杨远明
（中铁五局二公司）
【摘 要】高速铁路CRTSII型板式无砟轨道道岔区填充层自密实混凝土浇筑现有工艺采用无压力浇筑的工艺方法。浇筑过程中混凝土坍落扩展度很大，混凝土处于浆骨料即将分离的边沿。浇筑完成后需要舀浆，去掉溢出的浮浆，浇筑施工质量较难控制。本文针对现行道岔板自密实混凝土配制及浇筑工艺中存在的问题展开研究，从沪昆高铁江西段的工程实际出发，提出了侧面半封闭加压法浇筑道岔板自密实混凝土的施工工艺方法以及配套的自密实混凝土性能要求和配制方法。通过使用新材料配制的自密实混凝土在道岔板填充层施工中实现了全断面流动，有效防止了在老的工艺中经常出现的浮浆、松软层以及工艺性气泡的问题。文章通过现场揭板试验研究了道岔区自密实混凝土填充层施工的最佳工艺条件和对自密实混凝土的性能要求；研究了自密实混凝土的工作性能和浇筑工艺与工艺性气泡的关系；为CRTS II型板式无砟轨道道岔区自密实混凝土浇筑施工提出了一种新的工艺方法，提高了道岔区自密实混凝土施工效率和工程质量。
【关键词】高铁无砟轨道；自密实混凝土；全断面流动；浮浆；松软层
高速铁路CRTS II型板式无砟轨道道岔是高速铁路不可缺少的线路设备，是高速铁路轨道的一个重要组成部分，也是高速铁路核心建造技术之一。工程质量直接决定高速铁路的安全性、舒适性和耐久性。
高速铁路各型板式无砟轨道有一个共同的施工工艺特点，就是首先对位于下部的底座混凝土进行浇筑，再安装事先预制的钢筋混凝土轨道板并对其进行精调，使轨道板方向及水平尺寸符合铺轨时的精度要求。之后需要用合适的材料将精调以后在上部的轨道板与下部的底座之间所形成的空间进行填充，将轨道板进行固定。这个填充层将要起到支撑上部结构重量，保持结构安装的几何尺寸稳定，传递列车运行的冲击力的作用。CRTS I型和CRTS II型板式无砟轨道的线路区域使用均改性沥青砂浆进行填充，区别在于两者所使用的改性沥青砂浆的弹性模量不同。而CRTS III型板式无砟轨道的填充层和使用高弹性模量的CRTS II型板式无砟轨道道岔区的填充层均使用自密实混凝土进行填充。
沪昆高速铁路所采用的CRTS II型板式无砟轨道是引进德国的高铁技术，该型无砟轨道在一般地段上使用高弹性模量的改性沥青砂浆作为填充层，而在道岔区使用自密实混凝土作为填充层。
自密实混凝土是具有高流动性、高的间隙通过性和抗离析性，浇筑时依靠其自重作用而无需振捣便能均匀密实成型的高性能混凝土。沪昆高铁CRTS II型无砟轨道道岔岔区底座设计为 C40 混凝土浇筑而成，位于中间的填充层，按照设计也使用C40的自密实混凝土，在对轨道板精调以后进行填充浇筑。
CRTS II型无砟轨道道岔结构从下至上分为：道岔板路基垫层、道岔底座自密实混凝土填充层、道岔板等三层混凝土结构；其道岔填充层为钢筋混凝土结构，采用流动性能良好的自密实混凝土灌注施工。单块面积最大的底座长5.60m、宽2.89m。
CRTS II型板式无砟轨道道岔底座填充层自密实混凝土灌注施工工艺为从宽度方向（结构设计限制）一端通过集料斗/罐车+溜槽的方式一次灌注完成，因而底座具有板腔小、钢筋密集、浇筑时自密实混凝土流动距离长等施工难点和特点。如何配制出性能良好的自密实混凝土，以及现场合理的控制自密实混凝土坍落扩展度是本道岔系统填充层自密实混凝土施工的关键。
一、高铁无砟轨道自密实混凝土性能特点
高速铁路CRTS II型无砟轨道道岔区自密实混凝土使用场合为封闭式体系中，气泡无法排出; 多余浆体也无法排出。位于填充层底部的柔性土工布，增加了自密实混凝土的流动摩擦力，要求配置的自密实混凝土要具有极好的流动性。
道岔区自密实混凝土浇筑中受到多重阻碍( 门型钢筋、限位凹槽、钢筋网片等)，这些阻碍增加了自密实混凝土的流动阻力; 也增加了自密实混凝土离析的可能; 也增加了骨料堵塞的可能。
原材料控制难度大; 运输距离长，要求混凝土具有足够的坍落扩展度保持能力; 受气候、环境温度影响大。
