莱荣铁路CRTSⅢ型板无砟轨道自密实砼配合比优化及施工中常见问题研究

莱荣铁路CRTSⅢ型板无砟轨道自密实砼配合比优化及施工中常见问题研究

王欣

中铁十局集团有限公司青岛分公司 山东省 青岛市 266000

[摘要]本研究结合莱荣铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道充填层揭板试验和线上施工实践，阐述了自密实混凝土原材料的选择、配合比的优化过程，并总结出了自密实混凝土施工时常见问题及调整措施，提高了施工效率和灌注质量，大大减少了混凝土的消耗，创造了经济效益。

[关键词]无砟轨道；自密实混凝土；配合比设计；常见问题；

作者简介：王欣（1990年2月），男，汉族，山东菏泽人，工程师，一级建造师

引言：自密实混凝土又称免振捣混凝土或自流平混凝土，由东京大学冈村甫教授于1988年发明［1］，具有较高的流动性且不易泌水、不易离析，在施工中无需振捣就可以实现充模密实。随着我国自主创新的CRTSⅢ型板式无砟轨道的普及，自密实混凝土在高速铁路上的应用也拓展开来。

一、工程概况

中铁十局新建莱西至荣成铁路工程ZQSG-4标，正线双线段DK164+601.79-DK196+443.00；动车走行线单线段DZDK0+000-DZDK1+925。其中正线DK164+601.79-DK191+600段设计采用CRTSⅢ型先张板式无砟轨道，无砟道床27km，双线一次建成，CRTSⅢ型板无砟轨道结构自密实混凝土生产量大，工期紧、任务重。

二、自密实混凝土原材料、配合比

（一）原材料的选择

采用P·O42.5级水泥、S95级矿渣粉、EA-Ⅱ型膨胀剂、TZ-Ⅳ型粘度改性材料、KDSP聚羧酸缓凝型高性能减水剂、KDSF型引气剂、细骨料细度模数为2.5河砂、粗骨料为5～10mm和10～16mm两种连续级配碎石、饮用水。

（二）自密实混凝土配合比的特点

1.原材料种类多共8种。

2.胶凝材料用量大，包括水泥、矿粉、膨胀剂、黏度改性材料总用量为530kg/m3。

3.水胶比低为0.33。

4.粗骨料用量比较少，颗粒粒径不大于16mm。

5.配合比中外加剂种类有高性能减水剂、黏度改性材料、膨胀剂、引气剂等。

（三）自密实混凝土配合比的选定：

自密实混凝土根据图纸要求设计强度等级为C40，由铁科院出具初始配合比，我项目根据进场原材料情况进行配合比的验证与优化，确定最终配合比，使自密实混凝土具有良好的工作性和稳定性，并符合规范、设计要求和施工实际需要。此过程共进行了5个阶段的配合比优化，并进行了7次灌筑和揭板试验。

1.第一阶段：自密实混凝土最初配合比见表1：

表1  理论配合比

本项目按照初始配合比灌注第一块直线段P5600型轨道板，混凝土拌和物的性能见表2：

表2  混凝土拌和物性能[2]

混凝土拌和物性能均满足自密实混凝土的指标要求，但揭板后发现自密实混凝土有明显水痕且板面存在工艺性气泡、检查口附近存在松软现象，切断面后上下骨料分布均匀。第一次灌注性能检测及揭板照片见图1。

图1  第一次灌注性能检测及揭板照片：

2.第二阶段：配合比第一次优化，对以上情况分析后，本项目对混凝土做以下优化，适当降低骨料用量并提高砂率，同时适当提高黏度改性材料用量。优化后的配合比见表3：

表3  第一次优化后理论配合比

配合比优化后，本项目灌注第二块直线段P5600型轨道板，混凝土拌和物性能见表4：

表4  混凝土拌和物性能

混凝土拌和物性能均满足自密实混凝土的指标要求；但混凝土较粘稠，灌筑速度变慢，揭板后发现表面局部有面积大于50cm²的气泡，水痕问题依然存在，限位凹槽处有轻微发泡层，切断面后骨料分布均匀。第二次揭板照片见图2。

