CRTS III型無砟軌道板自密實混凝土配合比調整與質量控制

杜紀鋒

（濟南常春藤建材科技有限公司，山東 濟南 250101）

0 前言

1988 年日本東京大學岡村甫教授首先成功研發了自密實混凝土，它具有很高的流動性、黏聚性和抗離析性，在自重作用下無需振搗就能自動流平并充滿模具和包裹鋼筋。由于 CRTS Ⅲ 型無砟軌道板腔狹長空間密閉，混凝土流動距離長。要求自密實混凝土具有高流動性和抗離析性。軌道板腔內具有高密集配筋結構，包括軌道板底部的門形筋和填充層中的鋼筋網絡。要求自密實混凝土具有高間隙通過能力和體積穩定性。填充層土工布加大了混凝土灌注時的流動阻力，要求自密實混凝土具有較低的屈服應力和適當黏度。攪拌站與施工現場距離長短不一，要求自密實混凝土具有較高保坍性和流速保持性。自密實混凝土具有高流動性、高間隙通過性、體積穩定性及工作性是唯一能夠解決填充層特殊要求的混凝土種類。

1 自密實混凝土常見問題及調整方法

1.1 自密實混凝土漿體量不足

自密實混凝土漿體量過少，主要表現為混凝土流動性差、流速差，混凝土呈現明顯的漏石狀態。

解決措施：

（1）自密實混凝土配合比中膠凝材料過少，可適當增加膠凝材料（如粉煤灰）。

（2）減水劑減水率過低，自由水釋放量少，可適當增加減水率或減水劑摻量。

（3）水膠比過小，可適當增加單位用水量。

（4）含氣量過低，漿體飽滿性不足，可適當增加引氣組分。

1.2 自密實混凝土流動性差

自密實混凝土主要表現為黏度大、流速慢。坍落擴展度滿足要求，但 T500較大，灌注時間超過 12min，增加了充盈度不足的概率，影響了工程的進度。

解決措施：

（1）膠凝材料過少，可適當增加膠凝材料（如粉煤灰）。

（2）減水劑減水率過低，自由水釋放量少，可適當增加減水率或減水劑摻量。

（3）凝土體系空間堆積不合理，可適當增加砂率或改變大小碎石比例。

1.3 自密實混凝土包裹性差

自密實混凝土主要表現為露石現象明顯，工作性能差，砂石宜分離。

解決措施：

（1）砂率過低，可以適當提高砂率。

（2）大小碎石比例不合理，通過骨料堆積密度實驗及滿足連續級配要求的情況下確定合理比例。

1.4 自密實混凝土強度較低

自密實混凝土抗壓強度較易滿足規范要求，但抗折強度往往較低。

解決措施：

（1）砂率過大，“砂—漿體”界面過渡區存在薄弱缺陷可能性較大，可適當降低砂率。

（2）碎石針片狀過多，壓碎值偏低，可選擇壓碎值較小、粒型較好的合格碎石。

（3）膠凝材料用量過少，適當增加膠凝材料總量或提高配合比中水泥的比例。

（4）礦物外摻合料活性過低，可降低摻合料比例或更換活性較高的摻合料。

（5）含氣量或氣泡間距過大，可使用穩泡劑，細化混凝土內部氣泡。

1.5 自密實混凝土含氣量過低

自密實混凝土含氣量過低，會導致漿體飽滿性不足，混凝土流動性差、黏度大、流速慢。

解決措施：

（1）膠凝材料過少，可適當增加膠凝材料（如粉煤灰）量。

（2）減水劑減水率過低，自由水釋放量少，可適當增加減水率或減水劑摻量。

（3）混凝土體系空間堆積不合理，可適當增加砂率或改變大小碎石比例。

（4）選擇合適的引氣劑，并提高引氣劑摻量。

2 自密實混凝土原材料的控制

2.1 砂的含泥量

規范要求含泥量不大于 2.0%。含泥量主要影響自密實混凝土的坍落擴展度損失。通過控制減水劑中保坍與減水成份比例及摻量來達到要求的坍落擴展度。自密實混凝土到達澆筑現場時的坍落擴展度可以輕微損失或增加。當運輸距離遠、氣溫高、風速大的情況下應盡量使用含泥量較低的砂以確保施工質量。

