论文部分内容阅读
摘要:轨道是线路的基础，其品质好坏直接决定着列车运营的平顺性及安全性。轨道板是轨道结构的重要组成部分，保证轨道板的质量是确保轨道结构品质的基本条件。结合我国京沪高速铁路建设，本文对轨道板用高性能混凝土的配合比设计进行了系统的试验研究。结果表明，若想配置出性能优越的高性能混凝土，除了考虑水胶比、砂率、养护温度、掺合料、外加剂、胶凝材料等对混凝土拌合物和易性和早期强度的影响外，还应加强对施工质量的控制，严格控制每个环节之间的连续性，尽量缩短从拌制到振捣完成的时间。
关键词:高速铁路高性能混凝土配合比试验研究
中图分类号 ：U238文献标识码： A
引言
京沪高速铁路贯穿北京、天津、河北、山东、安徽、江苏、上海7省市，连接环渤海和长江三角洲两大经济区，线路自北京南站至上海虹桥站，新建铁路全长1318公里，是世界上一次建成线路里程最长、标准最高的高速铁路。中国水电集团长清制板场承担了京沪高速铁路DIK417+800～DK474+800（78km双线）CRTSⅡ型无砟轨道板21812块的预制任务。
混凝土轨道板是无砟轨道的重要组成部分，轨道板的质量优劣直接影响列车运行的舒适性和安全性。轨道板质量的好坏首先取决于混凝土的质量，其混凝土的强度和耐久性直接关系着无砟轨道板的承载能力和使用性能，因此，生产出符合高速铁路高标准要求的轨道板混凝土至关重要。而混凝土质量的好坏又取决于配合比的设计是否合理及施工质量控制是否得当。基于此，本文结合京沪高速铁路长清板场的制板实践，对CRTSⅡ型无砟轨道板混凝土的配合比进行系统的试验研究，并对施工过程进行了合理的规划控制，以确保轨道板生产的优质高效。
1轨道板混凝土配合比设计要求及研究思路
1.1轨道板混凝土设计要求
CRTSⅡ型无砟轨道板的主要技术性能指标依据于《客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土Ⅱ型轨道板（有挡肩）暂行技术条件》科技基【2008】173号（以下简称173号文），主要有以下几点：
（1）CRTSⅡ型轨道板混凝土设计强度等级为C55；预应力筋放张时，要求混凝土强度不得低于设计强度的80％，且16h强度不应低于48MPa；
（2）胶凝材料总量不宜超过480kg/m3，用水量不应超过150kg/m3；
（3）混凝土56d电通量应小于1000C，56d抗冻性能应满足F300的要求；
（4）混凝土内总碱含量不应超过3.0kg/m3,当骨料具有潜在碱活性时，总碱含量不应超过3.0 kg/m3，且应采取抑制碱—骨料反应技术措施，并按《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的规定进行抑制混凝土碱—骨料反应有效性评价。
除上述要求外，为确保施工顺利，配合比设计时还必须考虑混凝土拌合物的入模坍落度、含气量、工作性等因素。
1.2配合比试验研究思路
CRTSⅡ型轨道板混凝土配合比试验主要分三个阶段进行：
第一阶段为原材料选择和和检测试验；
第二阶段为配合比设计及混凝土拌合物性能试验；
第三阶段为混凝土强度及耐久性能试验。
由于CRTSⅡ型轨道板混凝土早期强度直接影响轨道生产的效率和质量。混凝土强度达到预应力放张要求的时间越长轨道板生产的效率就越低，但混凝土早期强度发展过快会使混凝土产生各种缺陷
影响后期耐久性，因此对混凝土早期强度的合理控制，是保证混凝土质量的关键工序。为此，本文重点对混凝土配合比试验的第二、第三阶段进行详细研究，明确混凝土配合比参数对混凝土强度尤其是早期强度的影响，以期确定合理的轨道板混凝土配合比。
2配合比选择试验
