高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土性能研究.pdf
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1、1 3 2 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i n e e r i ng 文章 编号 : 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 1 3 2 0 5 高速铁路 C R T S 型板式无砟轨道 自密实 混凝 土性能研究 谭盐宾 , 谢 永江 , 李化建 , 李林香 , 易忠来 ( 1 中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所 , 北京 1 0 0 0 8 1 ; 2 高速铁路轨道技术 国家重点实验室 , 北京1 0 0 0 8 1 ) 摘要: 为解决高速铁路 C R T S I l I 型板式无砟轨道结构高施工性、 高平顺性和高耐久性要求 , 采用具有高流 动性
2、、 高塑性 稳定性 和低 收 缩 变形 的 自密 实混凝 土作 为 无砟 轨道 充填层 材 料 。针 对 充填 层 的 封 闭结 构 空间和 承载功 能 , 并结合 设计 和 无砟 轨道 结构 对 自密 实混 凝 土的 要 求 , 制备 了 C 3 0 , C 4 0和 C 5 0三种 强 度 等级 自密实混凝 土 , 进 行体 积稳 定性试 验 、 氯 离子渗 透试 验和 单边 冻融试 验 , 研 究其 工作 性 能、 体积 稳 定性和耐久性能。结果表明: 三种 自密实混凝土均具有适合板式无砟轨道充填层施工的 良好工作性能; 其 塑性 收缩 变形 均随 着强度 等级 的提 高而增 大; 在
3、水胶 比相 同和 单 方 用水 量相 同 两种 情 况下 三 种 自密 实混凝土的干燥收缩变形呈现 出完全相反的变化规律 ; 三种 自密实混凝土均具有 良好耐久性 , 抗氯 离子 渗 透 能力 随强度 等级 的提 高而 降低 , 抗 盐 冻性 能则 随着 强度 等级 的提 高而增 强。 关 键词 : 高速 铁路板 式 无砟 轨 道 自密实混凝 土 工作 性 体积稳 定性 耐久性 中图分 类号 : U 2 1 3 2 4 4 文献标 识码 : A D O I : 1 0 3 9 6 9 i i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 5 0 1 2 9 高 速铁 路板 式无砟 轨
4、道 充填 层混 凝土是 一 种具有 高流动性 、 高间隙通过性和高抗离析性 的 自密实混凝 土 。图 1 为 板式无 砟轨 道结 构和 自密 实t 昆 凝 土施 工示 意图, 可见其主要 由轨道板 、 自密实混凝土充填层 ( 8 1 0 c m) 、 隔离 层 和钢 筋 ? 昆凝 土底 座 四 大 部 分 组 成 。 自密 实混凝 土充 填层施 工是 整个 板式 无砟 轨道 混凝 土 结构施工的最后一步, 其处于轨道板下近似 四周封闭 的空腔 中 , 自密实 混 凝 土 只能 从 轨 道板 上 预 留灌 注孔 进入空腔。同时, 设计要求 自密实混凝土与轨道板形 成复 合结 构 , 共 同承 受
5、列 车荷载 , 因此 要求 自密 实混 凝 土材料具有高的流动性和高的体积稳定性 。但混凝土 材料 的流 动性 和体 积稳 定 性 通 常 是矛 盾 的 , 提 高 昆凝 土流动性一般会降低其体积稳定性, 引起混凝土收缩 增大。自密实混凝土如果具有高的胶凝材料用量、 高 的砂 率和 高 的浆 骨 比则 可 有 效 改 善 其 工 作 性 , 但 会对 白密 实混凝 土收 缩 变形 有 不 利影 响 。为 了制 备 出适用 于高 速铁 路 C R T S m型无砟 轨 道充 填 层 的 自 密实7 昆 凝土 , 本文研究三种类型 自密实混凝 土的工作 性 、 体 积稳 定性 和耐 久性 。 收稿
6、 日期 : 2 0 1 4 - 0 9 1 0; 修回 日期: 2 0 1 4 1 1 - 2 0 基金项 目: 国家 自然科学基金 ( 5 1 3 7 8 4 9 9 ) ; 中国铁路总 公司科技研究 开 发计 划项 目( 2 0 1 2 G 0 0 1 , 2 0 1 3 G 0 0 3 一 A一 1 ) 作者简介 : 谭盐宾 ( 1 9 8 1 一) , 男 , 四川宜宾人 , 助理研究员, 博士研究生。 图 1 C R T S I l l 型板式无砟轨道与 自密实混凝土施工示意 1 原材料 、 配合 比与试验方 法 1 1原材 料 水 泥为北 京琉 璃河 水 泥厂 P O4 2 5级水