2.2 砂的細度模數及含水率

砂應選用級配合理、質地堅固、吸水率低、空隙率小的潔凈天然河砂，也可選用采用專門機組生產的機制砂，不得使用海砂。砂的細度模數不大于 2.7。砂的細度模數主要影響自密實混凝土的用水量及拌合物的粘聚性、包裹性。自密實混凝土要求砂的細度模數變化不宜過大，當砂的細度模數比原來顯著增大時，可以在容重不變的情況下適當增加 1%～2% 的砂率，當砂的細度模數比原來顯著減小時，可以在容重不變的情況下適當減少 1%～2% 的砂率。開盤前，應嚴格測定粗細骨料的含水率，及時調整施工配合比。當砂含水率大于 6%時很不穩定，此時要提高含水率抽檢頻率。遇到含水率較高的濕砂時，鏟車翻拌均勻后上料。長時間未使用應再次從料斗中取樣測定砂的含水率。

2.3 粗骨料

粗骨料應選用粒型良好、質地堅固、線脹系數小的潔凈碎石、碎卵石或卵石。粗骨料宜采用二級配，最大公稱粒徑不宜大于 16mm，針片狀顆粒含量不大于5%，含泥量不大于 0.5%。當骨料粒徑合格時，但總體偏大時，應適當提高自密實混凝土的坍落擴展度，減少灌注失敗的概率。

2.4 減水劑

減水劑中保坍與減水成份合適比例，保證自密實混凝土坍落擴展度在灌注過程中變化不大，根據施工時的溫度、天氣及時調整緩凝組份的比例。

2.5 自密實混凝土的運輸

每次罐車從攪拌機接料之前應快速反轉，把罐車中的水放完，自密實混凝土的運輸速率應保證施工的連續性。當中轉料斗中的混凝土不足以灌注一塊板時，必須等待下一車，如果等待時間超過 30min，必須檢測自密實混凝土的性能方可施工。同時發車間隔應根據運輸的距離及施工的快慢及時調整，防止發車過密，造成自密實混凝土坍落擴展度損失。當罐車到達澆筑現場時，應使罐車高速旋轉 30s 方可卸料。嚴禁在運輸過程中向混凝土內加水。

2.6 軌道板自密實混凝土澆筑

軌道板自密實混凝土必須快灌快運，禁止中轉料斗中混凝土過長時間停留，以免坍落度損失過大。入模前應檢測混凝土拌合物的溫度、坍落擴展度、泌水率和含氣量等。只有拌合物性能符合設計要求時方可灌注。自密實混凝土灌注應保證下料的均勻連續性，并一次完成灌注。在炎熱季節施工時，水泥進入攪拌機的溫度不宜大于 50℃。避免模板和混凝土直接接受陽光照射。罐車應裹罐衣，放于陰涼處，使用時加水潤濕罐衣，并用涼水沖洗罐車內部。在低溫環境下施工時，自密實混凝土攪拌時間宜較常溫施工延長 50% 左右，并采取保溫防凍措施，加快灌注速度，防止混凝土早期受凍。在風速較大的環境下施工時，應采取擋風措施，防止混凝土失水過快。自密實混凝土入模前應檢查板腔內是否積水。當土工布和凹槽中存在積水時，嚴禁灌注自密實混凝土。雨天不應進行自密實混凝土灌注施工。

3 自密實混凝土施工質量缺陷及解措施

3.1 充盈度不足

自密實混凝土是否充盈飽滿是灌注質量最直觀的判別依據，通常以自密實混凝土通過觀察孔及四角排氣孔完全流出為參考。造成充盈度不足的主要原因有以下三個方面：

（1）自密實混凝土初始坍落擴展度過大或過小

坍落擴展度是自密實混凝土主要的性能指標之一，直接體現了能否灌注飽滿的關鍵。自密實混凝土坍落擴展度以≤680mm 為宜，在高溫大風天氣坍落擴展度一般控制在 660～680mm，低溫天氣坍落擴展度一般控制在 640～660mm。如自密實混凝土坍落擴展度偏小，在同樣灌注高度下其流速慢，灌注時間就加長，當灌注時間超過 15min 后，混凝土充盈度不足出現的概率將大大增加；如自密實混凝土坍落擴展度偏大，混凝土易離析、粗骨料下沉，增加了堵管的概率。