图2  第二次揭板照片：

3.第三阶段：配合比第二次优化，对以上情况分析后，我项目部对配合比砂率进行微调，并降低外加剂掺量，优化后的配合比见表5：

表5  第二次优化后理论配合比

配合比优化后，本项目灌注第三块直线段P5600型轨道板，混凝土拌和物性能见表6：

表6  混凝土拌和物性能

混凝土拌和物性能均满足自密实混凝土的指标要求；但混凝土拌和物性能变化不明显，且远离灌筑口的混凝土与轨道板有粘接紧密现象。第三次混凝土拌和物及揭板照片见图3。

图3  第三次混凝土拌和物及揭板照片：

4.第四阶段：配合比第三次优化，对以上情况分析后，本项目对配合比砂率进行微调与并减小外加剂掺量，优化后的配合比见表7：

表7  第三次优化后理论配合比

配合比优化后，本项目灌注第四块直线段P5600型轨道板，混凝土拌和物性能见表8：

表8  混凝土拌和物性能

混凝土拌和物性能均满足自密实混凝土的指标要求；混凝土拌和物性能良好，揭板及切断面后表面平整无发泡层，无较大气泡，骨料分布均匀，灌注状态良好。第四次揭板照片见图4：

图4  第四次揭板照片：

5.通过混凝土配合比初步设计及优化，并结合实际灌板、揭板情况，通过优选的自密实混凝土理论配合比见表9，该配合比定确为最终配合比。

表9  通过优先的自密实混凝土理论配合比

6.第五阶段：最终选定的配合比进行重复性灌板试验，混凝土性能指标均满足要求，且拌和物状态良好，第五阶段揭板情况见图5：

图5  第五阶段揭板情况如下：

第五次揭板  第六次揭板     第七次揭板

三、自密实混凝土施工时常见问题及调整措施

配合比经过验证、优化后，确定了最终的配合比。在线上施工作业时，自密实混凝土经常出现以下问题:

（一）坍落扩展度损失较快。经分析后主要由原材料、施工工艺、环境温湿度、施工工人配合等因素引起。调整措施可以通过适当添加减水剂的方法，添加减水剂后必须通过试验验证，当各种检测性能符合要求后方可继续灌注。

（二）环境温湿度影响自密实混凝土拌和物性能。避免环境温湿度对自密实混凝土影响，可根据室外测温，统计好施工日期的环境温度，并根据环境温湿度不同来调整自密实混凝土的出机扩展度，如5～15℃，出机630～670mm；15～30℃出机650～680mm；30℃以上不施工或者采取降温措施。

（三）自密实混凝土含气量过小。自密实混凝土含气量过小，会使拌合物性能比较粘，影响自密实混凝土流动性，使T500 过大，在施工过程中灌板变慢，此时需要外加剂厂家对减水剂进行调整，增加引气成分。

（四）自密实混凝土损耗多。混凝土拌和物和易性差会导致排浆孔排浆过多浪费混凝土，严重的会导致混凝土硬化后出现泡沫层造成返工，从而造成成本的浪费。正式灌注前应严格经过试验比选改善混凝土配合比，并严控混凝土的性能，各项指标经检测合格并观察拌和物状态合适方可灌注。

四、施工质量保证和经济效益

（一）本项目自密实混凝土结合施工现场的灌板试验参数、揭板效果分析以及混凝土各项性能指标等方面进行配合比优化，保证了轨道板的实体质量，并在本标段内实现全线零揭板，大大节省了成本。

（二）混凝土性能控制较好，有完整的拌和物性能调整措施，经少量排浆即可达到排气效果。本标段P5600型轨道板填充层平均使用自密实混凝土1.51m3/块，相比于莱荣施工全线平均1.72m3/块，共节省自密实混凝土0.21*7373=1548m3。

(三）本项目平均每块轨道板充填层的灌注速度为5～6min，大大提高了施工效率，保证了施工进度，相应的节省了较多人工和机械设备。

（四）本项目自密实混凝土核算成本为：1017元/m3，综合上述创效结果，共为项目节约成本约300余万元，带来了良好的经济效益。

五、结语

通过CRTSⅢ板式无砟轨道自密实混凝土配合比的验证及优化过程，确定了最终配合比，还提出了自密实混凝土配合比确定后施工中经常出现的问题，并进行了原因分析及调整方向，能更好的控制自密实混凝土拌和物性能，提高自密实混凝土灌注效率，同时保证质量并节约成本。

参考文献

[1]虞晓婧.C40自密实混凝土在无砟轨道板工程中的应用研究[D].石家庄铁道大学,2019.    

[2]中国铁路总公司.Q/CR 596-2017 高速铁路 CRTS Ⅲ型板式无砟轨道自密实混凝土［S］．北京:中国铁道出版社，2017．