預(yù)制軌道板混凝土配制技術(shù)

朱建立，任尚華，李興旺

(中鐵十五局集團(tuán)公司，河南 洛陽 471013)

軌道板設(shè)計(jì)混凝土等級為C55，生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)要求16 h預(yù)應(yīng)力放張時混凝土抗壓強(qiáng)度不低于48 MPa，彈性模量不低于36 GPa，為達(dá)到設(shè)計(jì)要求，京津城際鐵路使用比表面積為550～600 m2/kg超細(xì)水泥，其價格是普通水泥的3～4倍，生產(chǎn)成本高。在無砟軌道技術(shù)再創(chuàng)新研究中，提出了使用通用硅酸鹽水泥摻加復(fù)合型摻合料技術(shù)，由于復(fù)合摻合料中含有硅灰或研磨極細(xì)的礦粉，成本是普通摻合料的近10倍，同時，早期水化速率過快，熱量釋放過于集中，混凝土升溫劇烈，導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力分布不平衡，混凝土易開裂。新建鐵路需要軌道板近40萬塊，采用超細(xì)水泥和特殊摻合料，都存在成本高以及供應(yīng)緊張問題，施工質(zhì)量不易保證，為此，提出了以硅酸巖水泥和普通摻合料替代超細(xì)水泥和特殊摻合料，通過優(yōu)選高效減水劑和降低水灰比，以實(shí)現(xiàn)早期高強(qiáng)度。

1 原材料的選用

軌道板混凝土要求早期既要有流動性和保塑性，方便施工，又要滿足16 h達(dá)到48 MPa強(qiáng)度的要求，理論上是互相矛盾的。通過原材料的選擇，可以解決這一矛盾。

超細(xì)水泥2 d的抗壓強(qiáng)度 >40 MPa，28 d的抗壓強(qiáng)度>65 MPa。我國水泥標(biāo)準(zhǔn)要求水泥比表面積不大于350 m2/kg，只有3 d的強(qiáng)度要求，即使強(qiáng)度等級最高的硅酸鹽水泥62.5 R的3 d強(qiáng)度也只要求>32 MPa，28 d強(qiáng)度要求>62.5 MPa，與超細(xì)水泥的要求還有一定差別。為增強(qiáng)水泥中混合材的可控性，水泥宜選用P.Ⅱ42.5硅酸鹽水泥。

礦物摻合料主要作用是形態(tài)效應(yīng)、火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)[1]。如果選用硅灰，其早期水化比較快，干縮大，容易導(dǎo)致混凝土早期裂紋。一般認(rèn)為礦粉和粉煤灰早期作用主要是微集料效應(yīng)[2]，其與水泥水化生成的氫氧化鈣反應(yīng)，以減少或消除氫氧化鈣這種有損強(qiáng)度、耐久性的大結(jié)晶體，即礦粉和粉煤灰的二次反應(yīng)，有利于增強(qiáng)混凝土的耐久性和后期強(qiáng)度增長，因此，宜選用S95磨細(xì)礦粉和Ⅰ級粉煤灰。

外加劑是高性能混凝土必備組分之一。高效減水劑是減少用水量、降低水灰比的重要保證。由于常用高性能混凝土主要采用緩凝型聚羧酸減水劑，具有一定的緩凝作用和引氣性，延長了混凝土的凝結(jié)時間，不利于早期強(qiáng)度的提高和預(yù)制構(gòu)件的快速脫模。而非緩凝型聚羧酸減水劑除凝結(jié)時間差較小、早期強(qiáng)度較高外，其余指標(biāo)與緩凝型聚羧酸減水劑相同，說明采用非緩凝型聚羧酸減水劑對混凝土的耐久性影響較小，而對提高混凝土早期強(qiáng)度十分重要。因此，配制軌道板混凝土應(yīng)采用減水率在25%～35%的非緩凝型聚羧酸系外加劑。

