馮士鵬,位寧寧
(信陽學(xué)院土木工程學(xué)院,信陽 464000)
無砟軌道的充填層作為彈性調(diào)整層,起到連接構(gòu)件、傳遞負(fù)荷、維持列車平穩(wěn)運行、具有較高結(jié)構(gòu)耐久性等重要作用。CRTSⅢ型高鐵軌道填充層狹長且窄小,因而要求填充材料具有較高且穩(wěn)定的工作性能,以及規(guī)范準(zhǔn)確的的制備方法。CRTSⅢ型板式無砟軌道使用自密實混凝土作為填充層材料,自密實混凝土材料性能的影響因素有很多且相互作用,難以密實、易離析、易產(chǎn)生氣泡、漿體上浮等問題影響自密實混凝土的工作性、強度,本文通過調(diào)整礦渣粉的摻量研究自密實混凝土的性能變化[1]。
試驗采用S95 級礦渣粉,比表面積為400 m2/kg,產(chǎn)地為河南鄭州鞏義市。礦渣粉是?;郀t礦渣粉的簡稱,是一種優(yōu)質(zhì)的混凝土摻合料,也是符合GB/T203 標(biāo)準(zhǔn)的?;郀t礦渣,經(jīng)干燥、粉磨,達到相當(dāng)細(xì)度、相當(dāng)活性指數(shù)的粉體S95 級礦渣能改善自密實混凝土的微觀結(jié)構(gòu),保持自密實混凝土的工作性,降低水泥的水化熱,有利于提高自密實混凝土的強度以及改善自密實混凝土的耐久性,而且具有成本低、符合綠色環(huán)保、為再利用工業(yè)廢棄物等特點。礦渣粉比表面積越大,其活性越高,而自密實混凝土的收縮開裂程度也會隨之增加。
自密實混凝土材料配合比設(shè)計采用絕對體積法,進行基準(zhǔn)配合比的計算,然后逐步計算不同摻合料的體積及摻量。根據(jù)《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T283,自密實混凝土參數(shù)要求如表1,表2,表3 所示。
表1 每立方米自密實混凝土參數(shù)要求
表2 每立方米混凝土粗骨料體積Vg
表3 自密實混凝土主要性能指標(biāo)
高鐵填充層自密實混凝土應(yīng)具有較高的流動性能、高擴展度、高抗離析能力和包裹鋼筋的性能,同時滿足一定的力學(xué)強度、耐久性以及良好的填充性能。通過使用控制變量的方法保持礦渣粉摻量為5%,粉煤灰為15%,減水劑為2.3%,粗骨料體積為31%,細(xì)骨料體積為45%不變,改變礦渣粉的摻量為5%、10%、15%、20%、25%時進行自密實混凝土自動配合比計算,研究礦渣粉摻量對自密實混凝土的影響。
不同礦渣粉摻量下自密實混凝土的填充性、流動性、間隙通過性如表4 所示。
表4 不同礦渣粉摻量工作性實測值
由表4 可以得出結(jié)論,礦渣粉摻量從5%,10%到15%變化時,自密實混凝土的流動時間T500逐漸變小,坍落擴展度逐漸變大,間隙通過率H2/H1逐漸減?。划?dāng)?shù)V渣粉的摻量大于15%時,自密實混凝土的T500流動時間逐漸增大,坍落擴展度逐漸減小,間隙通過率H2/H1逐漸增大,J 環(huán)障礙高差BJ在礦渣粉摻量大于15%時,其值逐漸增大;當(dāng)?shù)V渣粉摻量為15%時,坍落擴展度等于672 mm,T500等于3.2 s,BJ等于18 mm,通過率H2/H1等于0.7,T700等于14s,符合填充層自密實混凝土工作性的要求。
隨著礦渣粉含量的增加,礦渣粉的早期強度較高,自密實混凝土的整體強度也逐漸提高。如圖1 所示,礦渣粉摻量為20%時強度最高,自密實混凝土結(jié)構(gòu)中分布的大孔在礦渣粉的填充下得到減少,小孔數(shù)量增加后可以由粒徑比其小的硅灰顆粒填充,從而降低孔徑的尺寸。礦渣粉中的SiO2與水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng)生成硅酸凝膠。一方面,硅酸凝膠的強度比水泥的水化產(chǎn)物更高,另一方面,礦渣粉的二次水化增加了自密實混凝土中水化產(chǎn)物的數(shù)量。所以礦渣粉可以提高自密實混凝土的密實度,提高混凝土的早期強度和整體強度[2]。