自密实混凝土灌注方式为自由流动，单点浇筑。而且自密实混凝土必须一次灌注到位，出现问题无补救措施。在性能上自密实混凝土必须具备足够的自充填、自密实功能。
铁路线状结构分布与自密实混凝土原材料敏感性之间存在明显矛盾。不同地域原材料性能差异很大。铁路混凝土用原材料必须就地取材是制约铁路混凝土配制最为关键的因素。另外，与常规振捣混凝土相比，自密实混凝土具有显著的原材料敏感性，这就要求高速铁路自密实混凝土原材料必须相对稳定和固定。 搅拌站分布分散与自密实混凝土工作性能经时损失大之间存在大的矛盾。高速铁路混凝土搅拌站多是沿铁路线分布，主要 配制 C30 － C50 的现浇混凝土和 C15 的水硬性支承层材料。在铁路沿线还会专门为轨道板厂、轨枕厂和预 制梁厂设置一些专用搅拌站。而自密实混凝土是以高工作性能为特征，并且这些高工作性能是以浇注现场的评价指标为准，并不是在搅拌站内的测试结果，有时自密实混凝土的运输距离较长，运输时间就会超过2 个小时，夏季施工气温较高，南方地区常常超过35℃。高温加快了水泥的水化，自密实混凝土的工作性能的保持成为了主要的难题。这些问题对自密实混凝土工作性能的保持提出了很高的要求。
综上所诉，高铁无砟轨道自密实混凝土具有高粉体用量、低水胶比、低骨料用量、高砂率的配合比特征以及自密实混凝土高流动性决定了自密实混凝土的敏感性特点，主要表现为对原材料的敏感性、对温度的敏感性以及对于时间的敏感性等等。以下我们分别研究这些敏感性问题及其解决办法。
1、自密实混凝土对原材料的敏感性问题。
原材料敏感性是指与传统振捣混凝土相比，自密实混凝土的性能尤其是拌合物工作性能受原材料性能波动影响较大。原材料波动包括两个方面:一是不同批次原材料的稳定性，二是同一批次原材料不同部位材料之间的均质性。针对不同批次原材料，应控制不同批次原材料的性质指标的波动在一定范围内。第二种情况多发生在骨料中，骨料堆放的不同部位的细颗粒含量与含水率均在不断随时间发生变化。因此要求在自密实混凝土拌合生产中，必须要正确测定骨料的含水率，以正确的工艺过程和管理措施来给以保证。
自密实混凝土坍落扩展度损失是影响自密实混凝土灌注施工的关键因素，原材料质量对自密实混凝土坍落扩展度损失影响比较大，除了有质量优良的聚羧酸高性能减水剂及水泥、粉煤灰等原材料质量满足标准要求且质量稳定外，粗细骨料的含泥量对混凝土坍落扩展度损失影响较大；有试验结果表明，当细骨料含泥量超过2%时，自密实混凝土坍落扩展度损失加剧，为了有效抑制自密实坍落扩展度损失，宜选用含泥量小于1.0%的河砂以及洁净的水洗碎石。
2、自密实混凝土对于的温度敏感性问题。
温度敏感性是指自密实混凝土拌合物工作性能随温度变化波动幅度大。自密实混凝土的核心是其拌合物的自密实性能，由于自密实混凝土中胶凝材料用量较大，当环境温度较高或者原材料的温度较高时，会加快水泥的水化，自密实混凝土工作性能也将随着温度的提高而损失加快。通常解决的方法为使用缓凝减水剂，控制和延缓水泥的水化，解决温度敏感性问题。
3、自密实混凝土工作性能对于时间的敏感性问题。
时间敏感性是指自密实混凝土拌和物工作性能随时间的非线性变化。对于自密实混凝土而言，材料性能和施工效果都是靠自密实混凝土自身工作性能来实现。要解决自密实混凝土时间敏感性和温度敏感性问题，保证在高温下自密实混凝土自生产出来到浇筑完成的合理时间内保持工作性能稳定不变，满足自密实混凝土全断面流动排气和流动性能、填充性能的要求，并在合理的加固强度下不使轨道板上浮。这些性能要求，必须要研制和使用新的材料才可能给以满足。通常使用的新材料有两种类型：一种为在水泥混凝土高碱性的液相环境中，能够缓慢释放减水分散有效成分的系列化保坍组分，持续为自密实混凝土补充因水泥水化而消耗掉的减水分散有效成分，实现对于自密实混凝土的持续分散，从而保持自密实混凝土工作性能随时间保持不变，解决自密实混凝土对于时间的敏感性问题
二、浇筑工艺对于自密实混凝土施工质量和性能的要求
1、无压力自密实浇筑工艺
