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1、87 Experimental Research 试验研究 总40期 2012.10 混凝土世界 高铁轨道板混凝土配合比设计 与质量控制技术 涂玉波 肖 军 郝挺宇 张孝伍 （ 中冶建筑研究总院有限公司 北京 100088） 摘 要：采用普通硅酸盐水泥、 普通矿物掺和料和早强型聚羧酸减水剂等原材料， 替代 使用超细水泥和早强专用掺和料生产CRTS型预制轨道板混凝土， 产品满足技术设计 要求， 生产成本大幅下降， 并通过加强质量控制， 确保轨道板合格。 关键词： CRTS型轨道板； 混凝土； 配合比设计； 质量控制 前言 近年来， 随着高速铁路的飞速发展， 板式无砟轨道系 统因具有行车舒适、 平
2、稳、 使用寿命长等优点， 在现代轨 道交通设计中得到越来越广泛的应用。 CRTS型板式无 砟轨道结构中预制混凝土轨道板是型板式无砟轨道系 统的重要组成部分， 是德国博格板技术的消化、 吸收和再 创新。 CRTS型预制轨道板生产工艺复杂， 技术指标严 格。 对混凝土设计要求16h预应力放张时抗压强度不低于 48MPa， 弹性模量不低于36GPa。 为达到上述要求， 德国 博格板技术选用超细水泥作为胶凝材料， 但存在生产成 本高、 混凝土后期强度增长有限、 混凝土氯离子渗透系数 不能满足耐久性设计要求等问题； 我国高性能混凝土创 新技术使用通用硅酸盐水泥掺加复合型早强掺和料以解 决早期强度低， 满
3、足16h预应力放张时混凝土强度达到 48MPa要求， 但使用复合掺和料同样存在生产成本高， 且 早强掺和料促进水泥矿物加速水化， 导致热量释放过于 集中， 混凝土升温剧烈， 内部应力分布不平衡， 混凝土易 开裂， 从而影响到钢筋的保护问题， 缩短轨道板使用寿命 等缺点13。 CRTS型预制轨道板混凝土配合比设计与质量控制 对轨道板生产效率、 产品质量具有重要影响。 本文结合德 国博格板混凝土配合比设计及我国高性能混凝土创新技 术， 采用普通42.5级硅酸盐水泥和普通矿物掺和料， 通过 对混凝土配合比进行优化， 并严格生产过程的质量控制， 混凝土性能指标满足工艺设计和耐久性要求， 同时降低了 生
4、产成本， 产生了较大的经济效益。 1 CRTS型轨道板混凝土技术要求 CRTS型预制轨道板混凝土主要技术指标4见表1。 2 混凝土配合比设计 2.1 原材料与质量 水泥： 采用普通硅酸盐水泥（C1为 52.5R超细水 泥； C2为 O42.5R） ， C1比表面积564m2/kg； C2比表面收稿日期：2012-07-15 88 试验研究 Experimental Research CHINA CONCRETE 2012.10 NO.40 积342m2/kg。 其他指标满足 通用硅酸盐水泥 （GB175- 2007）要求。 细骨料： 天然河砂（S） ， 细度模数2.8， 区中砂； 满足 普通混
5、凝土用砂、 石质量及检验方法 （JGJ52-2006）标 准要求。 粗骨料： 碎石 （G）5mm10mm和10mm20mm两级 配， 5mm10mm约20%， 10mm20mm约80%， 满足普 通混凝土用砂、 石质量及检验方法 （JGJ52-2006）标准 要求。 外加剂： J1标准型聚羧酸减水剂； J2早强型聚羧酸减 水剂， 满足 聚羧酸系高性能减水剂 （JG/T223-2007） 、 混凝土外加剂 （GB8076-2008）要求。 掺和料： 粉煤灰F； S95矿渣粉K； 早强掺和料（M1、 M2） ， M1早强掺和料1天活性指数127%， 28d活性指数 115%， 低掺量； M2早强掺