混凝土配合比的选配主要是通过试拌试验确定拌合物的水胶比、单位用水量、掺和料用量参数。考虑到轨道板混凝土对早期强度有较高的要求和173号文对胶材用量有明确限制，试拌时将胶材用量固定为480kg/m3。在此基础上，通过调整砂率、外加剂掺量来考察混凝土拌合物的和易性、含气量、坍落度等出机性能、选择满足强度和耐久性能的混凝土配合比参数。
2.1水胶比
水胶比是影响混凝土强度的主要因素之一，试验选择了5种不同的水胶比进行对比分析，试验结果见表1。
表1不同水胶比强度试验表
从表1中可以看出：在同一入模温度和相同的养护条件下，水胶比越小，混凝土的早期强度越高；但水胶比过小，拌合物变得粘稠，翻拌、振捣都比较困难，混凝土拌合物的工作性變差。从16h强度试验成果和出机性能来看，水胶比宜控制在0.285左右。
2.2砂率
试验选用的砂子细度模数在2.8左右，试验室选择33%、35%、37%三个不同的砂率进行对比试验，试验结果见表2所示。
表2不同砂率强度对比试验表
备注:各组试验原材料品种相同；各组试验水泥均为432(kg/m3)，掺和材用量均为48(kg/m3)。
从表2可以看出：砂率对混凝土拌合物的性能明显影响，过小过大的砂率，都会对混凝土拌合物的和易性造成不利影响。从试验结果分析，本配合比的砂率宜选择35%。
2.3养护环境温度
从表1、表2中可以看出：混凝土养护环境温度对混凝土早期强度的发展起着至关重要的影响，适当的提高入模温度和养护温度，能大幅度的提高混凝土的早期强度。将不同养护环境温度条件下的混凝土早期强度试验成果绘制成如图1所示的柱状图。
从图1可以看出，养护温度越高，混凝土的早期强度越高。因此，适当的提高混凝土拌合物的入模温度和养护温度是提高混凝土早期强度以满足轨道板施工进度的最有效的手段。
2.4掺合料
掺合料可以提高混凝土的致密性和抗渗性；改善界面的微观
图1混凝土强度对比图
结构，堵塞混凝土内部空隙，提高混凝土耐久性，具有节能、节料、工程经济、劳动保护及环境保护等方面的良好效应。
掺合料的掺量对混凝土的性能影响比较大，尤其是早期强度和耐久性，为了缩短达到预应力筋放张时要求的混凝土强度的时间（一般要求16h），且满足混凝土后期强度及耐久性要求，必须选择一个最佳掺量，试验选择了多组不同掺合料掺量的配合比进行对比研究，试验结果见表3和表4所示。
表3掺合料对混凝土性能影响试验结果(一)
表4掺合料对混凝土性能影响试验结果(二)
2.5其它因素
此外，试验表明：除水胶比、砂率、环境温度对混凝土拌合物早期强度和和易性有明显影响以外，外加剂、胶凝材料等对混凝土拌合物的和易性和早期强度同样有显著影响。外加剂对混凝土拌合物和易性的改善主要靠外加剂的掺量和调整配方来实现。胶凝材料对混凝土拌合物早期强度和和易性的影响主要体现在胶凝材料的细度方面。在满足规范要求的前提下，适当的降低胶凝材料的细度（增大比表面积）有利于改善混凝土拌合物的施工和易性，同时可以加快水化反应速度，提高混凝土的早期强度。
3配合比参数的确定
通过配合比试验，初步掌握了影响混凝土拌合物和易性和强度的主要因素，并大致确定了各种原材料的品种和规格，在综合分析各项因素的基础上，初步选定了以下四种配合比进行进一步试验，试验配合比的各参数见表5。
采用上述四种配合比配制混凝土进行后期强度和耐久性试验，并对其进行技术经济比较后，最终确定BP-2和BP-3为试生产施工配合比。其后期强度和耐久性试验结果如表6所示。混凝土的各项性能指标完全满足173号文规定的技术要求。
表5配合比参数表
表6强度及耐久性试验结果