通常的自密实混凝土的浇筑工艺采用的是单侧无压力自流浇筑施工。该工艺方法由于无压力的原因，自密实混凝土从一侧流动到布满整个道岔板需要极大的扩展度，常常要求扩展度到700——750毫米；这样的自密实混凝土的保水性已经很差，工作性能处于浆骨料即将分离的边沿状况，极易发生浆骨料分离的问题。所以，该工艺规定了一个舀浆的工艺工程：在自密实混凝土自流浇筑充满整个填充空间以后，还要继续浇筑到浮浆层达到一定的高度再停止浇筑，在自密实混凝土接近初凝以后，由人工进行舀浆作业，去掉浮浆后再进行抹面。很难保证轨道板底部与自密实混凝土的界面上的浮浆彻底排除，浇筑效果较难得到保证。
该工艺方法还存在另外一个问题：自密实混凝土填充层随着浇筑的进行，混凝土顶层面基本上同步上升，直到布满整个填充空间，没有明显的驱赶空气的过程。易于在填充层和上部的轨道板底部的结合面上形成所谓的工艺性气泡，影响粘结强度，从而影响到结构的耐久性。
有没有更好的工艺方法来解决这个道岔区自密实混凝土填充层施工所存在的问题呢？当然，那就是在CRTSIII型板式无砟轨道填充层自密实混凝土施工工艺中得到广泛应用的加压式浇筑工艺。
2、加压式自密实混凝土浇筑工艺
具有国内自主知识产权的高铁CRTS III型板式无砟轨道的填充层也使用自密实混凝土进行填充，与CRTS II型道岔板填充层的施工有一些共同点。在CRTS III型板式无砟轨道自密实混凝土填充层施工中的经验应该对于CRTS II型道岔区的自密实混凝土的施工工艺的改进有所帮助。
CRTS III型板式无砟轨道填充层自密实混凝土施工采用加压浇筑施工的工艺方法，从位于轨道板中部的浇筑孔中进行浇筑，在轨道板的四周预留有排气孔，轨道板的靠近两端的地方还留有两个观察孔，便于观察自密实混凝土的状态。
CRTS III型板式无砟轨道自密实混凝土的浇筑要求：均匀布满整个填充空间，与上层轨道板底部粘结良好，不能够出现离缝的质量问题。由于采用加压浇筑，轨道板的扣压加固的力必须要足够克服自密实混凝土浇筑时产生的浮力，以防轨道板上浮，影响结构尺寸。CRTS II型道岔区自密实混凝土如果也采用加压浇筑的工艺方法，对于自密实混凝土的要求与CRTS III型板式无砟轨道自密实混凝土相同。
三、轨道板或道岔板填充层浇筑对于自密实混凝土性能的要求
1、对于自密实混凝土性能的要求
由填充层自密实混凝土在板式轨道中的理想流态分布状态可知,填充层自密实混凝土沿轨道板下空间推进，在较大的阻力下(土工布阻力上流动)穿越板底钢筋间隙，而将轨道板下的狭长空间均匀而密实的填充满，要保证轨道板底部空腔中的填充密实效果以及界面处无有害气泡，填充层自密实混凝土需在板底空间理想流态分布形成全断面式的流动状态。不同灌注方式下，填充层自密实混凝土在轨道板底空间的流动模型如下图所示:
液面逐步上升的浇筑方式自密实混凝土流动阻力小,虽然易于灌注,但揭板试验发现板底空间空气难于排净,在界面上形成工艺性气泡；全断面流动的自密实混凝土流动阻力较大，其全断面式的流动推进容易将空气排出，但如果控制不好，其灌注压力太大，则难于将板底空间填充饱满，并易于使轨道板或道岔板上浮。对比两种流动模型可知，自密实混凝土浇筑的难易与自密实混凝土流动面与底面夹角相关。如下图所示:
由图3分析可知，流动夹角越大，流动阻力越大，虽然容易形成全断面式流动，容易将气泡排出，但会使灌注压力增大，难以将整个轨道板板底空间灌注饱满和易于使轨道板上浮。夹角越小，流动阻力越小，虽然易于将整个轨道板板底空间填充饱满，但越难以形成全断面式流动，易于出现浮浆、松软层和工艺性气泡。
多次揭板试验的结果表明，夹角α最佳范围为20度一30度之间。而其不仅与灌注工艺相关，最为重要的是与填充层自密实混凝土的流变性能息息相关。要保证流动角度在20——30度之间，必须要保证表征自密实混凝土工作性能的坍落扩展度指标保持在660毫米——690毫米之间，T500时间保持在3——6秒之间。
2、评价自密实混凝土性能的理论基础：自密实混凝土的流变学机理
