影響CRTSⅢ型無砟軌道軌道板側面氣泡產生的因素及解決方法研究

伍 承 志

(中國電力建設集團水利水電第七工程有限公司，四川 成都 611730)

1 概 述

目前，CRTSⅢ型無砟軌道軌道板在國內已擁有較為成熟的生產技術，但將其在所承建的國外高鐵工程推廣還是第一次。國內的軌道板制造經過一系列生產試驗與調試已經能夠根據不同的原材料、采用不同的配合比和施工工藝解決軌道板側面氣泡產生的問題。由中國水利水電第七工程局有限公司承建的印尼雅萬高鐵項目將國內CRTSⅢ型無砟軌道軌道板生產技術引進到其生產過程時，因原材料及設備等原因存在較為嚴重的軌道板側面氣泡產生的問題。從原材料、混凝土配合比及施工工藝幾個方面進行了分析和研究，最終提出了消除軌道板側面氣泡產生的方法。

2 氣泡產生的主要原因

雅萬高鐵軌道板場初期經試生產發現軌道板底面較為光滑，側面存在不同程度的大量氣泡。在經過短期軌道板生產調整和數據收集后綜合分析得知產生氣泡的主要原因為混凝土原材料、混凝土配合比和施工工藝三個方面。

2.1 原材料影響因素

(1)細骨料。按照《 CRTSⅢ型板式無砟軌道鋼筋混凝土軌道板技術條件》JBHSR-1-RT- MAL-01中對細骨料的要求，級配合理的天然中粗河砂中的含泥量按質量計不大于1.5%。其他技術要求應符合《雅加達至萬隆高速鐵路橋隧與路基結構高性能混凝土暫行技術條件》TJ/GW 158-2018的規定。而在國內，河砂來自全國各地，廠家供應的河砂較為豐富，各種細度模數、各種含泥量和雜質的砂均有，必須嚴格把控砂的入場檢測。而印尼本地的砂大多數來自加里曼丹的河砂，其主要為中砂，雜質較少，含泥量少，但存在部分河砂在裝卸過程中處理不當造成二次污染的情況，導致砂中含泥量超標，不能滿足相關技術要求，導致混凝土中的含氣量上升，側面直徑2 mm左右的氣孔較多。

(2)粗骨料。按照《 CRTSⅢ型板式無砟軌道鋼筋混凝土軌道板技術條件》JBHSR-1-RT-MAL-01中對粗骨料的要求，應采用二級或多級單粒級碎石，且各級粗骨料應分級儲存、分級運輸、分級計量，最大粒徑為20 mm，含泥量按質量計不大于 0.5%，其他技術要求應符合《雅加達至萬隆高速鐵路橋隧與路基結構高性能混凝土暫行技術條件》TJ/GW 158-2018中的規定。在國內，因粗骨料的供貨商較多，可供選擇的廠商范圍廣，對于供給差質量粗骨料的廠商可以直接棄用。而該項目板場的粗骨料采用二級級配，粒徑5～10 mm和10～20 mm的比例分別為3∶7和2∶8，均符合《雅加達至萬隆高速鐵路橋隧與路基結構高性能混凝土暫行技術條件》TJ/GW 158-2018的規定。由于粒徑5～10 mm骨料中針片狀的骨料偏多，石粉含量也存在超標現象，很容易導致混凝土整體含氣量上升，繼而導致側面直徑2 mm左右的氣孔較多。

(3)水泥。應選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強度等級不應低于 42.5 級，且不應使用早強型水泥，水泥堿含量不應大于 0.6%，其他技術要求應符合《雅加達至萬隆高速鐵路橋隧與路基結構高性能混凝土暫行技術條件》TJ/GW 158-2018的規定。印尼本地OPC水泥大部分為硅酸鹽水泥，檢測過程中發現水泥堿含量和比表面積不穩定，且部分水泥堿含量和比表面積可以達到規范要求值的上限值。經多次對比分析得知：不同比表面積的水泥對軌道板側面氣泡的產生有一定影響，在其他指標不變的情況下，采用比表面積較高的水泥生產出的板含氣量高，側面直徑5 mm左右的氣泡增加明顯。