（2）自密實混凝土坍落擴展度損失或后滯

自密實混凝土從攪拌開始到灌注結束的持續時間不宜超過 120min。由于自密實混凝土灌注施工慢，工人熟練程度不同、運輸距離、原材料的波動、環境溫度等都會影響混凝土的坍落擴展度。自密實混凝土灌注時的坍落擴展度與初始值相比可以輕微減少或增大。如自密實混凝土坍落擴展度損失過快，灌注過程中易出現充盈度不足；如自密實混凝土坍落擴展度顯著增加，易出現離析，導致充盈度不足。

（3）跑模漏漿造成充盈度不足。

解決措施：

（1）選擇合適的坍落擴展度

合適的坍落擴展度能保證灌注過程均勻連續，自密實混凝土灌注所要求的坍落擴展度隨溫度的升高而增大。自密實混凝土入模的坍落擴展度應不小于640mm，以免灌注時坍落擴展度過小造成充盈度不足。同時控制混凝土坍落擴展度的上限，保證自密實混凝土均勻穩定，避免灌注時坍落度過大造成離析，導致充盈度不足。一般自密實混凝土的灌注時間控制在 6～12min，既能保證自密實混凝土的灌注質量，也能保證施工進度。

（2）避開高溫及低溫時段

夏季氣溫高時不宜進行自密實混凝土灌注。如必須安排夏季施工時，應避開高溫時段或選擇夜間施工。冬季氣溫低時不宜進行自密實混凝土灌注。施工時間應選擇溫度較高的時段，同時拌合用水、減水劑等應加熱，做好混凝土罐車的保溫措施。

加強模板安裝牢固度檢查。

3.2 表面松軟發泡層

自密實混凝土表面發泡層是在自密實混凝土填充層表面存在的具有一定厚度的松軟層，其與軌道板接觸，影響填充層與軌道板的粘結，且其強度不足，長期運營后主要表現為軌道板與填充層之間出現離縫。其產生的主要原因有：

（1）自密實混凝土離析泌水

自密實混凝土骨料與漿體分離，粗骨料下沉，漿體上浮。灌注后粗骨料集中于底部，頂部主要為浮漿，水分蒸發后就導致混凝土表面產生發泡層。

（2）混凝土與多余水接觸

底座板設置的限位槽及隔離土工布中，因在雨后灌注時未采取措施排除多余積水，或軌道板腔潤濕過度產生多余水。自密實混凝土與水大面積接觸后，其坍落擴展度急劇增加，如未在出漿口完全排除，將導致混凝土產生松軟發泡層。

解決措施：

（1）自密實混凝土通過控制單位用水量，減水劑摻量等使得混凝土具有良好的包裹性，均勻穩定，不離析泌水；

（2）雨后施工時在灌注自密實混凝土前應排除板腔內多余水，板腔潤濕不能過度，土工布表面不能出現明水。

3.3 表面氣泡

自密實混凝土填充層硬化后要求表面無面積大于50cm2以上的氣泡，面積 6cm2及以上氣泡的面積之和不宜超過板面積的 2%。由于自密實混凝土膠凝材料總量較多、組份多、含氣量大，混凝土硬化后表面容易產生氣泡。氣泡一是混凝土本身產生；二是混凝土灌注過程中機械引入的氣泡。混凝土本身氣泡一般較規則且面積較小；機械引入的氣泡一般不規則且面積較大。

解決措施：控制膠凝材料總量，盡量選擇一種質量較好且穩定的摻合料，調整減水劑與膠凝材料的適應性，減少自密實混凝土本身的氣泡，控制氣泡總量，這是解決表面氣泡的關鍵；控制自密實混凝土的入模坍落擴展度可以減少機械引入的氣泡。

3.4 離縫

自密實混凝土硬化后與軌道板直接出現縫隙，成連續或部分出現。離縫嚴重影響混凝土與軌道板直間的粘結強度。產生的原因主要有三個方面：一是自密實混凝土與多余水接觸；二是自密實混凝土灌注過程中模板漏漿；三是自密實混凝土養護不到位。

解決措施：自密實混凝土入模時板腔內無多余水；加強模板牢固度的檢查；加強自密實混凝土的養護，特別是高溫大風天氣時提高灑水頻率。

4 結束語

本文較詳細的給出了自密實混凝土配合比設計時的實驗室調整方法，對于配合比設計具有指導意義；通過控制原材料的性能指標及混凝土的性能指標解決了CRTS III 型無砟軌道板填充層自密實混凝土灌注過程中的主要問題，在施工過程中具有較高的參考價值。