武广铁路客运专线CRTSⅠ型板式无砟轨道混凝土试验研究.pdf

2 0 1 0年第 1期 铁 道建 筑 Ra i l wa y En g i n e e r i ng 1 5 9 文章 编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 0 ) O 1 0 1 5 9 0 4 武广铁 路客运专线 C R T S I型板式 无砟 轨道 混凝土试 验研 究 另本春 ， 薛模 美 ， 吴 替 ( 中铁 四局集 团有限公 司 ， 合肥2 3 0 0 2 3 ) 摘要 ： 武广客 运 专线广 州无砟 轨道 试验段 是 我 国引进 日本 板 式 无砟轨 道 技 术的 试验 段 。 以该 工 程 为 背 景 ， 根 据 C R T S I式无砟轨 道 混凝 土设 计要 求 ， 对我 国与 日本 在 混 凝 土质 量标 准 、 设 计 理 念与 原 材料 质 量标 准的 区别进行 了分 析 。通过 原材 料优 化 选择 ， 基 准配合 比 的选定 和试 配 以及试验 室和搅拌 站验 证 ， 轨 道板 混凝 土各 项技 术参数 基本 符合 设计 要 求。 关键 词 ： 客运 专 线 无砟 轨道C R T S I轨道 板 混凝 土 中图分 类号 ： U 2 1 3 2 4 4文 献标 识码 ： B 武 广 客 运 专 线 是 采 用 日本 板 式无 砟 轨 道 的 试 验 段 。无 砟轨 道核 心组 成 部 分轨 道 板 为 混 凝 土 制 品 ， 可 以在工 厂 内大批量 预 制 生 产 ， 其 混凝 土技 术 条 件 的成 熟应用 十分 关键 ， 由于我 国与 日本在 混凝 土质 量标 准 、 设计理 念 与原材料 质 量 标 准都 存 在 着 很 大 的 区别 ， 为 更好地 把世 界先 进无 砟轨 道技术 应用 到 我 国客运专 线 建设上来 ， 有必要对 日本板式无砟轨道混凝 土的应用 情况进 行研 究 。 1 C RT S I 板式 无砟 混凝土设计要求 1 1工程概 况 武广 客运 专线新 广州 站及 相关 工程 试验 段工 程全 长 7 3 8正 线 k m， 轨 道结 构 类 型 均为 I型 板 式无 砟 轨 道 ( 见 图 1 ) ， 采用 日本框 架 型 轨 道板 。C R T S I型无 砟 图 1 I型板式无砟轨道结构示 意 收稿 日期 ： 2 0 0 9 - 1 2 - 0 9 ； 修 回日期 ： 2 0 0 9 - 1 2 1 6 作者简介 ： 另本春( 1 9 7 9 一) ， 男 ， 湖北钟祥人 ， 工程师。 轨 道板 混凝 土采 用 C 6 0级 。 1 2 C R T S l 板 式无砟 混 凝土设 计 要求 1 ) 早期 强度。采用与 日本相 同的高品质早强型 的硅 酸盐 水 泥 P 5 2 5 R 和 0 3 4低水 灰 比的配 合 比 ， 确 保混 凝土 材龄 1 5 h的脱模 强度 。 2 ) 工 作 性 。轨 道 板 高性 能 耐 久 性 混 凝 土 采 用 低 坍 落 度设 计 ， 混 凝 土 的作 业性 通过 单位 水量 进行 管理 。 由于 单位 水 量 对 混 凝 土 收 缩及 耐 久 性 产 生 的影 响 较 大 ， 因此 需要进 行严 格 管理 。 3 ) 耐 久性 。严 格控 制 轨 道板 水 泥 用 量 上 限 ， 控 制 混凝 土各 项原 材料 的总碱 量 、 氯含 量 满足要 求 ， 混凝土 满足轨道板设计强度要求 ， 确保轨道板混凝土不开裂。 1 3 中 日两 国 的 设 计 基 准 强 度 和 设 计 强 度 的 比较 (见表 1 ) 表 1 中15 t 设计基准强度和设计强 度的比较 “ 设计 基 准值 ” 的换 算 考虑 ： 混 凝 土 的表 观 抗 压强 度受 到加 载装 置承 压 板 的平 坦 度 及 其 底 座 精度 、 加 载 速度 以及 试件 的形 状 、 尺 寸 的影 响 。关 于加 载 装 置及 加载 速度 ， 确认 了 中 日两 国 的规 格 基 本 上 相 同 。但 是 1 6 0 铁道 建筑 作 为试 件 ， 日本 规 格 采 用 直 径 为 1 0 0 m m、 高 度 为 2 0 0 m E 的圆柱 体试件 ， 中 国规格 采 用 1 5 0 m m 的立 方 体 。 根据 以往 的文献 ， 由于试 件 的形 状及 尺寸不 同 ， 表 观抗 压强 度存 在如表 2所 示 的差值 。 同时为 了确 认上 述关 系 ， 应进行 现场试 验搅拌 ， 对两 种试件 实施 室 内试 验 。 