高速鐵路自密實混凝土的研究和應用

梁高才

(中鐵五局一公司，湖南 長沙 410117)

0 引言

早在20 世紀80 年代，日本相關的科學人員就意識到如何增強混凝土結構耐久性的問題。如果想要得到較高的耐久性，則需要操作熟練的技術人員經過足夠的時間振搗才能完成，考慮到在日本施工領域的專業(yè)技術人才連年減少，進而導致了混凝土結構施工質量不達標。在這種情況下，自密實混凝土概念提出，即僅僅依靠自身重力使混凝土密實地填充模板，而這一概念是在1986 年由Okamura 正式提出［1］。隨著技術的不斷完善，比如超塑化劑的研發(fā)就使得自密實混凝土從理論層面向實際工程應用的實現更進一步。近年來，自密實混凝土已在美國、歐洲、日本等發(fā)達國家推廣應用。

1 自密實混凝土的性能特點

首先，自密實混凝土的性能主要包括高流動性、抗離析性和填充性，基于此性能，自密實混凝土擁有眾多優(yōu)點:

1)保證混凝土良好的密實。

2)提高生產效率。

3)改善工作環(huán)境和安全性。

4)改善混凝土的表面質量。

5)增加了結構設計的自由度。

其次，自密實混凝土高粉體用量、低水膠比、低骨料用量的配合比特征以及自密實混凝土高流動性決定了自密實混凝土的敏感性特點。

1)原材料敏感性。

原材料的性能在一定程度上決定著自密實混凝土的性能，特別當原材料的性能相對波動較大，會嚴重影響混合物性能。

2)溫度敏感性。

考慮到自密實混凝土制作過程中加入了大量的膠凝材料、外加劑等，這樣，當外界環(huán)境溫度過高時，就會導致水分從水泥析出及降低外加劑的減水作用，其工作性能會下降，施工入模溫度應控制在5 ℃～30 ℃。

3)時間敏感性。

相關技術人員研究了自密實混凝土性能隨時間的變化規(guī)律，發(fā)現在時間段內的某一時刻自密實混凝土會失去工作性能。如果混凝土自身密實無法實現，那么將會影響到材料的性能和施工效果。所以在現場施工時，應保證各環(huán)節(jié)都能如期完成，避免出現脫節(jié)進而影響到混凝土結構的質量。

2 自密實混凝土的配制原理

自密實混凝土的制作過程相對復雜，但其關鍵之處就在于保證其流動性與抗離析性能夠相互協調。具體來講，就是保證自密實拌合物在多相流的流速很快時，不會發(fā)生骨料沉淀到混合物中，從而有很好的和易性。

自密實混凝土其原理主要是賓漢姆方程，即τ=τ0+ηy。其中，τ 為混凝土內部產生的剪應力;τ0為屈服應力;y 為剪切速率;η為塑性粘度，代表了混凝土自身內部阻礙流動的一種性能，η 值越大，則說明在同等外力的情況下混凝土拌合物的流速越小。另外傳統制作工藝即振搗工序的目的就是減小τ0的值，從而使混凝土保持液態(tài)流動密實成型，同理，自密實混凝土的制作過程，通過摻入粉煤灰和高效減水劑等原材料，充分考慮高效減水劑與水泥的適用性，尋找合適的配合比，使τ0達到同樣的范圍，保證流動性和抗離析性的統一，拌合物能很好的密實填充模板各處，形成均勻的結構。

自密實混凝土配合比應根據應用結構形式的特點，工藝和環(huán)境因素進行設計，在綜合考慮混凝土自密實性能、強度、耐久性的基礎上，提出初步配合比，經實驗室試配得出滿足工作性要求的基準配合比，并進一步經強度、耐久性復核得到生產配合比。

自密實混凝土配合比設計采用絕對體積法，水膠比小于0.42，膠凝材料用量控制在450 kg/m3～550 kg/m3，并通過增加膠凝材料的方法適當增加漿體體積或通過添加外加劑來改善混凝土的粘聚性和流動性。