流变学是研究实际材料在外力作用下产生的应变和应力,以及与时间因素有关的流变状态。混凝土是一种由胶凝材料、水、外加剂以及粗、细骨料按适当的比例配合、拌制而成的拌合物，经过一段时间硬化而成的具有所需形状、力学性能及耐久性的复合材料。新拌混凝土是一种具有弹、粘、塑性的流体材料。其性能随着水泥水化的进行而不断演变。当其从粘塑性为主的状态逐渐进入以粘弹性为主的状态时称之为硬化混凝土。平时见到的混凝土建筑为其硬化混凝土阶段。自密实混凝土突出了新拌混凝土流变性能，其具有胶凝材料用量大、砂率较高以及使用高性能减水剂等特点。自密实混凝土流变学的基本模型和规律对于研究充填层自密实混凝土拌和物流变性特性来满足板式轨道灌注施工性能要求十分重要。
掌握新拌自密实混凝土复杂的工作性能，必须从 自密实混凝土流变学机理和模型入手。只有这样才能较好揭示自密实混凝土中各成分的相互作用以及新拌自密实混凝土工作性能的机理，从而建立自密实混凝土拌合物的流变性能与实际工程应用中工作性参数的关系曲线或者关系式，实现现场施工控制与应用。
自密实混凝土流变模型研究
国外的材料专家在研究水泥混凝土的流变特性时提出了宾汉姆模型，该模型为由塑性元件与粘性元件并联后，再与弹性元件串联而成的流变模型。可以用屈服应力和塑性黏度这两个参数来表征材料的性质，这 2 个参数满足式（1）。
τ=τ0+μp（θγv/θt） （1）
式中： τ0———屈服应力，指流体流动之初的内摩擦力；
μp———塑性黏度；
θγv/θt———速度梯度或速度指数；
当 τ<τ0 时，物体为固态；仅发生弹性变形 ；
当 τ>τ0 时，材料结构被破坏而进入液态，按照牛顿黏性体规律连续流动，而且这种流动与（τ-τ0）有关系： τ-τ0=μp（θγv/θt）， θγv/θt 为黏液流动瞬时变形，由于总变形 γ=γe+γv 中， γe 为常数，故可得到式（1）。 而进入 τ>τ0 的黏性流动过程后，当 τ<τ0，则物体又迅速形成新的固态，所以，在施工的过程中（搅拌、运输、泵送、浇筑 等），施加于新拌自密实混凝土的外力须大于 τ0 与 μp（θγv/θt）之和。
从以上研究分析可以看出：该模型所描述的物体的流变特性是：当外力未达到屈服值之前，表现出弹性固体的性质，没有流动性。只有在外力超过屈服值之后，才具有液体的性质，产生流动。
由以上新拌自密实混凝土的流变学分析可知：根据采用宾汉姆体模型来描述的新拌填充层自密实混凝土流变学特性，填充层自密实混凝土为仅依靠自重进行填充轨道板狭窄空间并形成均匀密实的硬化体，这要求其具有尽可能低的屈服应力τ0，以保证拌和物在较高流动阻力的情况下具有高的流动能力，将轨道板填充饱满；同时,拌合物还应具有适当的塑性粘度系数μp，以保证在穿越钢筋填充轨道空间容易形成全断面式流动以及流动过程中保持混凝土拌和物的均质性。
如何保证自密实混凝土具有较低的屈服应力τ0和适当的塑性粘度系数μp以及这些参数在合理的浇筑时间内的稳定性就是我们研究自密实混凝土浇筑工艺所要研究的主要内容。
四、保证道岔区自密实混凝土浇筑的技术措施和方法
使用新材料和新的工艺是保证道岔区自密实混凝土浇筑质量的关键。而借鉴我局在CRTSIII型板式无砟轨道自密实混凝土施工中的成功经验，是一个有效途径。这些经验主要是：
1）使用我局的发明专利：《自密实混凝土专用减水剂》实现高温下自密实混凝土工作性能的长时间稳定保持。
2）使用我局的另一个发明专利：自密实混凝土专用粘度改性材料，增加自密实混凝土的保水性和黏聚性，实现消除界面上的有害气泡，消除浮浆和松软层的目标。
3）采用加压式浇筑工艺，实现自密实混凝土的全断面流动，消除工艺性气泡，增加自密实混凝土与道岔板之间的粘结强度，防止产生离缝的病害。
1、使用《自密实混凝土专用减水剂》实现高温下工作性能长时间稳定保持。
《高速铁路无砟轨道自密实混凝土专用减水剂》是我局科技人员针对自密实混凝土工作性能在高温下需要长时间保持的性能需要而开发的国家发明专利，2012年获得专利受理，2014年获得发明专利授权。
