CRTSⅢ板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土無(wú)損檢測(cè)和體積穩(wěn)定性研究

楊連江

（中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司 天津 300350）

1 前言

CRTSⅢ型板是我國(guó)自主研發(fā)的高速鐵路板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是以軌道板與充填層自密實(shí)混凝土形成復(fù)合整體結(jié)構(gòu)共同承受列車荷載，充填層自密實(shí)混凝土與底座板間設(shè)中間隔離層，通過(guò)底座板上限位凹槽進(jìn)行限位。因此充填層自密實(shí)混凝土是影響CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道整體性能的關(guān)鍵。

目前CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)已成功在多條鐵路線進(jìn)行了應(yīng)用，但檢測(cè)充填層自密實(shí)混凝土實(shí)體質(zhì)量的方法比較單一，無(wú)論是線下工藝性試驗(yàn)還是線上灌板施工，均是通過(guò)揭板法[5]來(lái)檢測(cè)充填層自密實(shí)混凝土是否存在缺陷，并且對(duì)充填層自密實(shí)混凝土硬化后的力學(xué)性能以及體積穩(wěn)定性的變化趨勢(shì)沒(méi)有過(guò)系統(tǒng)的研究。

本試驗(yàn)依托新建鐵路鄭州至徐州客運(yùn)專線，結(jié)合線下灌板揭板試驗(yàn)，線上灌板施工，通過(guò)沖擊彈性波法檢測(cè)了充填層自密實(shí)混凝土的實(shí)體缺陷，并研究了灌注結(jié)束后自密實(shí)混凝土體積穩(wěn)定性的變化規(guī)律。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)儀器

⑴沖擊彈性波法檢測(cè)自密實(shí)混凝土缺陷的設(shè)備：混凝土多功能無(wú)損測(cè)試儀，型號(hào)SCE-MATS-PA。試驗(yàn)設(shè)備主要包括七個(gè)組件，分別是專用平板電腦、PA 型無(wú)損檢測(cè)儀主機(jī)、31sc 傳感器、無(wú)線遙控筆、激振錘、電荷電纜和數(shù)據(jù)線。

⑵測(cè)試自密實(shí)混凝土體積變化的儀器：百分表和磁力表架。

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.2.1 沖擊彈性波法檢測(cè)自密實(shí)混凝土缺陷

⑴試驗(yàn)內(nèi)容

結(jié)合線下灌揭板試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證沖擊彈性波法的準(zhǔn)確性，共測(cè)試五塊板。

⑵試驗(yàn)方法

利用沖擊彈性波法來(lái)測(cè)試充填層自密實(shí)混凝土缺陷，需在灌板結(jié)束自密實(shí)混凝土完全硬化后方能進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)總共分為三個(gè)步驟：第一步測(cè)點(diǎn)布置，測(cè)點(diǎn)布置有兩種方法，分別是橫向布點(diǎn)和縱向布點(diǎn)；第二步是測(cè)試，測(cè)試包括信號(hào)激振和數(shù)據(jù)采集；第三步是數(shù)據(jù)處理及成像。

2.2.2 百分表測(cè)試自密實(shí)混凝土體積變化

⑴試驗(yàn)內(nèi)容

本試驗(yàn)是利用百分表監(jiān)測(cè)自密實(shí)混凝土剛灌注結(jié)束到灌注結(jié)束后7h 的體積變化規(guī)律，并且要測(cè)試不同溫度下灌注的自密實(shí)混凝土體積變化規(guī)律。

⑵試驗(yàn)方法

自密實(shí)混凝土灌注前，在軌道板上的點(diǎn)1、2、3 和4 四個(gè)位置安裝百分表，百分表安裝完成后記錄初始數(shù)值?；炷凉嘧⒔Y(jié)束后立即記錄百分表上顯示的數(shù)值，然后每隔1h 記錄一次百分表上顯示的數(shù)值，直至記錄到灌注結(jié)束后的7h。

3 結(jié)果及分析

3.1 沖擊彈性波法測(cè)試自密實(shí)混凝土缺陷

3.1.1 橫向布點(diǎn)法測(cè)試

橫向布點(diǎn)法總共測(cè)試了四塊，板命名為1#板、2#板、3#板和4#板。其中1#板和2#板均為同一天灌注，入模擴(kuò)展度為640mm，T500 為5.8s 左右，含氣量為8%，灌注時(shí)間在7min 左右。3#板和4#板為同一天灌注，入模擴(kuò)展度為650mm，T500 為4.5s 左右，含氣量為6%，灌注時(shí)間均在6min 左右。

本次試驗(yàn)采用橫向布點(diǎn)測(cè)試充填層自密實(shí)混凝土缺陷，共布置1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13 條測(cè)線，每條測(cè)線測(cè)18 個(gè)點(diǎn)，其中每?jī)蓷l測(cè)線間隔0.2m，測(cè)點(diǎn)間隔0.33m。

