地铁CRTSⅢ型板机制砂自密实混凝土的制备与性能研究_赵少鹏.pdf

新型建筑材料2023020引言自密实混凝土施工技术在高速铁路 CRTS 型板式无砟轨道施工中已有成熟的施工工艺及经验，该结构由钢筋混凝土底座、隔离层、自密实混凝土层、预应力轨道板、扣件、钢轨等组成，这种结构可提高轨道的可维修性、可更换性，降低后期运营维护成本1。近年来，随着城市快速轨道交通的快速发展，自密实混凝土逐渐在城市轨道交通中展开应用，而目前优质的河砂资源日益紧缺，尤其是川渝及黔贵地区，机制砂自密实混凝土的制备显得尤为关键。针对机制砂自密实混凝土的配制，众多学者进行了研究。李北星等2通过聚羧酸盐减水剂与适量矿粉、膨胀剂三掺技术，在较低的胶凝材料用量（535 kg/m3）情况下，配制出工作性能及力学性能俱佳的自密实微膨胀混凝土。徐全等3研究了机制砂MB 值的临界值对于混凝土性能的影响，结果表明，当收稿日期：2022-07-19；修订日期：2022-12-09作者简介：赵少鹏，男，1990 年生，硕士，工程师，研究方向：高性能混凝土及混凝土外加剂的应用技术研究，E-mail：。地铁 CRTS 型板机制砂自密实混凝土的制备与性能研究赵少鹏1，王开杨2，陆加越1，王鑫1，何嘉琦1（1.江苏苏博特新材料股份有限公司，高性能土木工程材料国家重点实验室，江苏 南京211103；2.中交第二公路工程局有限公司，陕西 西安712000）摘要：将 CRTS 型板式无砟轨道自密实混凝土用于城市地铁轨道交通中，通过对机制砂自密实混凝土的配合比调整以及外加剂的优选，制备出综合成本低、自密实性能优良且外观密实度高的自密实混凝土。研究发现，采用 PCA-与 PCA-W 型聚羧酸减水剂按 11 质量比复合使用可明显改善机制砂混凝土的黏度及抗波动性。当降低混凝土黏度改性剂用量为 15 kg/m3后，通过调整胶凝材料总量为 540 kg/m3，同时复掺 0.1%引气剂与 0.02%的消泡剂，混凝土的含气量为 5.5%，扩展度为 665 mm，L 型仪填充比为0.95，机制砂自密实混凝土的工作性能及外观质量最佳。关键词：CRTS 型板；机制砂；自密实混凝土；外观质量中图分类号：TU528.04文献标识码：A文章编号：1001-702X（2023）02-0032-05Preparation and properties of self-compacting concrete made of machine-made sandfor subway CRTS plateZHAO Shaopeng1，WANG Kaiyang2，LU Jiayue1，WANG Xin1，HE Jiaqi1（1.State Key Laboratory of High Performance Civil Engineering Materials，Jiangsu SoBute New Materials Co.Ltd.，Nanjing 211103，China；2.CCCC Second Highway Engineering Bureau Limited，Xian 712000，China）Abstract：CRTS III slab ballastless track self-compacting concrete is used in urban metro rail transit.By adjusting the mixratio of mechanical sand self-compacting concrete and selecting the admixture，self-compacting concrete with low comprehensivecost，good self-compacting performance and high appearance compactness is prepared.It is found that，the composite application ofPCA-and PCA-W polycarboxylic acid water-reducing agents at 11 mass ratio can obviously improve the viscosity and anti-fluctuation of the machine sand concrete.After reducing the dosage of concrete viscosity modifier to 15 kg/m3，adjusting the totalamount of cementing material to 540 kg/m3，adding 0.1%air entraining agent and 0.02%defoamer at the same time，the gas contentof concrete is 5.5%，the expansion degree is 665 mm，and the filling ratio of L-shaped instrument is 0.95，mechanical sand self-compacting concrete has the best working and appearance quality.Key words：CRTS plate，machine-made sand，self-consolidating concrete，appearance quality中国科技核心期刊32NEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALS机制砂 MB 值大于 0.7 g/kg 时，随着 MB 值的增大，新拌混凝土的流动性下降较为明显。适量的石粉可以改善自密实混凝土的工作性能，但是石粉含量过多情况下会导致流动性不良、黏度不足4-6。