根据对于自密实混凝土的研究成果和施工实践证明，要取得最佳的浇筑效果，消除自密实混凝土表面的所谓工艺性气泡，自密实混凝土浇筑时的坍落扩展度需要保持在660×690毫米之间，T50时间在3-6秒之间，这时的自密实混凝土具有合适的粘聚性，能够在一定的灌注高度的情况下，在自身重力和底部的土工布的阻力作用下，首先充满灌注孔的垂直空间全断面逐步向四周推进，使这个密闭空间的空气最终被流动的自密实混凝土由设置在轨道板端部的四个排气孔排出。要达到这样的浇筑效果，关键是要将浇筑时的自密实混凝土的坍落扩展度保持在660×690毫米之间，T50时间保持在3-6秒之间这个范围内。
自密实混凝土从拌合站生产出来以后，由混凝土罐车运输到施工现场再转移到浇筑料斗中进行灌注施工，这个过程需要一定的时间。这个时间受拌合站的分布、交通状况、道路情况和施工组织条件的影响，长短不一。从当前的施工情况来看，目前使用的技术，自密实混凝土的坍落扩展度在这个时间段内是随时间而减小的。大多数工地为了浇筑时自密实混凝土坍落扩展度达到要求，采用了较大的出机坍落扩展度的技术手段。就是这样，满足施工要求的坍落扩展度的保持时间仍然难以超过90分钟。有些工地还需要进行混凝土泵送，进一步造成坍落扩展度的损失，使这个矛盾更加突出。
怎样解决这个问题，一直是摆在研究机构和施工单位面前的一个行业性难题。在没有好的解决办法之前，施工单位采用了加大出机坍落扩展度、现场添加减水剂、减少混凝土罐车每次运输的自密实混凝土数量等方法。这些方法均存在较大的问题。
在没有该项发明专利之前，采用加大出机坍落扩展度是现场最常用的方法；这种方法最初的混凝土状况是不适于进行浇筑施工的，需要经过一定的时间以后，坍落扩展度损失到符合施工条件再进行施工。对于这个时间判断完全是凭借经验，施工现场的情况是不断变化的。道路交通情况、施工组织情况均处于动态之中，施工的相互干扰也时有发生。这些情况使得到达工地的自密实混凝土的状况处于不确定之中，常常出现坍落扩展度不是过大，尚没有达到浇筑条件或是过小，已经不能够浇筑。现场如控制管理不到位，就极易出现浇筑质量失控的情况。
在自密实混凝土的坍落扩展度过大的情况下进行浇筑，混凝土的流动性过大，在土工布的阻力和自密实混凝土自身重力的共同作用下不能够首先充满灌注孔附近的垂直空间，而是快速流动到周边，自密实混凝土的垂直高度逐步上升，直至充满整个密闭空间；这样所带来的问题是：不光自密实混凝土的表面易于出现气泡、浮浆、软弱层，还易于封闭大量的空气，形成大片的所谓工艺性气泡，造成工程质量问题。
现场添加减水剂也是在不能够很好解决坍落扩展度损失之前工地现场常用的方法之一；与加大出机坍落扩展度的方法不同的是，这种方法是作为一种合法的方法被相关规范、标准所接受。在没有其他更好的方法之前，也不失为一种解决问题的方法。所带来的问题实际上是技术管理上的难度问题。首先是正确判断自密实混凝土的当前状态和数量，在此基础之上确定补加减水剂的量。这个工作是有相当难度的。要求现场相关人员要有高度的责任心和技术素质，对于人的要求极高，极难作为一个正常的技术手段被现场所正常应用。另外，使用这样方法，自密实混凝土实际上在浇筑之前其状态不稳定，处于人为的动态过程中，给工程施工质量带来一系列的不确定性。
减少混凝土罐车每次运输的自密实混凝土数量的方法被作为解决自密实混凝土坍落扩展度损失快的常规方法。除个别项目以外，基本上为当前施工现场所广泛采用，并被写入了规范，被强制推广。这样所带来的问题是：降低了施工效率，增加了运输的成本；增加了自密实混凝土的浪费，加大了施工的成本。
满载的混凝土罐车可以装载自密实混凝土9-12立方米，可以浇筑6-8块板。由于没有解决自密实混凝土的坍落扩展度的损失问题，每次只运输4-6立方米的混凝土，只能够浇筑3-4块板。由于CRTS Ⅲ型无砟轨道填充层自密实混凝土浇筑的特殊性，要求一次性填充满整个密闭空间。为了满足现场检测和防止灌不满须预留一定的混凝土方量。这些多余出来的自密实混凝土在浇筑完成以后，是需要倒掉的，不能够在其中继续添加新自密实混凝土而得到使用。因此，每车均要出现部分自密实混凝土被倒掉的情况，而造成降低施工效率，增加运输成本；加大自密实混凝土的浪费，加大施工的成本情况出现。