(4)其他原材料。國內采用的礦粉等級分為S75、S95和S105三個等級，在滿足經濟可行性的條件下可以選擇等級較高的礦渣粉。而該項目采用的礦粉等級屬于印尼標準S100，且其各項指標均滿足S75的相關要求，符合技術規范要求，可選擇范圍較少且經試生產發現該礦粉對混凝土氣泡產生的影響較少[1]。該項目主要通過對減水劑進行調整來解決混凝土含氣量問題。試生產過程中發現，所采用的聚羧酸早強減水劑對儲存要求較高，將其儲存于鐵桶或太陽直射的塑料桶中將導致減水劑的減水率和混凝土含氣量增加、側面氣泡增多。

2.2 混凝土配合比影響因素

按照《CRTSⅢ型板式無砟軌道鋼筋混凝土軌道板技術條件》JBHSR-1-RT-MAL-01中對混凝土配合比的要求，混凝土配合比應通過試驗確定，混凝土膠凝材料的用量不應大于480 kg/m3，水膠比為0.35，由不同原材料帶入混凝土內的堿含量應符合該標準要求。

2.3 施工工藝影響因素

首先，該項目使用的混凝土要求其脫模強度不低于40 MPa，故混凝土設計的初凝時間較短。如果施工過程攪拌時間或待料時間超過15 min，容易在軌道板側面產生直徑10 mm左右的大氣泡。其次，振搗時間的長短對側模的氣泡也有較大影響，在設計坍落度范圍內一定程度的延長高頻振搗時間有助于側面氣泡的排出，但不能過振，否則會導致表面浮漿嚴重。最后，模板的清理、脫模劑的質量和涂刷時的均勻性也會影響到軌道板側面氣泡的產生。

3 解決措施

3.1 對原材料進場進行嚴格的質量把控

(1)粗細骨料進場初期，根據相關技術規范對粗細骨料進行檢測，其石粉含量和砂的含泥量均處于設計要求的上限，期間出現的混凝土含氣量超過4%，不滿足《雅加達至萬隆高速鐵路橋隧與路基結構高性能混凝土暫行技術條件》TJ/GW 158-2018的要求，對應生產的軌道板出現直徑為0～3 mm的微小孔較多，含氣量超過4%的情況見圖1。因此，試驗室派專人到骨料生產廠家實地走訪和監督，保證了骨料的水洗質量，嚴格控制進場的骨料質量，從而有效地減少了直徑為0～3 mm微小氣孔產生的問題。含氣量小于4%的情況見圖2。

圖1 含氣量超過4%的情況

(2)相對于國內OPC水泥的相關技術規范以及材料檢測結果發現：印尼本地水泥的堿含量指標不穩定。生產過程對比發現堿含量偏高、比表面積偏大的水泥其早期強度會較普通水泥高，同時也會導致軌道板側面氣泡產生更多。對此，試驗室采取有效措施，嚴格控制水泥廠家的堿含量指標，并選擇水泥各項性能指標較為穩定且堿含量較少的廠家。水泥入場時，嚴格進行各項指標的檢測，對比表面積超過技術條件要求的堅決實施退貨處理。對于比表面積較大的，要求廠家后期改進生產工藝以使其所生產的水泥比表面積在滿足各項指標的同時具有較小的比表面積。經過對水泥各項性能指標的調整及穩定后，其側面直徑5 mm左右氣泡的產生明顯減少。

(3)該項目初期使用的減水劑存在臨時存于鐵桶的現象和存放位置溫度偏高等問題均導致減水劑變質，減水劑中的消泡失去作用，減水劑本身減水率下降，這一系列問題導致混凝土含氣量上升，和易性變差。為解決上述問題，將現有減水劑用于臨建或作廢處理，并建議專門設置減水劑存放區域以解決印尼氣溫較高的問題。經過以上調整，在后期混凝土生產過程中，減水劑的各項指標均符合規范要求并較為穩定，混凝土中的含氣量和和易性等指標均較為穩定，軌道板側面氣泡的產生有明顯改善[2]。

3.2 調整混凝土配合比

該項目初始配合比膠材用量為478 kg/m3，水膠比為 0.3。經過前期試生產發現：混凝土拆模及28 d強度均有較高富余，但混凝土較黏稠，軌道板側面直徑為3～5 mm的氣泡不易排出。經對混凝土配合比情況進行分析且后續對混凝土配合比進行優化，將配合比膠材用量調整為448 kg/m3，水膠比為 0.315，減水劑摻量由之前的1.45%降低到1.25%，通過對比分析，采用2∶8的粗骨料比例使混凝土含氣量降低。觀察發現：混凝土的黏性有明顯的降低。混凝土配合比的設計坍落度亦根據更新后的《CRTSⅢ型板式無砟軌道鋼筋混凝土軌道板技術條件》JBHSR-1-RT-MAL-01中坍落度由不超過100 mm調整為不超過120 mm。通過以上配合比的調整，軌道板側面直徑3～5 mm的氣泡明顯減少，混凝土和易性改善明顯[3]。

