环境温度对充填层SCC工作性及施工质量关系的研究_祝建斌.pdf

科技与创新Science and Technology&Innovation902023 年 第 03 期文章编号：2095-6835（2023）03-0090-03环境温度对充填层 SCC 工作性及施工质量关系的研究祝建斌（鲁南高速铁路有限公司，山东 济南 250000）摘要：板式轨道充填层的施工质量与自密实混凝土（SCC）的工作性能密切相关。以某高铁板式轨道充填层 SCC 的现场施工参数为依据，探讨了施工过程中环境温度对 SCC 工作参数及施工质量的影响。结果表明，环境温度升高导致 SCC 坍落扩展度降低，扩展时间 T500、J 环高差和 L 型仪充填比增大，施工灌注时间延长，灌失败的风险增大。揭板检验表明，板面气泡数量及气泡面积随温度升高有一定减小，夏季，当环境温度为（302）时，有利于充填层 SCC 施工质量的控制，从而为充填层施工技术提供试验依据。关键词：温度；自密实混凝土；工作参数；施工质量中图分类号：U213文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.03.027自密实混凝土（Self-compacting Concrete，SCC）是中国高铁 CRTSIII 型板式轨道充填层的关键材料，其灌注质量直接影响轨道结构的服役水平和使用寿命1。由于自密实混凝土胶凝材料掺量大、砂率大、外加剂掺量高、容易受施工环境温度的影响，导致 SCC工作性能发生变化最终影响施工质量2。此外，由于铁路施工周期长，而 SCC相对于普通混凝土对环境温度、原材料较为敏感，为了提升 SCC 的耐久性、稳定性及保证施工质量，需对环境温度进行较好的控制3-4。SCC 工作性是评价其在施工性能的重要参数，它对早期填充密实和后期硬化都具有较大影响5。在施工现场，通常采用坍落扩展度、扩展时间 T500、J 环障碍高差和 L 型仪充填评价 SCC 的新拌工作性，并通过工艺性试验揭板检验施工质量。本文依托某高铁板式轨道充填层 SCC 的现场施工参数，对新拌充填层 SCC工作性参数、施工灌注参数和硬化后板面质量进行深入分析，并给出在不同环境条件下提高自密实混凝土施工质量的措施，从而为研究高质量的充填层施工技术提供相关理论和试验依据。1试验方案1.1原材料及配合比现场采用的水泥为普通硅酸盐水泥 P.O42.5，性能满足 GB175。粉煤灰为 F 类低钙灰，矿粉级别为 S95。黏度剂为 TK-SG 型，膨胀剂为 PZJ-II 型。聚羧酸高性能减水剂为液态、无杂质，固含量（乳液或涂料在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量百分数）为30.1%，减水率为 35%。拌和所用水为自来水。砂浆用的细骨料最大粒径为 4.75 mm，细度模数为 2.4。现场粗骨料碎石比为 55，压碎值为 8.6%，针片状颗粒的质量分数为 3%。现场试验配合比如表 1 所示，主要检测混凝土的如下工作性能：坍落扩展度、扩展时间 T500、J 环障碍高差、含气量和 L 型仪充填比。表 1自密实混凝土配合比（单位：kg/m3）水泥粉煤灰矿粉细骨料粗骨料减水剂黏改剂膨胀剂水33540808438437.4230451801.2试验方法1.2.1坍落扩展度和扩展时间 T500试验方法按照中国铁路总公司企业标准Q/CR 5962017高速铁路 CRTS III 型板式无砟轨道自密实混凝土。测定混凝土从提起坍落度筒开始至平均流淌直径达500 mm 所经历的时间 T500 和混凝土扩展后相互垂直的平均最终直径。自密实混凝土坍落扩展度的要求为小于等于 680 mm，T500 为 37 s，并要求混凝土不泌水。1.2.2J 环障碍高差J 环由 16 根直径 18 mm 的钢筋与环形钢圈焊接而成，下缘与 300 mm 刻度处重合。J 环障碍高差按式（1）计算：04321J4hhhhhBxxxx-+=）（1）Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 03 期91式（1）中：BJ为 J 环障碍高差，mm；hx1、hx2为J 环外边缘直径 x 线方向上两侧 J 环顶面至混凝土顶面的高度差，mm；hx3、hx4为 J 环外边缘直径 y 线方向上两侧 J 环顶面至混凝土顶面的高度差，mm。1.2.3L 型仪充填比将搅拌好的混凝土装入 L 型仪前槽，使混凝土与前槽顶面平齐。将混凝土静置 1 min 后，迅速提起 L型仪活动门，使混凝土在重力作用下流至后槽部分。L型仪充填比按式（2）计算：12HHPR=（2）式（2）中：PR 为 L 型仪充填比，无量纲；H1、H2分别为混凝土静止后，L 型仪前、后槽混凝土顶面高度。