中铁十六局第二工程有限公司计量测试中心
摘要：近几年来随着我国高铁建设的迅猛发展，高速铁路运营里程已达1.9万公里，但在运营过程中我们发现桥面防水封闭层混凝土或多或少都存在着开裂和粉化的问题，严重影响了列车速度和行车安全。如何预防桥面防水封闭层混凝土开裂是工程建设急需解决的重要课题之一。为提高混凝土的耐久性能，本文以新建京沈客运专线辽宁段TJ-7标为工程背景，从原材料的选择、配合比的优化、混凝土施工过程的控制等方面进行调整，从而在一定程度上提高了桥面防水封闭层混凝土的耐久性。
关键词：高速铁路 桥面防水 混凝土 耐久性 “三低一高”
1前言
新建北京至沈阳铁路客运专线，线路自北京铁路枢纽星火站引出，经北京市顺义区、怀柔区、密云县和河北省承德市、辽宁省朝阳市、阜新市等，沿既有沈山铁路引入沈阳站。正线全长697.6公里。JSLNTJ-7标段位于辽宁省北票市，冬季严寒，夏季干燥，昼夜温差大，历年平均气温9.0℃，极端最低气温-34.4℃，因此对混凝土的施工和耐久性均有较高的要求。桥面防水封闭层混凝土由于体积较薄且与空气接触面较大，如何预防其开裂和粉化就成为了施工过程中的重要难题。本文通过调整混凝土的原材料、配合比、施工工艺和加强后期养护的措施，可有效的提高高速铁路桥面防水封闭层混凝土的耐久性。
2原材料选择
2.1骨料
为了降低混凝土中胶凝材料用量，避免后期混凝土性能劣化，粗骨料的空隙率应尽可能的降低，在这里我们选择空隙率不大于38%的粗骨料，细骨料需保证细小颗粒含量。当骨料的针片状含量较高时，应采用专用的整形设备对骨料进行整形、分级处理。结合现场试验我们发现：骨料在整形和级配优化处理后可降低空隙率3%～5%，混凝土在保持相同工作性的前提下，可减少胶凝材料用量20kg/m3左右,低胶材、低用水能够降低发热量，减缓温度收缩，防止混凝土开裂，同时也可提高混凝土的密实性，从而提高混凝土的强度。
2.2纤维
采用高锆耐碱玻璃纤维代替传统的纤维，通过表2我们发现高锆耐碱玻璃纤维，需水量大大小于我们通常用到的纤维，不会引起混凝土用水量的大幅增加和工作性的明显劣化，可有效提高混凝土耐久性能。
聚丙烯腈纤维混凝土 玻璃纤维混凝土
图3 不同纤维混凝土的工作性能对比
2.3减水剂
为避免混凝土因收缩变形而引起裂纹，应选用前期强度增长缓慢、3d抗压强度比≤140%的高性能减水剂。能否在低坍落度情况下长时间保坍是选择减水剂的一个重要考察因素。
2.4其他材料
其他材料的选择应满足《铁路混凝土施工质量验收标准》（TB10424-2010）中各种材料的指标要求。
3配合比优化
3.1传统的聚丙烯腈纤维混凝土
传统的纤维混凝土胶凝材料用量在450kg/m3左右，用水量165 kg/m3左右，砂率在40%以上，含气量2～4%，虽性能指标满足《铁路混凝土桥面防水层技术条件》（TB/T2965-2011）的要求，但施工效果不尽人意。
图4 “三低一高”混凝土干燥收缩较小
（2）入模坍落度越小越能够减少后期混凝土开裂的可能性，不大于140mm的坍落度还可避免混凝土在振捣过程中产生的分层、离析、泌水等不利现象，抑制了因表层浮浆过多而引起的混凝土剥落。
（3）“三低一高”混凝土3d强度不大于20MPa，避免因早期强度过高造成混凝土徐变能力变弱，徐变能力变弱会导致混凝土因早期收缩变形释放不充分而开裂。
（4）适当增加含气量，可极大的提高混凝土抗冻能力。
图5 不同含气量混凝土的相对动弹模量比较
（5）采用90天期龄评定混凝土强度，充分发挥混凝土的后期效能。
（6）高锆耐碱玻璃纤维可有效的保证混凝土工作性，便于现场施工。
（7）减少胶凝材料用量，节约经济成本。
4混凝土施工控制
4.1混凝土配合比动态调整
由于“三低一高”混凝土坍落度不大于140mm，如不能在指标控制和便于施工之间找到一个合适的坍落度，会给现场施工带来不必要的困扰。这就需要我们加强骨料含水率检测，对每天不同气温、不同运距、不同施工环境下的配合比进行动态调整。
4.2混凝土采用“3+1”的搅拌方式
为保证混凝土中玻璃纤维的完好率，建议采用“3+1”的方式进行搅拌，即混凝土开始搅拌时先投入分散型纤维，搅拌3分钟后再投入集束型纤维，然后再搅拌1分钟。
4.3严格现场混凝土检测
不仅要在拌和站进行混凝土性能检测，还要在浇筑点严格控制混凝土的入模坍落度、含气量和温度，不符合要求的混凝土，严禁使用。
4.4吊车斗送取代泵车泵送混凝土
混凝土在泵送之后会对其匀质性造成一定的影响，泵送施工方式下的混凝土易开裂，抗冻性差。斗送施工时，混凝土不需要太大的坍落度，容易保证混凝土的匀质性和后期的耐久性，所以在施工条件容许的前提下我们将混凝土由泵送改为斗送。
4.5多点浇筑混凝土
为了充分保证混凝土的性能，采用吊车斗送时应合理设置布料点，单块轨道板长度范围内布料点不应小于2处，保证布料均匀，布料后立即进行摊铺，用铁锹铲料，采用反扣的方式进行摊铺。
4.6采用平板振捣器加强振捣
平板振捣器在保证混凝土性能的前提下，可快速有效的提浆收面，严禁用振捣棒振捣防水封闭层混凝土。
4.7采用多次抹面消除微裂纹
抹面是消除混凝土塑性阶段龟裂纹的有效措施，当混凝土振捣完毕后表面可见水光消失即须开始抹面是抹面工艺的关键，抹面不少于4次。
4.8加强后期养护
节水养护膜是一种新型混凝土养护覆盖膜，一次饱和浇水可实现长期保湿养护的效果，其综合成本低于普通养护剂或洒水养护。
5结论
我标段运用“三低一高”混凝土施工的桥面防水封闭层后期开裂情况得到了有效的控制，混凝土中掺入玻璃纤维能够有效的保证混凝土的各项性能指标，更好的满足结构功能要求和施工工艺需求。通过室内试验对比和现场施工效果可以看出“三低一高”混凝土不仅减少了胶凝材料用量，节约了成本，还有效的降低了高速铁路桥面防水封闭层开裂和粉化的危害，延长混凝土的使用年限，保障了列车的运营安全。
参考文献
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[2] 铁道部.铁路混凝土工程施工质量验收标准. 北京.中国铁道出版社.2010
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[4] 谢永江．高速铁路桥面防水封闭层混凝土施工技术交流[R].2017
[5] 孙海燕、何真．混凝土抗裂性能的评价指标及其提高措施[J].水利水电工程设计.2009
论文作者:曹建春
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/7
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