按上述布點(diǎn)方式從左到右逐點(diǎn)進(jìn)行敲擊測(cè)試，以沖擊彈性波為媒介，在預(yù)定測(cè)點(diǎn)處采用檢測(cè)儀激振并接收有效信號(hào)，進(jìn)一步通過(guò)分析振幅參數(shù)衰減情況來(lái)判定灌注板自密實(shí)混凝土質(zhì)量好壞。每測(cè)試一點(diǎn)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集及儲(chǔ)存，直至第一條測(cè)線測(cè)完。如同第一條線操作方法直至13 條測(cè)線測(cè)完。

測(cè)試完畢后通過(guò)測(cè)試儀器自帶軟件的快速成像功能將13 條測(cè)線振幅參數(shù)進(jìn)行合成和處理，形成等值線平面圖形，此圖形可對(duì)充填層自密實(shí)混凝土缺陷部位進(jìn)行成像，具體情況如下：

圖1和圖3中右側(cè)彩色條表示的是缺陷程度，自密實(shí)混凝土質(zhì)量越好，能量在混凝土傳播過(guò)程中衰減越大，逸散的就越多，振幅比就越小。從下到上振幅比越大，彩條顏色越深表征的缺陷越嚴(yán)重，圖1和圖2藍(lán)色部位表示充填層自密實(shí)混凝土比較密實(shí)，沒(méi)有明顯或較大的缺陷，圖3和圖4黃色部位表現(xiàn)的是充填層自密實(shí)有缺陷的部位。

圖1 1#板成像情況

圖2 2#板成像情況

圖3 1#板揭板情況

圖4 2#板揭板情況

結(jié)合圖1和圖2、圖3和圖4，對(duì)比成像情況和揭板情況，表明利用沖擊彈性波方法，在測(cè)點(diǎn)布置密集的情況下，能夠確定整個(gè)板體缺陷的分布。

從圖5、圖6、圖7、圖8中成像情況和具體缺陷情況可以看出利用沖擊彈性波法可以確定整個(gè)板體的缺陷分布及缺陷的嚴(yán)重情況，但具體缺陷問(wèn)題不能在成像中完全反映出來(lái)，成像中的缺陷位置和實(shí)際板中的缺陷位置還存在一些差異，一些缺陷未能完全顯示出來(lái)。

圖5 3#板成像情況

圖6 3#板具體缺陷情況

圖7 4#板成像情況

圖8 4#板具體缺陷情況

圖6和圖8是兩塊板的具體缺陷情況，根據(jù)這兩個(gè)圖可以得出，利用沖擊彈性波法測(cè)試的板所成像描述的缺陷一般有四種情況：?jiǎn)蝹€(gè)氣泡直徑比較大的情況或空洞（2cm以上）、大氣泡比較集中的情況、小氣泡比較集中的情況和泡沫層情況。

3.1.2 縱向布點(diǎn)法測(cè)試

縱向布點(diǎn)法總共測(cè)試了一塊板，板命名為5#板。入模擴(kuò)展度為660mm，T500 為4.5s 左右，含氣量為8.3%，灌注時(shí)間在13min 左右。

本次試驗(yàn)共布置15 條測(cè)線，每條測(cè)線測(cè)7 個(gè)點(diǎn)，其中每?jī)蓷l測(cè)線間隔0.4m，測(cè)點(diǎn)間隔0.4m。按上述布點(diǎn)方式從下到上逐點(diǎn)進(jìn)行敲擊測(cè)試，每測(cè)試一點(diǎn)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集及儲(chǔ)存，直至第一條測(cè)線測(cè)完。如同第一條線操作方法直至15 條測(cè)線測(cè)完。測(cè)試完畢后通過(guò)軟件將15 條測(cè)線進(jìn)行合成和處理，形成等值線平面圖形，此圖形可對(duì)充填層自密實(shí)混凝土缺陷部位進(jìn)行成像。

無(wú)一例外，此布點(diǎn)測(cè)試結(jié)果和橫向布點(diǎn)測(cè)試結(jié)果基本相同，從成像情況和揭板實(shí)際情況可以看出成像里的缺陷位置和實(shí)際的缺陷位置大體上是相吻合的，并且縱向布點(diǎn)法可以測(cè)試出板的邊界效應(yīng)，也就是可以表現(xiàn)出邊角部位的缺陷。