圖1 礦渣粉摻量對自密實混凝土強度的影響
由圖2 可知,自密實混凝土的收縮值隨著礦渣摻合量的增加呈減小趨勢[3];礦渣粉活性較高,降低了自密實混凝土內(nèi)部濕度,從而降低化學(xué)收縮;當(dāng)?shù)V渣粉的摻量大于15%時,自密實混凝土的收縮又變大,因為當(dāng)?shù)V渣粉太多時不能夠充分反應(yīng),對收縮起抑制作用[4]。
圖2 礦渣摻量對自密實混凝土豎向收縮的影響
因為礦渣粉中含有豐富的SiO2,其活性較高,SiO2與水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng)生成硅酸凝膠,而硅酸凝膠密實度更高。通過電鏡掃描實驗,礦渣粉的摻入增加了水泥的水化產(chǎn)物,使更多空隙被水化產(chǎn)物填充,微觀結(jié)構(gòu)更為密實;礦渣粉具有密實堆積填充效應(yīng),使混凝土小孔數(shù)量增加,大孔數(shù)量減少,平均孔徑降低,結(jié)構(gòu)分布更為合理。
使用室內(nèi)模擬試驗?zāi)MCRTSⅢ型高鐵填充層自密實混凝土的灌注,通過實驗室制備自密實混凝土,為保證自密實混凝土各項參數(shù)能滿足填充層自密實混凝土的要求,對新拌自密實混凝土進行了灌注前的J 環(huán)試驗、坍落擴展度試驗、L 型填充性試驗和豎向收縮試驗。經(jīng)過自密實混凝土的J 環(huán)測試,得到自密實混凝土擴展時間T500為5 s,J 環(huán)障礙高差BJ為13.07 mm,坍落擴展度時間為670 mm,L 型儀充填比H2/H1為1.05,均能滿足表4 中的要求。預(yù)留100 mm×100 mm×100 mm 試塊,進行抗壓強度測試。通過對自密混凝土工作性檢測合格后,開始室內(nèi)模擬灌注試驗[5]。
從室內(nèi)模擬器頂板灌注料斗進行灌注,灌注時保持60 cm~80 cm 的灌注高度。按照“慢—快—慢”的原則,控制自密實混凝土的灌注速度,灌注過程應(yīng)滿足灌注口密封性較好,以保證灌注口內(nèi)無大量空氣進入;灌注料斗內(nèi)的自密實混凝土能夠持續(xù)不間斷地灌入填充層,在自密實混凝土填充材料到達觀察孔之前快速灌注[6]。當(dāng)蓋板上四角的觀察孔有自密實混凝土溢出且無氣泡時停止灌注;灌注時應(yīng)保證氣體能夠排出,灌注過程中要及時向灌注料斗內(nèi)補充自密實混凝土,從灌注開始至觀察孔內(nèi)有自密實混凝土溢出且無氣泡時,該段時間為自密實混凝土的灌注時間[7]。填充層自密實混凝土灌注的參數(shù)如表5。
表5 高鐵高性能填充材料灌注前工作性測定
適當(dāng)?shù)牡V渣粉可以提高自密實混凝土的工作性。當(dāng)?shù)V渣粉摻量為15%時,坍落擴展度等于672 mm、T500等于3.2 s,BJ等于18 mm,通過率H2/H1等于0.7,T700等于14s,符合填充層自密實混凝土工作性的要求;隨著礦渣粉含量的增加,自密實混凝土的整體強度也逐漸提高。當(dāng)?shù)V渣粉含量等于15%時,28 天標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護的抗壓強度等于47.5 MPa;自密實混凝土的收縮值隨著礦渣摻合量的增加呈減小趨勢,當(dāng)?shù)V渣粉的摻量等于15%時收縮率最小;礦渣粉的摻入使混凝土的大孔數(shù)量減少,小孔數(shù)量增加,平均孔徑降低,微結(jié)構(gòu)更為密實,分布更為合理。