配合比BP-2和 BP-3的区别主要在于，前者使用的是磨细矿渣粉，后者采用的是轨道板专用掺合料。在试生产中，发现两组配合比对应混凝土的综合性能差异不大，但磨细矿渣粉更加经济，为CRTSⅡ型无砟轨道板混凝土矿物外加剂的首选。
综合考虑上述因素，混凝土生产配合比选用BP-2。
4结论
通过对轨道板用高性能混凝土进行配合比试验，明确了高性能混凝土配合比的基本参数，混凝土早期强度及和易性的影响因素，提出了适用于CRTSII型轨道板的高性能混凝土生产配合比。在此基础上，对混凝土施工过程进行了合理规划，并总结施工经验，提出了保证混凝土施工质量的有效措施。
（1）根据配合比试验结果，通过对混凝土早期强度及后期耐久性的试验研究，确定了高性能混凝土试生产配合比BP-2和 BP-3。在试生产中，由于两组配合比对应混凝土的综合性能差异不大，但前者使用的是磨细矿渣粉较为经济，因此确定BP-2为生产配合比，配合比的具体参数如表5所示。
（2）在混凝土施工过程中，必须严格控制每一个环节之间的连续性，尽量缩短从拌制到振捣完成的时间。对于轨道板混凝土来说，因对其早期强度有特殊要求，入模振捣完成前任何一个环节的延误都可能影响到混凝土实体的质量和施工进度，甚至造成当盘混凝土报废。因此，开仓浇注前，应认真对拌合站、双吊点桥式起重机、布料机、振捣器等进行严格检查和调试，尽量保证每盘混凝土从出机口到浇注振捣完成的时间不超过15min。
参考文献：
[1]客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土Ⅱ型轨道板（有挡肩）暂行技术条件.科技基[2008]173号.中国铁道出版社.2008
[2]客运专线高性能混凝凝土暂行技术条件. 科技基[2005]101号.中国铁道出版社.2005.
[3]栾心国，李余贤，丁永海.CRTSII型轨道板(有挡肩)混凝土配合比设计[J].铁道标准设计，2010（3）：9-11
[4]汤寄予，郭京波，曾凡奇.高强混凝土的试配研究[J].公路，2004（9）:141一144.
[5]朱文华.浅談铁路高性能混凝土配合比设计体会[J].混凝土，2011（8）：113-116.
关键词:高速铁路高性能混凝土配合比试验研究
中图分类号 ：U238文献标识码： A
引言
京沪高速铁路贯穿北京、天津、河北、山东、安徽、江苏、上海7省市，连接环渤海和长江三角洲两大经济区，线路自北京南站至上海虹桥站，新建铁路全长1318公里，是世界上一次建成线路里程最长、标准最高的高速铁路。中国水电集团长清制板场承担了京沪高速铁路DIK417+800～DK474+800（78km双线）CRTSⅡ型无砟轨道板21812块的预制任务。
混凝土轨道板是无砟轨道的重要组成部分，轨道板的质量优劣直接影响列车运行的舒适性和安全性。轨道板质量的好坏首先取决于混凝土的质量，其混凝土的强度和耐久性直接关系着无砟轨道板的承载能力和使用性能，因此，生产出符合高速铁路高标准要求的轨道板混凝土至关重要。而混凝土质量的好坏又取决于配合比的设计是否合理及施工质量控制是否得当。基于此，本文结合京沪高速铁路长清板场的制板实践，对CRTSⅡ型无砟轨道板混凝土的配合比进行系统的试验研究，并对施工过程进行了合理的规划控制，以确保轨道板生产的优质高效。
1轨道板混凝土配合比设计要求及研究思路
1.1轨道板混凝土设计要求
CRTSⅡ型无砟轨道板的主要技术性能指标依据于《客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土Ⅱ型轨道板（有挡肩）暂行技术条件》科技基【2008】173号（以下简称173号文），主要有以下几点：
