自密實(shí)混凝土的流變性能與新舊界面粘結(jié)強(qiáng)度研究

中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司，湖北 武漢 430073

CRTS III 型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)是一種我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的用于高速鐵路的軌道結(jié)構(gòu)形式，其中混凝土基板、自密實(shí)混凝土充填層與預(yù)制混凝土軌道板形成了復(fù)合板結(jié)構(gòu)，可以保證無砟軌道結(jié)構(gòu)的“毫米級(jí)”施工精度，且具有優(yōu)異的靜、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，能夠保證長期安全與平穩(wěn)運(yùn)營［1-2］。

CRTS III 型板式軌道結(jié)構(gòu)的施工難點(diǎn)在于自密實(shí)混凝土（Self-compacting concrete，SCC）性能的調(diào)控［2］。用于CRTS III型板式軌道的SCC 需要灌注入裝配有鋼筋的充填層膜腔中，因此對填充性、抗離析性的要求更高。SCC 拌合時(shí)會(huì)引入大量的氣泡，由于其流動(dòng)性好，粘度較低，因此氣泡容易集聚、上浮，導(dǎo)致形成低強(qiáng)度漿體層［3］。這將直接影響SCC 與預(yù)制軌道板間的粘結(jié)性能，甚至?xí)?yán)重降低軌道結(jié)構(gòu)的耐久性［3］。

本文選用混凝土流變儀測試了不同SCC 的流變性能，并選用劈裂抗拉與直接拉伸法測試了SCC 與蒸養(yǎng)混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度［4］，對于CRTS III 型板式軌道結(jié)構(gòu)用SCC 的配合比設(shè)計(jì)及現(xiàn)場調(diào)控有一定的實(shí)踐意義。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥（C）選用海螺P·O 42.5 水泥，其比表面積為347m2/kg，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為25.1%。選用的礦物摻合料包括粉煤灰（FA）、礦粉（SL）與硅灰（SF），其中粉煤灰為II 級(jí)粉煤灰，比表面積為398m2/kg；礦粉為S95 級(jí)礦粉，比表面積為491m2/kg。

試驗(yàn)用砂為河砂，細(xì)度模數(shù)為2.5。所用粗骨料為5-16mm的連續(xù)級(jí)配碎石。膨脹劑（EA）為市售U 型膨脹劑，主要成分為硫鋁酸鈣與氧化鈣。粘改劑（VM）為市售商品粘改劑。減水劑為高性能聚羧酸減水劑，減水率為30%。試驗(yàn)用水均為可飲用水。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)選用的SCC 配合比見表1。SCC 性能測試方法參照J(rèn)GJ-T 283-2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》與GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。選用上海砼瑞儀器設(shè)備有限公司的混凝土流變儀測試了SCC 的流變性能。采用劈裂抗拉法與直接拉伸法兩種方式測試了28d 齡期SCC 與56d 齡期的C60 蒸養(yǎng)混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

按照CRTS III 板式無砟軌道用SCC 的性能要求制備了六組SCC，其性能見表2。與對照組相比，摻入粉煤灰增加了SCC 的流動(dòng)性。粉煤灰是形態(tài)規(guī)則的球形玻璃狀顆粒，細(xì)度要略高于水泥顆粒，在新拌混凝土中會(huì)發(fā)揮良好的形態(tài)效應(yīng)與微集料效應(yīng)，混凝土的流動(dòng)性得到改善，具體表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力與塑性粘度的降低。相比于粉煤灰，礦粉的顆粒形狀更不規(guī)則，非晶態(tài)礦物的含量與反應(yīng)活性更高。礦粉顆粒在新拌混凝土中也會(huì)發(fā)揮微集料效應(yīng)，釋放水泥顆粒絮凝團(tuán)中的自由水，然而其顆粒表面會(huì)吸附減水劑分子，降低減水效果，因此礦粉對SCC 流變性能影響不大，表現(xiàn)為屈服應(yīng)力與粘度的略微降低。硅灰是一種高比表面積與高活性的礦物摻合料，會(huì)顯著增大新拌混凝土的需水量，并且其顆粒表面的減水劑吸附量要高于礦粉，因此為了保證SCC 流動(dòng)度符合要求，增大了減水劑用量。硅灰顯著增大了SCC 的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力、塑性粘度與靜態(tài)屈服應(yīng)力。進(jìn)一步地，通過同時(shí)降低減水劑與粘改劑用量制備了SCC6，其流變參數(shù)發(fā)生顯著變化，動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力與其他SCC 接近，但塑性粘度與靜態(tài)屈服應(yīng)力均明顯降低。

表1 SCC 的配合比 kg/m3

表2 新拌與硬化SCC 的性能

流變儀測試可以提供更精確、穩(wěn)定的測試參數(shù)，并且測試對SCC 的影響較小，可以多次重復(fù)試驗(yàn)，值得在工程應(yīng)用中推廣應(yīng)用。而SCC 的靜態(tài)屈服應(yīng)力測試簡單，可評價(jià)SCC 的靜態(tài)穩(wěn)定性。采用粉煤灰、礦粉復(fù)摻可以提高新拌SCC 的靜態(tài)屈服應(yīng)力，拌合物的穩(wěn)定性增加。在此基礎(chǔ)上摻加少量硅灰可以進(jìn)一步提高新拌混凝土的靜態(tài)屈服應(yīng)力。由表2 可得，采用礦物摻合料復(fù)摻可以改善硬化SCC 的抗壓強(qiáng)度。SCC 流變性能與力學(xué)性能的改善進(jìn)一步促進(jìn)了SCC 與蒸養(yǎng)混凝土間粘結(jié)強(qiáng)度增長。由于實(shí)驗(yàn)室中用于測試粘結(jié)強(qiáng)度的試件并沒有模擬出CRTS III 型板中蒸養(yǎng)混凝土與SCC 的空間位置，可以推斷的是，實(shí)際施工中SCC 流變性能及穩(wěn)定性不佳對界面粘結(jié)強(qiáng)度的影響會(huì)更嚴(yán)重，SCC6 的性能也印證了這一結(jié)論。

3 結(jié)論

本文測試了六組SCC 的流變性能及界面粘結(jié)強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)靜態(tài)屈服應(yīng)力高的SCC 具有更好的穩(wěn)定性，可以提高與蒸養(yǎng)混凝土間的界面粘結(jié)強(qiáng)度。目前新拌SCC 的性能測試多采用坍落擴(kuò)展度法，測試結(jié)果會(huì)受到多種因素的影響，而采用流變儀法快速而精確地得到靜、動(dòng)態(tài)流變參數(shù)，可以用于精確調(diào)控新拌SCC 的性能。通過調(diào)整外加劑、礦物摻合料等改變SCC 流變性能，有利于改善SCC 在CRTS III 板式無砟軌道結(jié)構(gòu)中的灌注性與長期服役性能。