3 自密實混凝土應用技術規(guī)程

自密實混凝土技術在建筑施工領域越來越受到重視，并對該行業(yè)作出了突出的貢獻。因此在2006 年中國就出爐了有關自密實混凝土的技術規(guī)程，即2006《自密實混凝土應用技術規(guī)程》，這部規(guī)程又被稱作自密實混凝土標準CECS 203，是首部有關自密實混凝土的官方標準和文件，在自密實混凝土的發(fā)展史上具有劃時代的意義［2］。但是其中對于該項技術的一些標準劃定的太高，不接地氣。因此6 年后，新的行業(yè)標準JGJ/T 283—2012 自密實混凝土應用技術規(guī)程頒布，從此國內的技術便以新頒布的為準。

鑒于骨料對自密實混凝土自密實性的重要影響，因此新規(guī)程也同樣給出粗細骨料參數。該規(guī)程在基于大量研究結果的基礎上，規(guī)定1 m3的混凝土拌合物中摻雜的粗骨料體積范圍取0.28 m3～0.35 m3為宜，當取值不在該范圍時均會影響自密實拌合物的性能。同樣，在制作時砂漿中砂的體積分數宜控制在0.42～0.45，既能保證強度，又能保證其穩(wěn)定性。

4 自密實混凝土在高速鐵路中的應用

4.1 自密實混凝土應用概況

國內自密實混凝土首次應用在高速鐵路中的項目是京津城際鐵路亦莊車站，亦莊車站2 號/4 號渡線道岔采用2 組18 號板式無砟道岔。填充層創(chuàng)新性地采用C40 自密實混凝土，通過重力式灌注，道岔分組施工。其中，自密實混凝土按照規(guī)范要求擴展度應大于700 mm，28 d 抗壓強度不應小于40 MPa;C40 自密實混凝土也成功應用在武廣高鐵花都車站建設中［3］。

4.2 存在的問題與解決方案

1)自密實混凝土應用的空間發(fā)生變化會引起對自密實混凝土性能要求的改變，因此應充分了解各種應用范圍的要求，根據結構形狀、尺寸、配筋狀態(tài)、施工方式等特點選擇自密實性能指標，相對工民建筑而言，高速鐵路要求有更高的自密實性能，必要時還應采取其他的施工措施。

2)自密實混凝土除了受空間的影響存在不同的問題外，這種技術與鐵路的條狀分布結構也存在一定程度的不一致現象。這種不一致主要體現在自密實混凝土的原材料對周圍環(huán)境具有很大的依賴性，在一處取得的原材料在下一處就會不適合甚至沖突。為克服這一問題，要求現場施工人員采用自密實混凝土時必須就地取材，不可貪圖一時的便利而制造出不適合當地環(huán)境的混凝土。此外，在選用原材料時要注重原料的穩(wěn)定性，將這一性能放在第一位進行考慮。

3)自密實混凝土本身具有很高的時效性，但攪拌站的分布卻過于分散，不能在最快的時間內將混凝土輸送到需要的地方，使得原本高質量的混凝土因延時而變差。雖然目前鐵路沿線的攪拌站已經可以為鐵路施工提供自密實混凝土，但這是遠遠不夠的，攪拌站的數量需要進一步增加。除此之外，要盡力縮短由攪拌站到施工現場運輸自密實混凝土的時間，安排專路專線專人負責，以提高工作效率和保證自密實混凝土的質量。

5 結語

自密實混凝土相比于傳統的混凝土有著獨特的優(yōu)勢，在建筑施工領域廣受歡迎。在目前國內的高速鐵路建設一日千里的背景下，自密實混凝土更是受到了前所未有的重視。鑒于此，本文從自密實混凝土的性能特點出發(fā)，重點對其中的技術原理及其應用進行了探討，隨后從專業(yè)的角度提出了目前自密實混凝土本身存在的問題并提出了建議解決方案，從而為進一步完善自密實混凝土技術并擴大其應用范圍作出貢獻。

［1］劉小潔，余志武.自密實混凝土的研究與應用綜述［J］.鐵道科學與工程學報，2006(2):6-10.

［2］齊永順，楊玉紅.自密實混凝土的研究現狀分析及展望［J］.混凝土，2007(1):25-28.

［3］趙 筠.自密實混凝土的研究和應用［J］.混凝土，2003(6):9-17.