（1）CRTSⅡ型轨道板混凝土设计强度等级为C55；预应力筋放张时，要求混凝土强度不得低于设计强度的80％，且16h强度不应低于48MPa；
（2）胶凝材料总量不宜超过480kg/m3，用水量不应超过150kg/m3；
（3）混凝土56d电通量应小于1000C，56d抗冻性能应满足F300的要求；
（4）混凝土内总碱含量不应超过3.0kg/m3,当骨料具有潜在碱活性时，总碱含量不应超过3.0 kg/m3，且应采取抑制碱—骨料反应技术措施，并按《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的规定进行抑制混凝土碱—骨料反应有效性评价。
除上述要求外，为确保施工顺利，配合比设计时还必须考虑混凝土拌合物的入模坍落度、含气量、工作性等因素。
1.2配合比试验研究思路
CRTSⅡ型轨道板混凝土配合比试验主要分三个阶段进行：
第一阶段为原材料选择和和检测试验；
第二阶段为配合比设计及混凝土拌合物性能试验；
第三阶段为混凝土强度及耐久性能试验。
由于CRTSⅡ型轨道板混凝土早期强度直接影响轨道生产的效率和质量。混凝土强度达到预应力放张要求的时间越长轨道板生产的效率就越低，但混凝土早期强度发展过快会使混凝土产生各种缺陷
影响后期耐久性，因此对混凝土早期强度的合理控制，是保证混凝土质量的关键工序。为此，本文重点对混凝土配合比试验的第二、第三阶段进行详细研究，明确混凝土配合比参数对混凝土强度尤其是早期强度的影响，以期确定合理的轨道板混凝土配合比。
2配合比选择试验
混凝土配合比的选配主要是通过试拌试验确定拌合物的水胶比、单位用水量、掺和料用量参数。考虑到轨道板混凝土对早期强度有较高的要求和173号文对胶材用量有明确限制，试拌时将胶材用量固定为480kg/m3。在此基础上，通过调整砂率、外加剂掺量来考察混凝土拌合物的和易性、含气量、坍落度等出机性能、选择满足强度和耐久性能的混凝土配合比参数。
2.1水胶比
水胶比是影响混凝土强度的主要因素之一，试验选择了5种不同的水胶比进行对比分析，试验结果见表1。
表1不同水胶比强度试验表
从表1中可以看出：在同一入模温度和相同的养护条件下，水胶比越小，混凝土的早期强度越高；但水胶比过小，拌合物变得粘稠，翻拌、振捣都比较困难，混凝土拌合物的工作性變差。从16h强度试验成果和出机性能来看，水胶比宜控制在0.285左右。
2.2砂率
试验选用的砂子细度模数在2.8左右，试验室选择33%、35%、37%三个不同的砂率进行对比试验，试验结果见表2所示。
表2不同砂率强度对比试验表
备注:各组试验原材料品种相同；各组试验水泥均为432(kg/m3)，掺和材用量均为48(kg/m3)。
从表2可以看出：砂率对混凝土拌合物的性能明显影响，过小过大的砂率，都会对混凝土拌合物的和易性造成不利影响。从试验结果分析，本配合比的砂率宜选择35%。
2.3养护环境温度
从表1、表2中可以看出：混凝土养护环境温度对混凝土早期强度的发展起着至关重要的影响，适当的提高入模温度和养护温度，能大幅度的提高混凝土的早期强度。将不同养护环境温度条件下的混凝土早期强度试验成果绘制成如图1所示的柱状图。
从图1可以看出，养护温度越高，混凝土的早期强度越高。因此，适当的提高混凝土拌合物的入模温度和养护温度是提高混凝土早期强度以满足轨道板施工进度的最有效的手段。
2.4掺合料
掺合料可以提高混凝土的致密性和抗渗性；改善界面的微观
图1混凝土强度对比图
结构，堵塞混凝土内部空隙，提高混凝土耐久性，具有节能、节料、工程经济、劳动保护及环境保护等方面的良好效应。