理想的无砟轨道填充层自密实混凝土在浇筑前的状态是要在从其出机开始的180分钟到210分钟的时间段内，保持670±20毫米的坍落扩展度不变，就是在环境温度达到35℃以上的情况下，也能够做到，以满足任何情况下施工的要求。达到这样的目标，将可以解决上述因为自密实混凝土坍落扩展度损失快所带来的所有问题。
以往由减水剂厂家在减水剂中使用缓凝剂的方法来控制混凝土的坍落度损失也收到了一定的效果，在一般的混凝土施工中得到了广泛的应用。这种控制水泥水化来达到控制混凝土坍落度损失的方法在被应用到无砟轨道填充层自密实混凝土上时，却遇到了困难。因为对于自密实混凝土的坍落扩展度的高温下保持时间较长的要求，使得常规的方法难以解决问题。使用缓凝剂使混凝土的凝结时间已经超过24小时，坍落扩展度的损失仍然不能够满足现场的要求。
该自密实混凝土专用减水剂中含有能够缓慢释放减水分散有效成分的保坍组分。这些保坍组分由释放速度不同的几种保坍剂组成；它们与减水剂之间的合理配伍，可以弥补水泥水化中消耗掉的减水分散有效成分，从而保持自密实混凝土的工作性能稳定。
该系列保坍剂在掺到混凝土中的初期并无减水作用或减水作用较不明显，其分子在混凝土的碱性环境下发生水解，造成高分子聚合物分子断链，断链以后的产物即为减水分散的有效成分，被水泥颗粒定向吸附以后，产生对于水泥颗粒的分散效果。由于分子的断链是逐步发生的，水解的速度也可以通过合成时用工艺、配方对于合成的高分子聚合物分子结构的设计得到控制。加入到混凝土中以后，逐步水解释放出减水分散的有效成分，可以补充水泥液相中由于水泥水化而消耗掉的减水分散有效分子，使混凝土液相中的减水分散有效分子的浓度得到维持。由于保坍剂在水泥液相中的水解释放特性曲线与减水剂在水泥液相中的被水泥水化消耗掉的消耗特性曲线实现了互补，而保持住了混凝土液相中的减水剂有效分子浓度，也就保持住了对于水泥颗粒的分散性，使得混凝土的坍落度的损失得到有效的控制。
2、应用我局的另一个发明专利：自密实混凝土专用粘度改性材料。实现增加自密实混凝土的保水性和抗离析性能，消除搅拌中产生的可见气泡，增加自密实混凝土的黏聚性。该专利于2012年受理，2015年获得国家发明专利授权。
无砟轨道的自密实混凝土填充层属于封闭灌注，要求灌注以后的自密实混凝土表面与上层的轨道板之间粘结密贴，界面上不能够出现浮浆和松软层；灌注时，需要自密实混凝土形成合适的流动角，在首先充满灌注孔之下的垂直空间后以合适的流动角向四周全断面流动，将封闭空间里的空气从设在轨道板四周的排气孔排出。要达到这样的目标，自密实混凝土除了要具有良好的工作状态稳定性、高的流动性和可填充性以外，还必须要拥有良好的保水性，还要具有一定的粘聚性。
我们知道，通过搅拌以后，混凝土里会产生很多的气泡。气泡的直径有大有小。一定量的肉眼不可见的微小气泡在混凝土中为有益的气泡，可以增加混凝土的和易性，提高混凝土的保水性。还可以阻断混凝土中的毛细孔，增加混凝土的抗渗性。还可以提供膨胀空间，提高混凝土的抗冻融循环的性能。还可以提高混凝土表面的耐磨性能等等，可谓优点多多。而较大的气泡在混凝土中为有害气泡。因为这些有害气泡的存在，会影响混凝土的均匀性，降低抗折抗压强度。影响混凝土的表面质量等等。
在一般的混凝土里，搅拌产生的有害气泡可以通过浇筑以后的振捣而排出，而在密闭空间浇筑自密实混凝土是没有振捣条件的，就是振捣以后，混凝土中的气泡也会浮起到界面层，严重影响到混凝土的界面效果，影响到自密实混凝土与上层的轨道板的粘结强度，容易造成自密实混凝土的离缝的质量问题。因此气泡浮起到自密实混凝土的表面是工程质量要求所不允许的。在工程正式开始之前，均要实施多次的揭板试验，并要甲方、监理方、咨询方、施工方共同见证和验收，可见业主对于界面质量的重视程度。
