ型板式无砟轨道的结构特点及自密实混凝土配合比设计的基本原则，合理选择水胶比、矿物掺合料掺加量、单位用水量及砂率等主要参数，通过室内试验确定自密实混凝土揭板试验的初始配合比，确保各项性能指标均能满足设计施工要求，然后通过CRTS Ⅲ型板揭板试验调整自密实混凝土的配合比，得到最终的配合比，CRTSⅢ型板的揭板试验具体工序如下：自密实混凝土封边→润湿模腔→灌注→养护揭板。

揭板试验具体操作过程如下：（1）自密实混凝土封边。首先需根据施工规范确定自密实混凝土的施工模板，每块轨道板的自密实混凝土灌注时，需2块侧模、2块端模、4块四角模板。除浇筑模板外，还需封边模板，包括[14#槽钢面板、8mm厚的扁钢筋板，模板的四角部位设置导流槽用于混凝土导流，每个导流槽的高度需比自密实灌注模板高5mm，自密实混凝土封边需严格按照施工规范进行。（2）润湿。为保证充填层与混凝土之间黏结良好，在封边模板安装后，需要提前用喷雾器对轨道板腔这个接近封闭的空间进行润湿，防止浇筑时轨道板自身的空隙吸收自密实混凝土中的游离水，影响自密实混凝土的拌和性能，最终使混凝土内部产生较多气泡，揭板后出现蜂窝麻面的病害，但润湿不能过少也不能过量，应保持适当，宜为饱和面干状态，表面允许有一定潮湿，但不得有积水和明水。（3）自密实混凝土灌注。自密实混凝土的灌注是揭板试验的重要环节，在自密实混凝土入模前，必须检测自密实混凝土的各项拌和性能，包括坍落扩展度、扩展时间T500。坍落扩展度不能过小，含气量不能太大，拌和物的温度不能过高，否则会影响灌注质量，保证混凝土的入模温度在5～30℃，当各项拌和性能指标满足规范要求时才能进行灌注。

自密实混凝土浇筑时需要尽可能减少空气的进入，增大拌和物的含气量，拌和物的含气量对于成型状况及硬化性能影响较大，含气量过大会大幅度降低强度，由于模腔是四周封闭结构，必须设置排气孔用于灌注时将模腔内的空气排出，降低自密实混凝土的含气量可提高成型质量。自密实混凝土的灌注速度和自由倾落高度也会影响灌注质量，速度不能过快或过慢，灌注时采用快慢相结合的方式进行灌注，在直线段与曲线段灌注时采取不同的自由倾落高度，两者结合以控制灌注质量，避免充填不密实或者有大量气泡的产生，同时保证下料的连续性，使得混凝土拌和物可以在轨道板下的封闭空间内实现连续流动，这样才能充填密实且气泡较少。

除此之外，灌注时应密切注意灌注混凝土的流动情况及灌满程度，通过观察下料管口模板内混凝土下降情况，并在灌注口的另外一侧用木棒触探混凝土流动到的部位，检查混凝土在轨道板下的流动情况，当流动情况不良就及时调整混凝土下料速度，保证自密实混凝土的流动性。

1.3 施工质量问题

通过试验室确定配合比后，现场灌注自密实混凝土充填层共18块，在灌注第1块板至第13块板期间，灌注施工中及现场揭板后出现了如下问题。

（1）第1次浇筑采用的配合比如表1所示，采用配合比浇筑第1～7块板，检测新拌混凝土的各项性能指标如表2所示。

表1 第1次浇筑采用的配合比 单位：kg/m3

表2 新拌混凝土性能指标

第1～7块板浇筑养护完成后，揭板后发现第1～7块板表面出现浮浆层，并有大量气泡，如图1所示。通过反复试验发现，自密实混凝土浇筑完成后出现大量气泡是因为在浇筑过程中空气不能及时排出，夹在轨道板与自密实混凝土之间形成大气泡。结合自密实混凝土的控制指标进行分析：当新拌混凝土的扩展时间T500＞6s时会出现明显大气泡，此时混凝土的流动性不足，充填模腔时间较长不能充填密实。解决这种问题需要严格控制灌注混凝土时扩展时间T500的检测值≤5s；且应控制混凝土入模温度＜30℃，即在一天中气温较低时进行灌注；轨道板安装前进行喷雾润湿，降低板腔温度。

图1 自密实混凝土充填层表层浮浆层

（2）通过第1～7块板的揭板试验后，调整自密实混凝土的配合比，浇筑第8～13块板，所采用的配合比如表3所示，新拌混凝土性能指标如表4所示。

表3 第2次浇筑采用的配合比 单位：kg/m3

表4 新拌混凝土性能指标

第8～13块板浇筑养护完成后，揭板发现板面存在松软发泡层，表面出现蜂窝麻面，如图2所示。通过对配合比及拌和性能测试结果进行分析，发现混凝土扩展度＞680mm，混凝土包裹性差，在混凝土灌注过程速度过快，导致混凝土灌注过程中浆体上浮，石子下沉，气泡和浆体集中在板面，从而产生松软发泡层现象。将灌注混凝土扩展度控制在620～670mm，并严格控制浇筑速度，采用快慢相结合的方式进行灌注；调整外加剂组分，掺入增稠保水成分，提高混凝土黏聚性，能够预防此病害的出现。

图2 自密实混凝土充填层表面蜂窝麻面

（3）调整自密实混凝土的配合比，浇筑第14～18块板，采用的配合比如表5所示，测试性能指标如表6所示，得到的自密实混凝土状态及揭板试验后的状态良好。

表5 第3次浇筑采用的配合比 单位：kg/m3

表6 新拌混凝土性能指标

由揭板试验可以看出，经调整的配合比，自密实混凝土的工作性能、可泵性、体积稳定性及力学性能良好，浇筑的轨道板无明显病害，如图3所示。

图3 自密实混凝土填充层表面无明显病害

2 配合比设计与施工质量

根据此次揭板试验的效果，对比国内现行的自密实混凝土应用规范可发现，国内规范对自密实混凝土应用时性能的要求较为宽泛，难以适应具体施工实际，当自密实混凝土配合比设计按照现行规范规定的性能指标进行时，实际施工会出现各种质量问题。文章根据试验情况及有关文献，提出了更加具体有效的自密实混凝土性能指标，自密实混凝土设计时应考虑更加具体的性能指标才能保证施工质量，如表7所示。经实际施工与试验证明，按照表7所示的性能指标值配制的混凝土能够提升施工质量，保证工作性能。

表7 新拌混凝土性能指标总结

3 结论

（1）自密实混凝土配制时应严格挑选原材料的种类及掺量。砂率影响自密实混凝土流动性及黏聚性，要根据河砂质量选择合理的砂率，试验总结砂率控制在50%的效果比较好。

（2）自密实混凝土的配合比设计会影响自密实混凝土的拌和性能及工作性能，与自密实混凝土的施工质量关系密切，按照文章揭板试验总结确定的性能指标配制的自密实混凝土，能够减少自密实混凝土的部分病害。

（3）自密实混凝土施工需严格控制混凝土质量，应从源头把关，在保证材料合格的情况下，应严格控制拌和设备的计量误差，做到定期、不定期对拌和站称量系统进行校验，及时调整控制误差范围。混凝土出机及浇筑过程中应严格控制混凝土的扩展度及流速。

（4）施工过程严格控制灌注时间及灌注质量，确保施工工艺流程顺畅，各项指标满足要求后方可进行灌注并一次性浇筑完成，严禁分多次灌注。