掺合料的掺量对混凝土的性能影响比较大，尤其是早期强度和耐久性，为了缩短达到预应力筋放张时要求的混凝土强度的时间（一般要求16h），且满足混凝土后期强度及耐久性要求，必须选择一个最佳掺量，试验选择了多组不同掺合料掺量的配合比进行对比研究，试验结果见表3和表4所示。
表3掺合料对混凝土性能影响试验结果(一)
表4掺合料对混凝土性能影响试验结果(二)
2.5其它因素
此外，试验表明：除水胶比、砂率、环境温度对混凝土拌合物早期强度和和易性有明显影响以外，外加剂、胶凝材料等对混凝土拌合物的和易性和早期强度同样有显著影响。外加剂对混凝土拌合物和易性的改善主要靠外加剂的掺量和调整配方来实现。胶凝材料对混凝土拌合物早期强度和和易性的影响主要体现在胶凝材料的细度方面。在满足规范要求的前提下，适当的降低胶凝材料的细度（增大比表面积）有利于改善混凝土拌合物的施工和易性，同时可以加快水化反应速度，提高混凝土的早期强度。
3配合比参数的确定
通过配合比试验，初步掌握了影响混凝土拌合物和易性和强度的主要因素，并大致确定了各种原材料的品种和规格，在综合分析各项因素的基础上，初步选定了以下四种配合比进行进一步试验，试验配合比的各参数见表5。
采用上述四种配合比配制混凝土进行后期强度和耐久性试验，并对其进行技术经济比较后，最终确定BP-2和BP-3为试生产施工配合比。其后期强度和耐久性试验结果如表6所示。混凝土的各项性能指标完全满足173号文规定的技术要求。
表5配合比参数表
表6强度及耐久性试验结果
配合比BP-2和 BP-3的区别主要在于，前者使用的是磨细矿渣粉，后者采用的是轨道板专用掺合料。在试生产中，发现两组配合比对应混凝土的综合性能差异不大，但磨细矿渣粉更加经济，为CRTSⅡ型无砟轨道板混凝土矿物外加剂的首选。
综合考虑上述因素，混凝土生产配合比选用BP-2。
4结论
通过对轨道板用高性能混凝土进行配合比试验，明确了高性能混凝土配合比的基本参数，混凝土早期强度及和易性的影响因素，提出了适用于CRTSII型轨道板的高性能混凝土生产配合比。在此基础上，对混凝土施工过程进行了合理规划，并总结施工经验，提出了保证混凝土施工质量的有效措施。
（1）根据配合比试验结果，通过对混凝土早期强度及后期耐久性的试验研究，确定了高性能混凝土试生产配合比BP-2和 BP-3。在试生产中，由于两组配合比对应混凝土的综合性能差异不大，但前者使用的是磨细矿渣粉较为经济，因此确定BP-2为生产配合比，配合比的具体参数如表5所示。
（2）在混凝土施工过程中，必须严格控制每一个环节之间的连续性，尽量缩短从拌制到振捣完成的时间。对于轨道板混凝土来说，因对其早期强度有特殊要求，入模振捣完成前任何一个环节的延误都可能影响到混凝土实体的质量和施工进度，甚至造成当盘混凝土报废。因此，开仓浇注前，应认真对拌合站、双吊点桥式起重机、布料机、振捣器等进行严格检查和调试，尽量保证每盘混凝土从出机口到浇注振捣完成的时间不超过15min。
参考文献：
[1]客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土Ⅱ型轨道板（有挡肩）暂行技术条件.科技基[2008]173号.中国铁道出版社.2008
[2]客运专线高性能混凝凝土暂行技术条件. 科技基[2005]101号.中国铁道出版社.2005.
[3]栾心国，李余贤，丁永海.CRTSII型轨道板(有挡肩)混凝土配合比设计[J].铁道标准设计，2010（3）：9-11
[4]汤寄予，郭京波，曾凡奇.高强混凝土的试配研究[J].公路，2004（9）:141一144.
[5]朱文华.浅談铁路高性能混凝土配合比设计体会[J].混凝土，2011（8）：113-116.