怎样解决这个问题？我局科技人员通过努力，研制出来一种粘度改性材料。通过混凝土试验和在成绵乐客专、沈丹客专施工的实践证明：这种材料对于解决密闭空间浇筑自密实混凝土在上部界面易于出现气泡和松软层的问题有显著效果。试验发现，这种粘度改性材料加入到混凝土中以后，自密实混凝土出机在坍落扩展度达到700毫米的情况下，也没有肉眼可以见到的气泡溢出，并且自密实混凝土不易出现泌水，和易性得到提高，在好的浇筑工艺的配合下，揭板试验显示自密实混凝土表面质量良好，较好的解决了在高的坍落扩展度之下因为气泡溢出而造成自密实混凝土出现表面浮浆、松软层的问题。
这种粘度改性材料的工程应用效果良好，极大的改善了自密实混凝土的和易性。在混凝土试验中我们发现，不掺粘度改性材料的自密实混凝土在搅拌出机以后，会有较多的气泡浮出。检测混凝土的含气量较低。在其它条件不变，加掺一定量的粘度改性材料以后，自密实混凝土搅拌出机后，完全没有了表面浮出的气泡。自密实混凝土也变得不容易泌水，保水性明显增强。证明了这种粘度改性材料的有效性。经检测，自密实混凝土的含气量与不掺粘度改性材料时提高了很多。说明这种粘度改性材料具有一定的引气作用。
通过对于这种粘度改性材料的成份构成的研究，发现其成分主要为混凝土的增稠剂。分析其工作原理，主要是通过增加自密实混凝土浆体的液相粘度来阻止气泡的浮出而达到消除表面气泡的的目的。
通过进一步的研究，还发现，这种粘度改性材料的作用效果与自密实混凝土的含气量存在联系。随着粘度改性材料掺量的增加，抑制浮出到混凝土表面气泡的能力就越强，混凝土的含气量也随着增加。说明这种粘度改性材料具有一定的表面活性作用。经混凝土试验发现，引起混凝土含气量增加的成份为硅酸铝镁。这也从一个侧面证明了很多含镁的化合物掺到混凝土中均有一定的引气作用。
我们认为：粘度改性材料的作用原理除了增加自密实混凝土浆体的液相粘度以外，引入的大量微小气泡也对较大气泡的浮出起到了极好的阻止作用。在混凝土试验中，当我们人为地降低自密实混凝土的含气量到3.5%以下时，这种粘度改性材料抑制表面气泡的能力就下降很多。
这种粘度改性材料对于混凝土的和易性的改善效果是明显的，几种有效物质在其中所起的作用有着微妙的不同，相互之间掺量的变化，可以带来自密实混凝土性能的相应改变。通过应用这种粘度改性材料。极大的改善了自密实混凝土的和易性和均匀性，保证了道岔区自密实混凝土的性能符合要求。
3、采用加压浇筑的工艺方法，保证自密实混凝土浇筑质量
此道岔区自密实混凝土通常的浇注方法为无压力自流平浇筑工艺方法。这种工艺方法自密实混凝土的坍落扩展度极大。前面说过，处于离析泌水的边沿，状态极难控制。舀浆的工艺过程易于造成对于环境的破坏。因，我们在解决了自密实混凝土的工作性能长时间保持和和易性、保水性问题以后，在沪昆高铁江西段的道岔板填充层施工中，采用了半封闭加压浇筑自密实混凝土的新工艺。收到了很好的效果。
所谓半封闭加压浇筑，就是将道岔板自密实混凝土浇筑一侧以及两端的一半封闭，安装浇筑料斗，控制料斗的高度以控制浇筑压力。自密实混凝土利用自身的重力以全断面流动的状态由位于一侧的浇筑口向四周流动，排除空气，最后充满整个灌注空间的浇筑工艺方法。
这种加压浇筑的工艺方法，可以通过控制自密实混凝土的工作状态，达到满足自密实混凝土全断面流动的要求。能够较好的排除填充层里的空气，防止工艺性气泡的产生，最终的浇筑效果较好。这种工艺的关键点在于：
1、控制好自密实混凝土的和易性，使其在具有良好黏聚性的情况下，具有良好保水性和流动性。
2、控制好自密实混凝土的坍落扩展度损失，使其在浇筑时工作性能保持在660毫米——690毫米稳定不变。
3、控制好自密实混凝土的浇筑压力，使其与道岔板的加固强度相匹配，防止道岔板浮起。
五、优化配合比，控制好出机自密实混凝土性能。
有了好的材料和施工方案，进一步的工作就是做好自密实混凝土试验，控制好自密实混凝土的工作性能。以及做好工地现场道岔板的加固工作，防止浇筑时道岔板浮起，造成浇筑失败。