7、 泥 ; 粉煤 灰 为河北 西柏 坡 电厂 I级 粉煤 灰 ; 磨 细 矿 渣 粉 为 山东 鲁新 建 材 $ 9 5级矿 渣 粉 ; 膨 胀 剂 为天 津 豹 呜 公 司产 高 效 膨胀 剂 ; 水 泥 、 粉 煤灰 和 矿渣粉 的物理 化 学性 能指 标 见 表 1 。 表 1 水 泥与 矿物 掺 合料 的 物理 化学 性 能 谭 盐宾等 : 高速铁路 C R T S l l I 型板式无砟轨道 自密实混凝 土性 能研究 1 3 3 粗 骨料 为天津 蓟 县 产两 种 连 续 级 配 碎 石 , 其 最 大 粒 径 分别 为 l 0 il l m 和 l 6 m m; 细骨 料 为 河北
8、卢 龙 产 细 度模数 2 6的河砂。减水剂为天津雍 阳产聚羧酸系高 效 减 水剂 , 减水 率 为 2 6 。粘度 改性 材料 为 自制 。 1 2 配合 比 试验 设计 了 C 3 0, C 4 0和 C 5 0三 种 强 度 等 级 的 自 密 实混凝 土 , 配合 比见表 2 , 试 验 用所 有 原材 料 均 为干 燥状 态 。 表 2试 验 配 合 比 k g m 1 3 试 验方 法 收缩 试 验参 照 普 通 混 凝 土 长期 性 能 和 耐 久性 能 试验 方 法标 准 ( G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ) 。混凝 土 干缩 变 形 试件成 型 后 在 温
9、 度 ( 2 02 ) q C、 相 对 湿 度 9 5 的 标 准养护 室 中 养护 l d , 然 后 移 入 温度 ( 2 02 ) 、 相 对湿度 ( 6 05 ) 的恒 温 恒 湿 室 内 , 并 立 即 测 试 其 干 缩 变形初 始 值 , 随后 按 龄 期 测试 其 干缩 变 形 。 混凝 土 自收缩 变形 试件成 型后 立 即 用蜡 进 行 密 封 , 并 在温 度 ( 2 0 2 ) 、 卡 H 对湿 度 ( 6 0 5 ) 的恒 温 恒湿 室 内 养护 l d , 然 后立 即测 试 其变形 初 始值 。塑 性 收缩 变 形 则在 温度 ( 2 0 2 ) 、 相 对湿
10、度 ( 6 05 ) 且 无风 的 环境 下 测 试 , 采 用非 接触 式位 移测定 仪进行 , 见 图 2 。 图 2塑性 收 缩 测 试 2 板式无砟轨道 自密 实混凝 土性 能要求 根据高速铁路板式无砟轨道充填层设计要求和功 能定位, 充填层材料需 满足以下功能要求 : 充 填功 能 充填层材料要给上层轨道板提供平顺的支承, 材 料需能充满整个充填层空问, 这就要求其具有高的流 动性 和充 填能 力 。粘 结和 承载 功能 。充 填层 介 于轨 道 板 和钢 筋混 凝土 底 座 之 间 , 且 在结 构 设 计 上 充 填 层 要与轨道板形成复合整体结 构共同承受上部列 车荷 载 。因
11、此 , 充填 层 材料 与 轨 道 板 的结 合 面 不 得有 软 弱 层或 空洞 等缺 陷 , 充填层 材料 必须具 有 高稳定 性 、 高粘 结性 和抗 离析 能力 。 根据上 述功能 要求 , 相关标 准规定 了充填 层材 料 自密 实混 凝 土 的性 能 指 标要 求 , 自密 实 混凝 土 工作性 能 指标 和硬 化体性 能指 标分 别见 表 3和表 4 。 表 3 自 密 实 混凝 土 工 作性 能指 标 参 数 指标 坍 落扩展度 mm 扩 展时间 7 s J 环 障碍 高差 m m 泌水率 L型仪充填 比 含气量 竖向膨 胀率 01 5 6 d抗 压 强 度 MP a 5 6
12、d弹性模量 ( 1 0 M P a ) 5 6 d干燥收缩值 ( 1 0 ) 5 6 d电通 量 C 5 6 d抗盐冻性 ( 2 8次冻融 循环 剥落量) ( g m ) 3结果与分析 3 1工 作性 能 图 3为拌和物坍落扩展度和 J 环试验测试图。 自 密 实混 凝土拌 和 物工作 性 能 见表 5 , 试验 表 明 , 制 备 的 三 种 自密实 混凝 土均 具 有 良好 的流 动 性 和 填 充性 , 其 工 作性 能指标 均 满足 表 3要 求 。 印 8 6 0 0 3 3 O 3 圯 加 一 一 一 j 1 3 4 铁道建筑 J a n u a r y , 2 0 1 5 一 J