2 設(shè)計(jì)要求和試驗(yàn)方法

混凝土強(qiáng)度等級為C55，膠凝材料總量不超過480 kg/m3，用水量不宜超過 150 kg/m3，最大水膠比為0.35，坍落度為140～180 mm?；炷恋目箖鲂阅軕?yīng)滿足F300，混凝土的電通量應(yīng)<1 000 C。預(yù)應(yīng)力鋼筋放張及軌道板脫模時，混凝土立方體試件的抗壓強(qiáng)度不得低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，且不得低于48 MPa。

水泥為山東山水 P.Ⅱ 42.5硅酸鹽水泥;山東沂河河砂，細(xì)度模數(shù)2.8;粗骨料為宿州采石場石灰?guī)r碎石，5～10 mm和10～20 mm兩級配，按25%和75%混合;采用安徽平圩電廠Ⅰ級粉煤灰，江蘇南京S95礦粉;采用武漢格瑞林非緩凝型聚羧酸高效減水劑。

采用混凝土養(yǎng)護(hù)溫度自動跟蹤控制系統(tǒng)，可以根據(jù)模擬大板(長1.0 m，寬1.0 m，高0.2 m)養(yǎng)護(hù)過程中板芯溫度經(jīng)時曲線，實(shí)時控制試件養(yǎng)護(hù)水域中水的溫度與模擬大板的板芯溫度保持一致，以混凝土試件的強(qiáng)度認(rèn)定模擬大板的混凝土強(qiáng)度。該系統(tǒng)可以對模擬大板的板芯溫度、養(yǎng)生水域溫度、試件溫度、環(huán)境溫度、模板溫度進(jìn)行自動采集、記錄、存儲和輸出。

模擬大板的養(yǎng)護(hù)模板分上下兩層，下層有電加熱裝置和溫度傳感器，相當(dāng)于生產(chǎn)車間的管道加熱和用于模板溫度控制，上層為混凝土模板相當(dāng)于生產(chǎn)車間的軌道板模板。設(shè)置模板溫度為20℃ ～40℃，控制板芯溫度不超過55℃，如果在試驗(yàn)過程中板芯溫度超過55℃，應(yīng)對養(yǎng)護(hù)條件作相應(yīng)調(diào)整。

3 配合比試驗(yàn)

采用早強(qiáng)超細(xì)水泥、普通硅酸巖水泥、硅酸巖水泥、特殊摻合料、礦粉與粉煤灰、緩凝型與非緩凝型聚羧酸減水劑等進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)與試驗(yàn)，其中一組數(shù)據(jù)見表1。可見采用多種途徑能夠?qū)崿F(xiàn)16 h強(qiáng)度達(dá)到48 MPa的要求，而從成本來說，Ⅱ-4和Ⅱ-5更為降低。

表2為生產(chǎn)用配合比力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果。28 d電通量948 C，28 d抗凍(F300)相對動彈模量為90.3%(≥60%)，質(zhì)量損失0.87%(≤5%)，滿足耐久性要求。

表1 配合比試驗(yàn)

表2 生產(chǎn)用配合比力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

4 試生產(chǎn)應(yīng)用

從2009年下半年開始，應(yīng)用試驗(yàn)用配合比進(jìn)行試生產(chǎn)，表3為試驗(yàn)室與試生產(chǎn)情況的對比。可以看出，在實(shí)際生產(chǎn)中，混凝土強(qiáng)度和彈性模量比試驗(yàn)室要高，但坍落度經(jīng)時損失快，對生產(chǎn)工藝要求高。

5 結(jié)語

使用通用硅酸鹽水泥、普通摻合料和非緩凝型聚羧酸減水劑已經(jīng)生產(chǎn)軌道板一萬多塊，由于早期水化熱低于超細(xì)水泥，沒有出現(xiàn)混凝土收縮導(dǎo)致的早期裂紋問題，軌道板質(zhì)量得到充分保證，同時由于水泥和摻合料成本的降低，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。也標(biāo)志著我國完全自主知識產(chǎn)權(quán)的軌道板混凝土材料體系已經(jīng)形成，為軌道板的規(guī)?；瘧?yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

表3 試生產(chǎn)情況對比

[1]趙國堂，李化建.高速鐵路高性能混凝土應(yīng)用管理技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社，2009.