在自密实混凝土的试验工作中，我们采用了多种测试自密实混凝土工作性能的方法。主要的测试方法有一下几种：
1、坍落度筒试验：
坍落度筒试验通常测试两个参数：坍落扩展度和 T500时间；这两项指标代表新拌自密实混凝土的流动性。 T500 时间为 2~6 s为好，而坍落扩展度取 660~690 mm。
2、J 环试验：
J 环试验是在一个直径为 300 的圆环上垂直焊接若干圆钢筋，圆钢间距为（48±2）mm 或粗骨料最大粒径的 3倍。 试验时将 J 环套在坍落度筒外，和坍落度试验一样，让自密实混凝土拌合物流出环，最后测试环内外高差和扩展度。内外高差首先反映了受阻滞的拌合物的体积百分比，然后可估计受阻而被分离的部分的比例。J 环试验表征 SCC 拌合物的间隙通过能力（抗阻滞性）。
3、V 型漏斗试验：
将新拌自密实混凝土装满 V 型槽，然后测试自密实混凝土全部流出的时间，表征了自密实混凝土拌合物的流动性。所测时间 t 与塑性黏度 μp 存在一定关系。具体的方法为将坍落度桶倒置，小口朝下，装满自密实混凝土后提起，测量自密实混凝土全部流出的时间t。
4、L 型仪试验：
将新拌自密实混凝土装在 L 型仪的竖直筒内，再将插板提起使拌合物向水平槽穿过钢筋栅流动。测试三个指标——— T400、 L、 D，表征新拌 SCC 间隙通过能力，也可以用于测试新拌自密实混凝土的抗离析性。
在进行自密实混凝土研究和配合比试配过程中，几种测试方法可以交叉使用；在工地实际工作中，主要使用简单易用的坍落度桶的方法进行自密实混凝土工作性能测试。通过对于自密实混凝土坍落扩展度和T500时间的测试来评价和控制混凝土的工作性能。
通过以上几种检测方法的综合应用，较好的控制住了自密实混凝土的工作性能。浇筑中的自密实混凝土流动性、保水性、黏聚性良好，具有较好的间隙通过性和填充性。将自密实混凝土的坍落扩展度控制在660——690毫米之间，T500时间控制在3——6秒之间，满足了自密实混凝土全断面流动的流动角在20度——30度之间，所产生的上浮力也与道岔板的加固强度相匹配。浇筑后道岔板的几何尺寸符合要求。这样的混凝土状态浇筑时通过观察孔和末端流出的自密实混凝土状态来看，自密实混凝土的和易性、匀质性良好，浆体与石子包裹良好，完全满足了道岔板填充层浇筑对于自密实混凝土性能的要求。
六、结论
在对于自密实混凝土的流变学特性进行了充分研究以后，明确了CRTS II型无砟轨道道岔区自密实混凝土填充层施工对于自密实混凝土性能的要求，通过应用我局在自密实混凝土材料上的两项发明专利，解决了高温下自密实混凝土工作性能3小时以上稳定保持问题和黏聚性、保水性的问题以及消除了界面气泡，满足了自密实混凝土全断面流动对于混凝土性能的要求以后，沪昆高铁江西段我局施工的CRTS II型板式无砟轨道道岔区使用了半封闭加压的工艺方法浇筑自密实混凝土填充层。利用自密实混凝土自身的重力实现加压，通过调整料斗的高度实现加压压力的调整；独创了一整套道岔区自密实混凝土施工工艺方法，丢弃了原来的质量难以控制的舀浆的工艺，收到了很好的效果。经过现场揭板试验和实际工程检验，自密实混凝土在道岔板下充盈密实，无浮浆、松软层以及所谓的工艺性气泡。目前已完工道岔区自密实混凝土结构未见到有裂缝，整体性良好。所配制的自密实混凝土在扩展度不超过700mm的情况下即可实现岔区充填层的浇筑施工，解决了之前扩展度小于700mm无法灌注，而大于700mm又易离析、泌水的问题。
该工艺方法的成功应用，是我们在技术创新和工艺创新上进行的一次成功探索，对于我局今后的自密实混凝土施工具有示范和指导意义。
论文作者:杨远明
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年4月总第209期
论文发表时间:2016/6/14
标签：密实论文; 混凝土论文; 道岔论文; 轨道论文; 性能论文; 工艺论文; 气泡论文; 《工程建设标准化》2016年4月总第209期论文;