孙海龙7研究了纳米 SiO2对机制砂自密实混凝土性能的影响，研究表明，纳米 SiO2可以提高浆体的屈服应力和塑性黏度，提升浆体稳定性。针对自密实混凝土的外观问题，徐海源等8从外加剂、脱模材料及配合比等方面分析了各因素对聚羧酸混凝土表观气泡的影响规律及改性方法，研究表明，聚羧酸减水剂的种类及含气量控制方式对混凝土外观质量影响较大。王方刚等9采用玻璃平板试验、净浆流动度和自密实混凝土工作性能等方法配制出了工作性能好且外观质量好的高铁 CRTS 型板自密实混凝土。本文针对城市轨道交通地铁 CRTS 型板自密实混凝土进行了配合比试验，针对川渝区域河砂资源匮乏的情况，主要采用机制砂作为细骨料。针对机制砂自密实混凝土的工作性能问题，首先优选降黏稳健型减水母液，并通过消泡剂与引气剂的复合使用，结合实体揭板试验，制备出了综合成本低、自密实性能优良且外观密实度高的自密实混凝土，为自密实混凝土应用于轨道交通无砟轨道提供参考。1试验1.1原材料（1）胶凝材料：重庆金隅冀东 P O42.5 水泥，比表面积345 m2/kg，标准稠度用水量 27%，28 d 抗压强度 49.0 MPa；珞电级粉煤灰，细度（45 m 筛筛余）9%，需水量比 94%；铁科院黏度改性剂，粉状，由无机材料、高分子有机材料和多种助剂复合而成，能够提高自密实混凝土的稳定性、黏聚性和保水性，符合 Q/CR596-2017 高速铁路 CRTS型板式密实混凝土 的要求；江苏苏博特新材料股份有限公司 HME-型膨胀剂，水泥胶砂 7 d 限制膨胀率3.010-4。（2）混凝土外加剂：江苏苏博特新材料股份有限公司的PCA-、PCA-及 PCA-W 三种聚羧酸减水剂，按 GB 80762008 混凝土外加剂 测得 3 种减水剂的主要物理性能如表 1所示；GYQ-型阴离子引气剂及 PXP-聚醚复合型消泡剂，由于混凝土中消泡剂与引气剂的使用量极少，将引气剂与消泡剂均稀释 100 倍后使用。表 13 种聚羧酸减水率的物理性能（3）粗骨料：516 mm 石灰石碎石，针片状含量 5%，压碎值 6.5%，粗骨料的颗粒级配如表 2 所示。表 2粗骨料的颗粒级配（4）细骨料：石灰石破碎整形机制砂，细度模数 2.9；河砂，细度模数 2.5，机制砂与河砂的颗粒级配如表 3 所示。表 3细集料的颗粒级配1.2试验方法1.2.1自密实混凝土的性能测试方法按 CECS 022004 自密实混凝土设计与施工指南 对新拌自密实混凝土进行扩展度、T500、L 型仪填充比等指标的测试。机制砂自密实混凝土的基准配合比参照高铁项目 CRTS自密实混凝土，如表 4 所示，减水剂掺量按占胶凝材料质量计。表 4C40 自密实混凝土的配合比1.2.2自密实混凝土的指标控制参照 TJ/GW 1122013 高速铁路 CRTS 型板式无砟轨道自密实混凝土暂行技术条件，配制的机制砂自密实混凝土需满足表 5 的技术指标才能进行实体灌注揭板试验。表 5自密实混凝土的技术指标1.2.3城市轨道 CRTS 型板自密实混凝土揭板外观试验城市轨道交通最高限速明显低于高铁，且轨道宽度存在差异，因此型板的长、宽、厚及曲面角度与常规的高铁存在明显差异，通常宽度更窄，而曲面高差更大，但是目前城市轨道交通的揭板试验仍然参照 TJ/GW 1122013 进行模板的安装、搅拌、灌注、养护及外观质量的评定，没有单独的评定标准。地铁CRTS 型板自密实混凝土采用中间孔单点灌注法灌注，待混凝土终凝之后进行灌注揭板试验（见图 1），观察自密实混凝土板的上表面外观情况。揭板试验主要对比引气剂以及引气剂与消泡剂复配后对混凝土板硬化后外观的影响。要求自密实混凝土板不得出现发泡层、泌水、填充不密实、裂减水剂种类成品固含量/%减水率/%含气量/%PCA-10223.3PCA-10203.7PCA-W10174.5筛孔尺寸/mm169.54.752.362.36累计筛余/%040.095.599.5100.04.752.361.180.600.300.150.075011.838.062.084.091.692.508.030.451.074.889.493.5机制砂河砂筛孔尺寸/mm累计筛余/%材料用量/（kg/m3）减水剂/%水泥 粉煤灰 膨胀剂黏度改性剂机制砂石水32013045308118111721.0T500/s含气量/%L 型仪填充比37360.9扩展度/mm6802 h 内扩展度损失/mm20赵少鹏，等：地铁 CRTS 型板机制砂自密实混凝土的制备与性能研究33新型建筑材料202302缝等问题，6 cm2气泡面积占比（按占表面积计）不得大于2%，不得出现面积大于 50 cm2的气泡。图 1城市轨道交通地铁 CRTS 型板灌注揭板试验2结果与分析2.1聚羧酸减水剂种类对机制砂自密实混凝土工作性能的影响高铁 CRTS 型板自密实混凝土的施工经验表明9-11，高稳健、低敏感聚羧酸减水剂对自密实混凝土的工作性能以及外观均起到至关重要的作用，因此在城市轨道交通 CRTS 型板机制砂自密实混凝土的配制中，聚羧酸母液的优选显得尤为关键。首先通过对现有 3 种聚羧酸母液的性能评价，对比聚羧酸母液对混凝土黏度及流速的影响，通过 T500与 L 型仪填充比同时进行表征，T500表征混凝土的流速，流速越快则混凝土的黏度越低，L 型仪填充比表征混凝土的填充性，数值越大表征混凝土的钢筋通过性能越强。另外，考虑到自密实混凝土在实际施工中会存在用水量或减水剂掺量波动，导致混凝土性能发生波动，甚至导致发泡层或填充性不足等问题出现，因此聚羧酸减水剂的抗波动性也是参考的主要指标。2.1.1聚羧酸减水剂对机制砂自密实混凝土工作性能的影响按表 4 的配合比，调整 3 种聚羧酸减水剂母液 PCA-、PCA-及 PCA-W 的掺量，控制混凝土的扩展度在 600680mm，对比减水剂母液对混凝土流速及钢筋通过性的影响，结果如表 6 所示。表 6减水剂母液对混凝土流速及钢筋通过性的影响由表 6 可见，控制混凝土的扩展度为 600680 mm 时，PCA-的掺量最低，为 2.0%