高速鐵路人行道步板和電纜槽蓋板技術指標探討

李化建，易忠來，謝永江

(1.中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081;2.高速鐵路軌道技術國家重點實驗室，北京 100081)

活性粉末混凝土和無機復合型混凝土因其優異的力學性能可加工成厚度較小的人行道步板和電纜槽蓋板，從而減輕橋面二期恒載，提高橋面設施的耐久性，減輕安裝時的勞動量。以活性粉末混凝土和以無機復合型混凝土為基材的人行道步板和電纜槽蓋板被廣泛應用于高速鐵路工程，并被納入鐵路行業暫行技術條件，正在上升為鐵路行業標準。活性粉末混凝土作為一種超高性能的水泥基材料在高速鐵路人行道步板和電纜槽蓋板中的成功應用，推動了活性粉末混凝土在不同行業的推廣應用。鑒于活性粉末混凝土優異的性能與特殊的測試方法，國家正在編制《活性粉末混凝土》、《活性粉末混凝土抗氯鹽侵蝕電化學測試方法》、《固廢制備的活性粉末混凝土抗沖擊性能試驗方法》3部國家標準。本文對比了現行人行道步板和電纜槽蓋板的暫行技術條件，分析了兩類材料技術指標的差異，結合正在制定的國家標準，分析了現行技術條件中可能存在的問題，以期為高速鐵路人行道步板和電纜槽蓋板技術條件的制定提供參考。

1 高速鐵路人行道步板和電纜槽蓋板相關技術條件

目前頒布人行道步板和電纜槽蓋板的技術條件有兩個:①是《客運專線活性粉末混凝土(RPC)材料人行道擋板、蓋板暫行技術條件》［1］;②是《客運專線橋梁用無機復合型混凝土電纜槽蓋板和人行道步行板暫行技術條件》［2］。兩個技術條件對基體材料的要求如表1所示。雖然兩個技術條件針對的對象都是人行道步板和電纜槽蓋板，但由于采用的基體材料不同，其力學性能、彈性模量以及耐久性指標的要求也不盡相同。

表1 電纜槽蓋板和人行道步板基體材料的技術要求

《活性粉末混凝土構件施工要點手冊》將活性粉末混凝土分為R80，R100，R130，R160和R200五個等級，具體指標見表2［3］。這種分類可以方便不同結構選擇使用其適宜的活性粉末混凝土材料。對比表1和表2可知，兩者所規定的指標略有不同，如R130類型，暫行技術條件中活性粉末混凝土材料抗凍等級要求為F500，施工要點手冊中要求抗凍等級為F600。

表2 活性粉末混凝土材料分類

2 高速鐵路人行道步板和電纜槽蓋板相關技術條件存在問題

2.1 基體材料定義

活性粉末混凝土是由超細活性粉末、水泥、優質石英砂、高強鋼纖維等組分，通過最優化級配設計，經高溫熱合等特定工藝制備而成的高技術復合材料。活性粉末混凝土材料是由Reactive Powder Concrete(簡稱為RPC)翻譯而來。法國 Marks Robert Alfred等于2000和2001年申請了Reactive powder concrete compositions和Reactive powder concrete composition including polycarboxylic ether polymer type superplasticizer專利［4-5］，隨后 Septfons Martine等申請了 Concrete composition of reactive powders and method for making an element therrof專利［6］。在《鐵路混凝土施工技術指南》(鐵建設［2010］241 號)［7］和《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》(TB 10424—2010)［8］中，將活性粉末混凝土稱為纖維增強砂漿。正在制定的《活性粉末混凝土》國家標準中將活性粉末混凝土定義為以水泥、礦物摻合料、細骨料、高強度微細鋼纖維或有機合成纖維等原料生產的超高性能纖維增強細骨料混凝土，并分為制品用活性粉末混凝土和現澆活性粉末混凝土。國家標準在定義上從原材料和施工工藝兩方面擴充了活性粉末混凝土的內涵:活性粉末混凝土不僅僅使用鋼纖維，還使用有機合成纖維;生產方式不僅包括蒸養，還包括現場澆注。

無機復合型混凝土是指除鋼筋和網狀增強材料外，由水泥基膠凝材料、骨料、短切纖維、適量改性劑和外加劑、水等制成的功能性高強高性能混凝土。該定義容易引起誤解，因為混凝土本身就是無機材料。

2.2 基體材料的指標

由于兩種基材性能的差異以及構件設計厚度的不同，用于人行道步板和電纜槽蓋板基材時，活性粉末混凝土與無機復合型混凝土技術指標差別較大，如抗壓強度相差將近2倍，抗凍等級相差2.5倍。另外，無機復合型混凝土還規定了混凝土耐磨性和耐人工氣候老化性能指標，耐磨性要求磨坑長度不大于35 mm，耐人工氣候老化性能指標要求經過300 h人工氣候老化后混凝土抗壓強度損失不大于10%，且外觀無起泡、開裂和剝落。耐人工氣候老化性能多是針對高分子材料，從其引用的試驗方法標準《色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射曝露濾過的氙弧輻射》中也得以驗證，對于混凝土材料采用耐人工氣候老化性能來評價值得商榷。

如何根據步板和蓋板承載力要求來確定其基體材料性能以及兩種基體材料所制備構件的適用范圍應該在規范中明確。

2.3 基體材料的試驗方法與試驗齡期

《客運專線活性粉末混凝土(RPC)材料人行道擋板、蓋板暫行技術條件》規定采用電通量指標來評價活性粉末混凝土抗氯離子滲透性。鋼纖維的摻入會使活性粉末混凝土在電通量檢測時溫度驟升，影響測試結果。正在制定的國家標準《活性粉末混凝土抗氯鹽侵蝕電化學測試方法》就是針對目前采用電通量測試方法檢測活性粉末混凝土存在的問題，提出了一種新的活性粉末混凝土抗氯離子侵蝕測試方法。