3.3 調整施工工藝

3.3.1 軌道板模具的清理

無論是國內還是國外項目，軌道板的模具均為連續重復使用，起板之后模具上會留有之前的殘渣或污漬，而這些殘渣和污漬將導致產品表面的混凝土掉落而形成麻面和蜂窩現象。軌道板生產初期，由于當地員工對此工作的不熟悉和不重視，在清理模具過程中未能將模具清理干凈，導致部分軌道板側面拆模時混凝土表面形成麻面和蜂窩現象。經過對國內相關施工工藝學習后，當地員工在生產過程中由技術部派人現場指導，嚴把質量關，模板清理時將其表面和端模中殘留的殘渣和污漬清理干凈，然后采用角磨機將模板各表面打磨清理干凈，并用氣槍吹掉產生的混凝土殘渣和浮塵[4]，最終有效地解決了軌道板側面混凝土形成麻面和蜂窩的問題。

3.3.2 脫模劑的質量與涂刷均勻性

嚴格把控進場脫模劑質量。通過對不同廠家的產品進行現場對比試驗，選定質量最為穩定的廠家并通過對該廠家脫模劑比例進行調試，最終選擇軌道板試生產過程中現場效果最好的脫模劑比例，確保了進場產品質量合格。該項目前期采用涂刷和噴涂兩種方式進行對比試驗，最終確定均勻的噴涂能有效地減少混凝土麻面和蜂窩現象，減少小氣泡的產生。軌道板生產初期，由于各工序銜接不緊密，脫模劑噴涂之后到混凝土開始澆筑的間隔時間過長，導致部分軌道板側面氣泡未能有效排出而產生麻面現象。經過對施工過程中的各工序進行有效調整，最終將脫模劑噴涂的時間控制在澆筑前4 h以內，從而有效保證了噴涂質量，解決了氣泡和麻面問題。

3.3.3 調整混凝土振搗工藝

該項目采用附著式高頻振動器，8臺振動器同時工作，分三層布料。施工初期，采用廠家建議的振動頻率，每層均采用低頻20 s、高頻40 s、低頻30 s的方式振動，振動頻率為70/90/70，但生產出的軌道板側面氣泡較多。于是，在廠家以及國內具有相關工作經驗的人員共同指導下，在原材料以及混凝土配合比各項技術指標不變的情況下，現場通過調整各振動頻率和振動時間并進行了一系列對比試驗。試驗調整過程中發現：振動時間和頻率并不是越大越好。如果在此基礎上再增加振動的時間，將會影響功效并出現過振現象。最終確定了延長單層振動時間至低頻20 s、高頻120 s、低頻10 s，振動頻率也調整到90/115/90高頻振動，采用這種施工工藝其側面氣泡明顯減少[5]。

該項目在對軌道板生產采取以上各項措施前，試生產出的軌道板側面氣泡較多，未調整之前生產的軌道板見圖3。經過以上各項措施的有效實施，試生產出的軌道板側面氣泡較多的問題得到有效解決，調整之后生產的軌道板效果見圖4。

圖3 未調整之前生產的軌道板

圖4 調整之后生產的軌道板

4 結 語

項目部技術人員經過對國內資料進行學習以及現場生產實踐，討論并研究了現場軌道板氣泡產生的原因，通過對現場試驗結果進行分析、討論及總結，控制了原材料的質量，調整了配合比以達到更好的和易性，最終采取調整現場施工工藝等措施，有效地解決了軌道板側面氣泡產生的問題，外觀質量明顯改善。

鑒于生產軌道板的尺寸和生產模具均已設計好而無法通過調整側模角度來解決軌道板側面氣泡產生的問題，希望未來能會同軌道板設計專家和模具生產廠家一起研究并對比此方式的可行性。由于國外工程原材料以及現場生產條件的改變，需要對其對應做出調整，方能使我國無砟軌道軌道板的生產技術在海外推廣，進而為“一帶一路”在海外的發展提供持續支持。