3.2 百分表測(cè)試自密實(shí)混凝土體積變化

在整個(gè)CRTSⅢ板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土施工過(guò)程中，自密實(shí)混凝土工作性能的好壞與穩(wěn)定決定著灌板的成功與否，我們除了要控制自密實(shí)混凝土的質(zhì)量外，還要控制軌道板的浮沉情況。技術(shù)要求中軌道板的上浮不能超過(guò)2mm，軌道板的浮沉主要取決于兩方面因素：第一，跟壓緊裝置有關(guān)；第二，自密實(shí)混凝土體積變化引起的。在線下灌揭板試驗(yàn)過(guò)程中，我們分別對(duì)上述兩種情況進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，軌道板上浮下沉的監(jiān)測(cè)手段是通過(guò)在軌道板接近四個(gè)角的部位安裝百分表來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（1）進(jìn)行灌揭板試驗(yàn)時(shí)，壓緊裝置采用的是橫向壓杠壓緊，在底座外側(cè)植入短鋼筋，通過(guò)螺桿與壓杠連接進(jìn)行固定。經(jīng)過(guò)大量的灌板試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)橫向壓杠為4 道時(shí)，灌注過(guò)程中軌道板容易上浮，上浮量大部分在1.5mm 以上，甚至超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的2mm 控制量。當(dāng)橫向壓杠為5 道時(shí)軌道板上浮量比較小，一般穩(wěn)定在在0.5～1.5mm 之間，質(zhì)量控制較好。

（2）軌道板的上浮與下沉除了發(fā)生在灌板階段，在灌注結(jié)束后隨著自密實(shí)混凝土體積的變化也會(huì)發(fā)生一定的變化。為了研究這一變化規(guī)律我們從灌板結(jié)束到都結(jié)束后7h 對(duì)自密實(shí)混凝土體積變化進(jìn)行了跟蹤，具體情況如下：

圖9 是環(huán)境溫度在30℃時(shí)，測(cè)試的軌道板上浮情況，圖中的a、b 分別是自密實(shí)混凝土入模坍落擴(kuò)展度為670mm、680mm，T500 為4.0～5s 之間，灌注時(shí)間在14min、12min，灌注過(guò)程中及灌注完成后7 小時(shí)測(cè)試的軌道板上浮情況（每個(gè)圖的初始點(diǎn)均為灌注結(jié)束后的上浮情況）。從圖中可以看出軌道板在灌注完成初期呈現(xiàn)下沉趨勢(shì)，該部分下沉主要表現(xiàn)為混凝土的自然沉降，4h 內(nèi)達(dá)到最大，最大下沉量可達(dá)到0.3mm（相對(duì)初始點(diǎn)，下同），在4h 之后出現(xiàn)上浮趨勢(shì)，在7h 內(nèi)上浮最大量均未超過(guò)0.5mm（相對(duì)初始點(diǎn)，下同），且與初始值相近甚至略低。

圖9 30℃時(shí)軌道板上浮趨勢(shì)

圖10 是環(huán)境溫度在28℃時(shí)，測(cè)試的軌道板上浮情況，圖中的a、b 自密實(shí)混凝土入模坍落擴(kuò)展度均為670mm，T500 為4s 之間，灌注時(shí)間為10min 左右，灌注過(guò)程中及灌注完成后7h 測(cè)試的軌道板上浮情況。這兩次試驗(yàn)均是在灌注完成至1h 開始拔管，在這個(gè)過(guò)程中軌道板出現(xiàn)輕微上浮，拔管前后下降在0.1mm 左右，1h 之后開始出現(xiàn)下沉，4h～5h 之間達(dá)到最大，最大下沉量可達(dá)到0.29mm，在5h 之后出現(xiàn)上浮趨勢(shì)，在7h 時(shí)也是與初始值相近甚至略低。

圖10 28℃時(shí)軌道板上浮趨勢(shì)

4 小結(jié)

（1）沖擊彈性波法測(cè)充填層自密實(shí)混凝土缺陷試驗(yàn)表明：該方法具有一定的可行性，此種方法可以較為準(zhǔn)確的測(cè)出充填層自密實(shí)混凝土的缺陷分布，測(cè)試的缺陷有五種情況：?jiǎn)蝹€(gè)氣泡直徑比較大的情況或空洞（2cm以上）、大氣泡比較集中的情況、小氣泡比較集中的情況、離縫情況和泡沫層情況。但也存在一些不足亟待改進(jìn)，沖擊彈性波法雖然能夠測(cè)出上述五種情況的缺陷，但成像上不能進(jìn)行區(qū)分，不能對(duì)號(hào)入座，尤其是對(duì)泡沫層的厚度、深度以及面積不能很好的從成像中表現(xiàn)出來(lái)。

（2）百分表監(jiān)測(cè)軌道板上浮試驗(yàn)表明：當(dāng)壓緊裝置橫向壓杠設(shè)置為5道時(shí)，灌注過(guò)程中軌道板上浮量可以控制在1.5mm以內(nèi)，即使灌注結(jié)束后混凝土體積略微發(fā)生一些變化，也不會(huì)使軌道板的上浮量超出標(biāo)準(zhǔn)；在28℃～30℃之間，自密實(shí)混凝土灌注結(jié)束后5h以內(nèi)，軌道板呈下沉趨勢(shì)，并且在5h左右達(dá)到最大下沉量，5h以后混凝土開始發(fā)生膨脹，軌道板呈上浮趨勢(shì)，但不論下沉還是上浮，變化量均未超出要求控制量的2mm。