6、和料1d活性指数122%， 28d活性 指数110%， 大掺量。 满足用于水泥和混凝土中的粉煤 灰 （GB/T1596-2005） ， 高强高性能混凝土用矿物外加 剂 （GB/T18736-2002） ， 用于水泥和混凝土中的粒化高 炉矿渣粉 （GB/T18046-2008）要求。 水： 饮用水 （W）符合混凝土用水 （JGJ63-2006） 标准规范要求。 2.2 混凝土配合比 混凝土配合比见表2。 3 试验结果与分析 3.1 试验结果 混凝土试验结果见表3。 自动跟踪控制系统： 根据模拟大板养护过程中板芯 温度经时曲线， 实时控制试件养护水域中水的温度与模 拟大板的板芯温度保持一致， 以混
7、凝土试件的强度认 定模拟大板的混凝土强度。 该系统可以对模拟大板的 板芯温度、 养护水域温度、 试件温度、 环境温度、 模板 温度进行自动采集、 记录、 存储和输出。工作原理如图 1所示。 实际控制过程： 随着水泥的水化， 混凝土板芯温度 表 1 CRTS型预制轨道板混凝土主要技术指标 技术指标规定值 混凝土强度等级C55 胶凝材料总量480kg/m3 用水量150kg/m3 混凝土抗冻性满足F300 电通量1000C 预制轨道混凝土板脱模时抗压强度不低于48MPa 混凝土弹性模量符合设计要求 总碱含量3.5kg/m3 混凝土入模温度1030 模板温度1030 混凝土芯部温度55 表 2 混凝
8、土配合比 序号 单位体积材料用量（kg/m3） 水泥细骨料粗骨料掺合料外加剂水 C1C2SG FKM1M2J1J2W H145073611046.75149 H24327031196487.2130 H338065311621007.2124 H44087041179727.2129 H5432693117624247.2129 H6408680115824487.2132 H74087041179727.2129 H8432693117624247.2129 H9408680117724487.2132 图 1 混凝土养护温度自动跟踪控制器工作原理图 模拟环境 模拟大板标准试件 环境温度 板
9、芯温度 温度自动跟踪 控制系统 水域温度 标准试件 温度 养护水域 89 Experimental Research 试验研究 总40期 2012.10 混凝土世界 逐步上升， 自动跟踪控制系统可以实时采集芯部温度， 以芯部温度作为混凝土标准试件的养护温度， 通过自动 调节系统调节养护水域水温， 实现标准试件养护温度 与混凝土大板板芯温度同步升降。 在这种环境条件下 所测得的标准试件强度比标准养护条件下所测得的混 凝土强度更能真实反映轨道板混凝土的强度。 自动化 养护控制系统如图2所示， 试件跟踪养护如图3所示， 图 4为混凝土跟踪养护曲线。 3.2 性能分析 工作性能： 按上述配合比要求配制
10、的混凝土， 出机 坍落度均在160mm200mm范围， 考虑到混凝土出机到 预制板工厂有一定的输送距离， 本实验增加了工作性能 坍落度的经时损失要求。 从表3可以看出， 使用超细水泥 制备的混凝土 （配合比H1）坍落度损失最大， 专用早强型 掺和料坍落度损失次之， 普通掺和料坍落度经时损失最 小， 当普通掺和料为粉煤灰和矿粉双掺时， 混凝土和易 性较好。 力学性能： 在跟踪养护条件下， 除H4、 H5外， 大部分 图 2 自动化养护控制系统图 3 试件跟踪养护 图 4 混凝土跟踪养护曲线 表 3 混凝土试验结果 序号 工作性能力学性能耐久性能 出机坍落度 mm 30min坍落度 mm 含气量
11、% 16h抗压强度 MPa 1d抗压强度 MPa 28d抗压强度 MPa F300抗冻性（%） 电通量C 质量损失相对动弹 H11801302.948.346.780.42.4671123 H21601402.848.645.278.31.082889 H31901702.648.044.878.21.180901 H41501302.746.944.380.20.885587 H51701602.747.244.980.50.888671 H61601402.647.945.181.10.787722 H71501402.549.646.280.30.889568 H81701602.650