表 2 由于试件 的形状不 同产生的容许抗压 应力的不 同 2 原材料选择 水 泥 ： 日本 技术强 调轨道 板宜 用早强 硅酸盐水 泥 ， 水泥必 须要 达 到 很 高 的 比表 面积 ， 对 上 限 不 作 要 求 。 因此 ， 在 选用水 泥品种 和等级 时 ， 应 参考表 3的数 据对 比进行 考虑 。 表 3 日本及 中国规格的压 缩强度 比较 注 ： ( ) 内的数值为实测值。 日本在用于轨道板的混凝土上不使用粉煤灰 、 矿 粉等混合材料 ， 理 由有以下几点 ： 确保初期强度。混 凝 土里 的早强硅 酸盐 水 泥 如果 掺 加 粉煤 灰 、 矿 粉 等混 合 材料时 ， 就有初 期 强 度 上升 慢 的趋 势 。 掺 加混 合 材料 时 ， 混凝土 的碳 化速 度 比单纯 使 用 硅 酸盐 水 泥更 快。当使用比表面积更大的混合材料时 ， 混凝土的 收缩会 增 大 ， 易 导致 混 凝 土产 生 裂 纹 。骨料 选 用 5 2 5 m m连 续级配 碎石 和河砂 。减水 剂 选用 L E X 一 9 H 聚 羧 酸盐类 高性 能混凝 土减 水剂 。 3 混凝土配合 比设计研 究 3 1设计 要求 混凝 土强度 等 级 为 C 6 0， 混 凝 土配 合 比应通 过 试 验 确定 ， 水 泥用 量 应 3 5 0 k g m ， 并 且 2 ， 混凝 土 中各种 原 材 料 引入 的氯 离 子 总含量 不应超 过胶凝 材 料 总量 的 0 1 0 ， 同时 轨道 板 混凝土 中的氯 离子 含量不 得超过 0 3 0 k g m 。 设计 基 准 强 度 F 4 0 MP a ( 日方 试 件 、 龄 期 2 8 d ) ， 6 0 M P a ( 中方试 件 、 龄期 2 8 d ) 。 脱模强度 F 3 0 MP a ( 日方试件、 龄期 1 5 h ) ， 4 0 MP a ( 中方试件 、 龄期 1 5 h ) 。 粗骨 料最大 粒径 ： 2 5 c m。 3 2理论 配合 比计算 根据 日方对 混凝 土参数 的要求 以及 中国现行 混凝 土设 计法 则 ， 计算 理论 配合 比见表 4 。 表 4 理 论 配 合 比 3 3试 验室及 搅拌楼 各材料 计量 混凝土试验为准确检验配合 比的实际使用效果 ， 必须 同时进行 试验 室及 搅 拌站 的混 凝 土试 拌试 验 ， 以 此来确 定最终 的混凝 土配合 比。 J G J 5 5 -2 0 0 o普 通 混 凝 土 配 合 比 设 计 规 程 中规 定 ： “ 进行 混凝土 配合 比计 算 时 ， 其计 算 公式 和 有关 参 数 表格 中的数 值均 是 以干燥 状 态 骨料 为 基 准 。 ”而反 映实际混 凝 土水 胶 比的设 计 应 以饱 和面 干 骨 料 为 基 准。如果 不考虑 粗细 骨 料 的饱 和 面 干 吸水 率 ， 则混 凝 土 的实 际水 胶 比要 比计 算 的偏 小 ， 得 出 的混 凝 土强 度 自然偏 高 。 3 3 1 骨料 的含水状 态 骨料的含水状态一般可分为： 不含水分 的全干 状态； 含与大气湿度平衡的水分时的气干状态； 颗 粒表面干燥 ， 而颗粒内部的孔隙含水饱和面干状态； 颗 粒不仅 内部孔 隙充满 水 ， 表 面 还 吸附 了水 的润 湿状 态 。 含水 量是指 包含 在 骨 料 之 中 的全 部实 际 含水 量 ， 骨料 由烘 干状态 到 面干状 态时 的最大含 水率成 为吸水 量 ， 骨料 表面 附着 的水 分成 为表 面含水量 ， 使用 中经 常 2 0 1 0年第 1 期 武广铁路 客运专线 C R T S I型板式无砟轨道混凝土试验研究 1 6 1 测 定 的是 以烘 干重 量为 基础 的含 水率 以及饱 和面 干 吸 水 率 。 3 3 2 骨料 不 同含 水 率测试 方 法 区别 客运专线铁路采用 J G J 5 2 -2 0 0 6标准， 通行 的试 验方法 即为 测试粗 细 骨 料 的烘 干 重 量 的含 水率 ， 目前 大多数 搅拌 站采 取该种 方法 。 对 于特 殊构 造而 言 ， 可 以采 用 饱 和 面干 含 水 率 测 试 ， 试验方法参 考 水工混凝土砂、 石骨料试验规程 D L T 5 1 5 1 2 0 0 l ， 也 非常 方便 。 日本配 合 比设计 和施工 控制 通 常采用 饱 和面 干含 水 率 测 试 ， 试 验 方 法 参 考 J I S A1 1 1 1 ： 2 0 0 1和 J I S A1 1 2 5： 2 001。 