1.2.4板面质量统计首先对硬化后的自密实混凝土板面进行区域划分，对每一块板面质量进行拍照统计，并用直尺现场量取相对较大气泡的平均直径，粗略计算气泡占整块板面的面积比和统计面积超过 6 cm2的气泡个数。规范要求板面质量中最大气泡面积不宜大于 50 cm2或面积为 6 cm2及以上气泡的面积之和不宜超过板底面积的2%。试验方法和 T500 试验如图 1 所示。（a）坍落扩展度（b）J 环障碍高差试验（c）L 型仪充填装置（单位：mm）（d）揭板后板面气泡图 1试验方法和 T500 试验2试验结果与分析2.1环境温度对工作性参数的影响新拌自密实混凝土的工作性参数反映了混凝土在灌注成型前的流动性，该流动性与诸多因素有关，如粗骨料粒径分布、砂的级配细度、浆体黏度等。当混凝土浆体黏度过小时，浆体无法确保骨料均匀悬浮在体系中从而导致骨料下沉和浆体上浮，同时造成浆体内部包裹的气泡移动至表面层。同时，浆体黏度不足还会导致混凝土体系受到外界扰动时，浆体不能很好地包裹内部气泡而导致灌注前后气泡迅速上升至轨道板与自密实混凝土的粘结界面处。表 2 列出了 SCC 在不同环境温度下的工作性能和灌注参数。由表 2 可得，随着环境温度由 26.7 升高至 33.1，坍落扩展度逐渐减小，T500 逐渐增大。温度的升高还使 J 环高差有所降低，同时 L 仪充填比有所提高。由于灌注前 T500 的增大以及坍落扩展度的减小，灌注一整块板所需的时间随温度上升逐渐延长。当环境温度达到 33.1 时，L 型仪充填比降至 0.76，小于规范要求的 0.8。1 112 s 的灌注用时也说明此时混凝土已无法达到密实填充板腔所需要的流动性，说明温度过高对 SCC 浇灌产生不利影响。图 2 为温度对混凝土各项参数的影响。由图 2（a）、图 2（b）可以看出，扩展度与扩展时间 T500 以及 J 环差与 L 仪比均成反比例关系，即温度升高，扩展度减小而 T500 上升，J 环高差上升而 L 仪充填比下降。表 2自密实混凝土工作性参数和灌注参数序号坍落扩展度/mm扩展时间T500/s含气量/（%）J 环障碍高差/mmL 型仪充填比环境温度/16803.57.86.20.9626.726554.38.07.20.9229.136206.08.316.00.7831.746057.27.417.00.7633.1（a）扩展度和 T500（b）J 环高差和 L 仪比环境温度/环境温度/闸板科技与创新Science and Technology&Innovation922023 年 第 03 期（c）灌注用时图 2环境温度对自密实混凝土工作性参数和灌注参数的影响2.2环境温度对施工质量的影响图 3 为 SCC 的板面质量统计。（a）表面气泡与环境温度的关系（b）表面气泡占比与环境温度的关系图 3温度对自密实混凝土面积大于 6 cm2的气泡数量和面积占比的影响由图 3（a）和图 3（b）可知，当环境温度逐渐升高时，板面气泡数量和气泡面积占比逐渐减小；当环境温度分别为（302）左右时，板面气泡数量最少。通常而言，存在最合适的环境温度，使得某一配合比下的混凝土硬化后板面质量最优。当温度低于或高于最佳温度时，板面气泡数量及面积均有所上升。说明当施工时环境温度处于 2832 范围内时，揭板检验 SCC 表面的质量较好。3结论环境温度对板式轨道充填层 SCC 的工作性参数和施工质量有一定的影响。在夏季，随着环境温度升高，自密实混凝土的坍落扩展度减小，J 环高差增大，扩展度时间 T500 和 L 型仪充填比增大。随着环境温度升高，充填层自密实混凝土施工灌注时间延长，充填层板面气泡数量和气泡面积占比随环境温度升高逐渐减小。轨道板浇灌时环境温度处于2832 范围内对保障施工质量最为有利。参考文献：1陈艳丽，刘赫，龙广成，等.CRTS型板式轨道结构充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试方法及评价J.混凝土，2017（11）：145-148，153.2于连山，谢清泉，周官强，等.CRTS型板式轨道充填层自密实混凝土温度敏感性及对策J.铁道建筑技术，2019（6）：59-62，67.3吴长志.CRTS型板自密实混凝土配制及冬季施工质量控制要点分析 J.黑龙江交通科技，2020，43（12）：182-183.4童小飞，刘磊，王成启.CRTS型板自密实混凝土配制及施工关键技术研究J.混凝土与水泥制品，2020（2）：37-41.5顾晓彬，刘磊，高海浪，等.粉煤灰-矿粉胶凝体系对 CRTS型板自密实混凝土工作性影响机理研究J.混凝土与水泥制品，2019（2）：36-39.作者简介：祝建斌（1980），男，大学本科，高级工程师，鲁南高速铁路有限公司曲阜指挥部指挥长，研究方向为铁路建设管理和技术。（编辑：严丽琴）环境温度/1 2001 000环境温度/环境温度/2.01.61.20.80.40.0