《客運專線活性粉末混凝土(RPC)材料人行道擋板、蓋板暫行技術條件》中關于活性粉末混凝土所規定的所有指標(抗壓強度、抗折強度、彈性模量、氯離子滲透量和抗凍等級等)均沒有給出試驗測試齡期。水泥基材料的性能是時間的非線性函數，不同齡期其性能相差較大。對于人行道布板和電纜槽蓋板這種蒸養方式的小型構件，其基體材料試驗齡期與高性能混凝土可能不同。合理的試驗齡期應根據活性粉末混凝土材料性能隨時間發展規律來確定。對于無機復合型混凝土，其耐人工氣候老化性能試件的試驗齡期也未明確。

3 對高速鐵路人行道步板和電纜槽蓋板技術要求的建議

1)規范基材的術語

作為行業技術規范所提出的專業術語應準確概括其內涵，讓同行人認可，不引起歧義。因此，無論是活性粉末混凝土還是無機復合型混凝土，都應明確其定義及其定義的出處。

2)明確人行道步板和電纜槽蓋板的設計使用年限

按使用壽命設計已被納入《鐵路混凝土結構耐久性設計規范》［9］，該規范規定小型構件的設計使用年限不得小于30年，但此設計使用年限所指對象是普通混凝土，因此，如采用活性粉末混凝土材料或無機復合型混凝土所制備的人行道步板和電纜槽蓋板應按其性能明確設計使用年限。

3)明確試驗方法與試驗齡期

應明確基體材料試驗的所有齡期，其齡期的確定既要考慮測試周期，又要考慮材料性能發展。只有試驗齡期確定了才能使檢測評價統一。

4)明確原材料的技術要求

活性粉末混凝土關鍵原材料——復合摻合料的技術要求在其技術條件中沒有給定;無機復合型混凝土關鍵原材料——網狀增強材料的技術要求也尚未給出。為了確保制品質量，應對這些關鍵原材料的性能給出規定。

5)擴大可應用原材料的范圍

活性粉末混凝土材料中使用石英砂，由于受石英砂資源分布和儲量的限制，石英砂的成本很高，且無法滿足高速鐵路的需求。因此，研究河砂、尾礦砂取代石英砂已成為降低活性粉末混凝土材料成本、解決資源短缺問題的有效技術途徑。研究表明［10-13］，用河砂全部取代石英砂來制備活性粉末混凝土材料，其性能完全滿足《客運專線活性粉末混凝土(RPC)材料人行道擋板、蓋板暫行技術條件》的規定，文獻［11］中采用河砂和石英砂制備的活性粉末混凝土抗壓強度、抗折強度和彈性模量如表3所示。充分驗證了用河砂制備活性粉末混凝土材料的可行性。正在制定的《活性粉末混凝土》國家標準中除了給出石英砂的指標之外，還給出了用于活性粉末混凝土的河砂指標。建議將正在修訂的鐵路行業活性粉末混凝土相關標準中細骨料的范圍擴展到河砂。

表3 活性粉末混凝土材料力學性能

4 結論

技術規范是建設資源節約型綠色高速鐵路的重要保障和依據，在技術規范的制定過程中既要考慮結構的功能性，又要力求技術經濟最優化，這是從源頭來實踐高速鐵路建設過程中的節能減排。高速鐵路人行道步板和電纜槽蓋板技術指標的確定和原材料的選擇應充分體現技術性與經濟性的統一，并應與國家有關標準銜接。

［1］中華人民共和國鐵道部.客運專線活性粉末混凝土(RPC)材料人行道擋板、蓋板暫行技術條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［2］中華人民共和國鐵道部.客運專線橋梁用無機復合型混凝土電纜槽蓋板和人行道步行板暫行技術條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［3］鐵道部工程管理中心.活性粉末混凝土構件施工要點手冊［M］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［4］MARKS R A，FLETCHER K W.Reactive powder concrete compositions:France，AU20000032535D 20000505［P］.2000-11-09.

［5］MARKS R A，FLETCHER K W.Reactive powder concrete composition including polycarboxylic etherpolymertype superplasticizer:France，NZ20000504362 20000505［P］.2001-08-31.

［6］SEPTFONS M，RISSON T，MAXIMILIEN S，et al.Concrete composition of reactive powders and method for making an element therrof:France，EP20020291194 20020514［P］.2002-11-20.

［7］中華人民共和國鐵道部.鐵建設［2010］241號 鐵路混凝土施工技術指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［8］中華人民共和國鐵道部.TB 10424—2010 鐵路混凝土工程施工質量驗收標準［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［9］中華人民共和國鐵道部.TB 10005—2010 鐵路混凝土結構耐久性設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［10］李化建.高速鐵路混凝土結構防腐蝕材料技術開發研究［R］.北京:中國鐵道科學研究院，2011.

［11］陳惠蘇，孫偉，趙國堂，等.人行道蓋板生態纖維增強混凝土技術研究［J］.鐵道建筑，2010(9):127-131.

［12］陳尚偉，徐立斌，佘東林，等.關于山砂及山砂混凝土應用中幾個問題的探討［J］.鐵道建筑，2013(12):135-137.

［13］李化建，易忠來，譚鹽賓，等.一種以河砂或尾砂為骨料的活性粉末混凝土及其制備方法:中國，201010133815.9［P］.2010-06-10.