3 3 3 本工程 采 用 日本技 术测 试 集 料 的饱 和 面干 含 水 率 试验 室试 验 时 ， 测 定 细集 料 表 面含 水 率 为 5 0 ； 粗集 料 表 面含水 率 为 0 7 。 搅拌 站试 拌 时 ， 测 定 细集 料 表 面含 水 率 为 7 2 ； 粗 集料 ( 51 0 mm) 为 1 0 3 ； 粗集 料 ( 1 0 2 5 m m) 为 1 6 3 。 试 验 室每 次拌 合 0 0 4 I 1 ， 搅 拌 站 1 m 。计 量 见 表 5、 表 6。 表 5试 验 室试 拌计 量 值 ( 0 0 4 m ) 3 4试拌 工作 性能及 强 度 试 验室试 拌 配合 比见表 7 。 据 表 7有 试验 室强 度水胶 比关 系见 图 2 。 搅 拌站试 拌 配合 比见表 8 。 据 表 8有 搅拌 站强 度水胶 比关系 如图 3 。 表 7试验室试拌工作性能及强度 70 2 8 0 2 9 0 3 0 0 3 1 0 3 2 0 3 30 3 40 水胶 比 图 2试验室轨道板强度 与水胶 比线性关 系 表 8 搅 拌站试拌配合 比 图 3 搅 拌站轨道板强度与水胶 比线性关系 3 5选 定 配 合 比 3 5 1 强度 选定 选取 强 度 变 异 系 数 为 1 1 ， 设 计 强 度 ： 4 4 0 MP a 鲁 越醺 鲫 如 加 2 B d 霞 l 6 2 铁道建筑 ( 日方试件 ) ， 6 6 0 MP a( 中方 试 件 ) ； 脱 模 强 度 ： 3 3 0 MP a( 日方试 件 ) ， 4 5 0 MP a( 中方试件 ) 。 3 5 2水 灰 比选 定 根据 强度灰 水 比关 系式 ， 反推 选 定 强度 时 所需 水 胶 比为 0 3 4 5 ， 选 定最 终水胶 比 0 3 4 。 3 5 3其 它参数 选定 根据当时集料、 外加剂性能， 结合前期试拌时工作 性 能来选 定 。 3 5 4 选定 的配合 比( 见表 9 ) 3 6配 合比试 拌的 确认 3 6 1 试 验 室试 拌 ( 见表 1 0 ) 3 6 2搅 拌站 试拌 ( 见表 1 1 ) 3 7 选定 配合 比试 拌工作 性能及 强度 3 7 1 新拌 混凝 土工作 性 能及 蒸汽养护 强度 ( 见 表 1 2) 表 9选 定 配 合 比 水胶 比 砂率 外加剂率 拌合水 水 泥 细集料 粗集料 G k g 外加剂 ( W C) ( S a) ( S P C) W k g C k g S k g 小 大 S P k g 注： 细集料的表面水率为 9 5 0 ； 粗集料的表面水率 ( 5 1 0 m m) 为 o 7 4 ， ( 1 0 2 5 m m) 为 o 8 4 。 表 l 2新拌混凝土工作性能及蒸汽养护强度 编 号 坍落 度 含气量 重度 氯含量 里 垦 mm ( k g m 3 ) 2 4 h 3 d 7 d 2 8 d 编号 中方 日方 中方 日方 中方 日方 中方H方 4 结 论 1 ) 根据 中 日双 方共 同的技 术 指标 要 求 ， 应用 中 国 本地 的原材 料 ， 对 日本 板 式无 砟 轨 道混 凝 土进行 了配 合 比设计 ， 在早 期力 学 性 能 以及 耐久 性 设 计进 行 了验 证 ， 其结果均为合格 。 2 ) 在轨道板的制造 中， 为了确保 脱模 强度， 有必 要选 择使用 强 度 发展 速 度 较 快 的早 强 型 硅 酸 盐 水 泥 P I I 5 2 5 R， 这样可以使模板 的周转率或生产效率提 高一倍 以上 。 3 ) 与铁路 耐久 性混 凝 土标 准 相 区别 的 是 ， 在轨 道 板 混凝 土配 合 比设 计 中没 有 使 用 矿物 掺合 料 ， 根 据 日 本 规 范进行 的验证 表 明 ， 轨道 板 混 凝 土 的耐 久性 设 计 为合格 ， 日本规 范 的耐 久 性设 计 方 法是 定 量 的性 能 验 证方法 ， 综合考虑结构物的设计使用年限 、 环境条件以 及 混凝 土材料 的特性 数值 进行 耐久性 验证 。 4 ) 在 轨道 板 生 产 过 程 中要 严 格 控 制 混 凝 土 的施 工 质量 ， 确保轨 道板 的使用 耐久 性能 。 参 考 文 献 1 中华人 民共和 国铁 道部 铁建设 2 0 0 5 1 5 7号铁 路 昆凝 土结构耐久性设计暂行规定 s 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 5 2 铁路综合技术研究所 日本铁路结构物等设计标准 同解说 混凝土结构物 R 东京 ： 铁路综合技术研究所 ， 2 0 0 4 ( 责任 审编 白敏华)