13、 i ( 自密实混凝土坍 落扩 展度测试 I I ) 自密实混凝 上 1 环试验测试 3 衔 混 凝 I 【 能 洲 试 表 5 自密 实 混凝 土 拌 合 物性 能 编 1 l 埘落 1 1 f l l 腱 J ! 篪 泌 半 胀 峙 【 : 3 01 66 0 5 9 0 0 9 5 4 0 ( 】 3 C4 0 l 68 0 4 7 3 ( )9 5 0 0 ( ) 2 L : 5( ) 68 0 6 8 l l 5 ( ) 9 5 5 0 0 1 3 2体积 稳定 性 3 2 1 塑 性 收 缩 图4为三种 自密实混 凝土的塑性收缩 变形 曲线 ( 收 缩 变形结 果正值 表 示收 缩
14、 , 负 值表 示 膨胀 ) 。结 果 表 明 , 三 种 自密实混 凝 土的塑 性收 缩变 形趋势 相 似 , 但 是 随着 强度 等 级 的提 高 , 塑 性 收 缩 变 形 值 明 显 增 大 。 混凝土塑性收缩的大小受混凝土表面失水率影响 , 而 混 凝土 表面 失水率 与混 凝土水 胶 比 、 环 境温 度 、 相 对湿 度 和风 速等 有关 。 当环境 条件 相 同 时 , 水 胶 比大小 则 成 为影 响表 面失水 率 的关键 因素 。本试 验 中三种 自密 实 混凝 土随 强度等 级提 高 , 水 胶 比逐渐 降低 , 可 自由迁 移 水量 也逐 渐减 少 , 当 自由水 从
15、混凝 土 内部 迁 移 至表 面速率 低 于表 面 自由水 蒸 发速 率 时 , 其 内部 塑 性 收缩 呈 增 大趋势 。另 外 由 图还 可看 出 , 掺 膨 胀 剂 自密实 混 凝 土塑性 收缩 变形 可 分 为 3个阶 段 : 塑 性 收 缩快 速增长阶段( A B段) , 该阶段发生在 自密实混凝土拌 2 0 0 0 呈l 6 0 0 霎I 2 0 o 8 0 0 黑 4 0 0 O : 厂 一 ! 、 、 一 ! 厂 、 c 4 0 1 、 、 C3 0 1 、 _ 、 B 9 D ; 。 0 3 6 9 l 2 l 5 1 8 2 1 2 4 2 7 3 0 3 3 3 6 3
16、9 4 2 4 5 4 8 时间, h 图 4 自密实混凝土塑性收缩变形曲线 和物达 到初 凝 以前 , 此 时混 凝 土 内部 尚未 形 成 坚 固 的 空间骨 架 , 随着混 凝 土中 自由水 分的 大量 蒸发 , 混凝 土 内部 毛细孔 压力 快速 增 加 , 引 起 自密 实混 凝 土 拌 和物 塑性 收缩 变形 的快速增 加 。 塑性 收缩变 形峰 值 阶段 ( B C段 ) , 此 阶段持 续时 间很 短 , 介于混 凝土 拌和 物初 凝和终 凝之 间 , 混 凝 土拌 和物 塑 性 收缩 变 形 值 在 此 时 达到 峰值 , C 3 0 1 , C 4 0 1 , C 5 0
17、j种 自密 实混 凝 土 的 塑 性 收缩 变 形 峰值 分别 为 l 6 1 91 0, 1 6 9 8l 0 和 2 1 0 l l 0一。塑性收缩变形 降低阶段 ( c D段 ) , 亦 称 为膨胀 阶段 , 此 阶段 混凝 土终 凝 已经完 成 , 混 凝 土强 度持续 增 长 , 可 对膨胀 剂 的膨胀 作用 提供 有效 的约 束 。 3 2 2 干 燥收 缩和 自收缩 图 5和 图 6分别 是相 同单方 用水 量 和相 同水胶 比 条件下三种强度等级 自密实混凝土的收缩变形 曲线。 两种 条件 下三 种 自密实混 凝土 表现 出不 同 的干缩 变形 规律。图 5显示 , 三种 自密
18、实混凝土在单 方用水量相 同时 , C 3 0 - 1 干燥 收缩 和 自收缩 变形 都明 显高 于 C 4 0 1 和 C 5 0 ; 而在 图 6中 三种 混凝 土水 胶 比相 同时 其 干燥 收缩 变形 表现 出与 图 5相 反 的 规 律 , C 3 0 2干 缩 变形 最小 。由表 2可知 , 所设计的 | 二 种强度等级 自密实混 凝 土强度 等级 越高 的 胶凝 材 料 用 量 也越 高 , 意 味着 在 单方 用水 量相 同时 强度 等级越 高 , 其水胶 比越 小 , 随强 度 等级提 高 , 水胶 比降低 , 混 凝土 内部 未水化 水 泥颗粒 更 多 , 其 对混凝 土
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