12、.546.881.80.787665 H91601502.151.147.181.50.890678 注： 16h抗压强度为自动跟踪控制养护条件下测得， 1d、 28d抗压强度为标准养护条件下测得。 90 试验研究 Experimental Research CHINA CONCRETE 2012.10 NO.40 能满足16h脱模要求。 从表3中可看出， 配合比H1， 使用超 细水泥， 16h抗压强度48MPa， 但后期强度增长缓慢； 配 合比H2、 H3通过掺加一定量的专用早强掺和料替代普通 硅酸盐水泥的材料组合， 对提高混凝土早期强度有一定帮 助， 能够达到使用超细水泥的效果； 配合比H
13、7、 H8、 H9使 用普通水泥、 普通掺和料和专用早强型聚羧酸减水剂的材 料组合， 配合比H4、 H5、 H6使用普通水泥、 普通掺和料和 标准型聚羧酸减水剂的材料组合。 早强型聚羧酸减水剂与 标准型聚羧酸减水剂相比： 聚合物分子侧链较长， 而主链 相对较短； 分子的形状由传统的梳型变成了倒T型。 这样 分子结构的聚合物， 在具有很强的空间位阻分散作用的同 时， 长的聚氧乙烯侧链可以让水分进入到水泥颗粒中， 保 证水泥的正常水化。 加之丙烯酸为重复单元的主链中羧基 与钙离子等形成的络合物具有较大的溶解性， 为水泥的不 断水化提供了条件， 对提高混凝土早期强度作用显著。 所 以同条件下H7比H
14、4， H8比H5， H9比H6早期强度均有一定 程度的提高。 耐久性能： 按上述配合比要求配制的混凝土28d抗冻 性能均能满足F300要求， H1由于使用超细水泥， 水泥水化 需水量增加， 抗冻性试验质量损失较大， 相对动弹模量较 小， 耐久性下降， 28d电通量为1123C， 不能满足客运专线 高性能混凝土耐久性技术要求， 相比较而言， 其他配合比 配制的混凝土， 满足电通量1000库要求， 而且使用普通 矿物掺和料时， 电通量下降明显， 耐久性能更优。 3.3 成本分析 混凝土原材料成本分析见表4。 由表4可知， 在满足混凝土性能前提下， 使用普通水 泥、 普通矿物掺和料和早强型聚羧酸减水
15、剂的材料组合， 混凝土成本最低。 4 质量控制 在确定混凝土配合比后， 通过施工实践， 在不断总 结的基础上， 除日常质量检测与控制外， 重点加强了以 下几个方面的工作， 以确保CRTS型预制轨道板质量 合格。 4.1 混凝土质量控制 原材料质量严格把关， 在满足指标要求的前提下严格 执行混凝土配合比， 出机混凝土坍落度宜控制在160mm， 不宜过大或过小， 混凝土和易性良好， 30min坍落度损失 10mm； 严格控制环境温度、 混凝土温度和模板温度， 三 者之间温差不宜太大； 及时养护。 4.2 拉毛控制 II型轨道板生产中， 拉毛质量的好坏直接影响轨道板 底的粗糙程度和铺设后与水泥沥青砂
16、浆的粘结力。 拉毛 质量的好坏受毛刷软硬度、 入模混凝土的工作状态对拉 毛时机等诸多因素的影响。 毛刷过软， 刷毛不易深入混凝 土表面， 只能拉出痕迹而无法将表面拉粗糙； 毛刷过硬， 刷毛深入混凝土表面后， 由于缺乏必要的柔韧度， 易将表 表 4 混凝土原材料成本分析 原材料单价（元/t）H1H2H3H7H8H9 水泥C1120054000000 水泥C24100177.12155.80167.28177.12167.28 细骨料8058.8856.2452.2456.3255.4454.40 粗骨料5055.2059.8058.1058.9558.8058.85 掺和料F13000003.123.12 掺和料K27000019.446.4812.96 掺和料M121000100.800000 掺和料M2160000160000 外加剂J1580039.1541.7641.76000 外加剂J2600000043.2043.204
