充填层C40自密实混凝土的配合比设计

贺坦坦 郭 璞 郭安财

(中铁三局集团有限公司，山西 太原 030006)



充填层C40自密实混凝土的配合比设计

贺坦坦 郭 璞 郭安财

(中铁三局集团有限公司，山西 太原 030006)

根据无砟轨道充填层对自密实混凝土的要求，介绍了自密实混凝土的性能指标，阐述了C40自密实混凝土的配合比设计方案，并通过现场灌板揭板工艺性试验，优化了混凝土配合比。

自密实混凝土，充填层，配合比，灌板试验

自密实混凝土(Self-Compacting Concrete，简称SCC)也叫自流平混凝土，具有高的流动性、间隙通过性和抗离析性，浇筑时仅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(硬化体具有高耐久性和高体积稳定性)[1]。郑徐客专CRTSⅢ型板无砟轨道道岔板充填层采用C40自密实混凝土，设计厚度为90 mm，长度和宽度与轨道板对齐，采用单层钢筋焊网。岔区板式无砟轨道支撑层结构属典型的狭长板状结构，若采用普通混凝土填充时，由于施工空间狭小，无法进行振动，充填层容易出现空洞、分层现象。而自密实混凝土具有良好的流动性、粘聚性及自填充性，不经振捣即可填充满整个道岔区和包裹钢筋，从而确保了道岔板与底座之间充填层的密实。

1 自密实混凝土性能指标

依据TJ/W 112—2013高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土暂行技术要求中各项规定[2]。

2 原材料的选择

1)水泥。淮海中联P.O42.5(低碱)水泥，密度3 090 kg/m3，比表面积340 m2/kg，碱含量0.05%，28 d抗压强度46.0 MPa。

2)粉煤灰。铜山华润F类Ⅰ级粉煤灰，细度为7.6%，烧失量为2.54%，密度2 300 kg/m3。

3)矿渣粉。徐州中称S95级矿渣粉，烧失量为2.88%，比表面积416 m2/kg，密度2 900 kg/m3。

4)细骨料。山东沂河细度模数2.6，含泥量1.0%，密度2 610 kg/m3的天然河砂。

5)粗骨料。宿州埇桥的5 mm～10 mm,10 mm～16 mm碎石，以5∶5的比例混合成5 mm～16 mm的连续级配，表观密度为2 700 kg/m3。

6)减水剂。山西黄腾HT-HPC聚羧酸系高性能减水剂，固含量26%。

7)膨胀剂。郑州建文KT-2膨胀剂。

8)粘度改性材料。江苏尼高TZ-Ⅱ粘度改性剂。

3 自密实混凝土的配制及试验

确定好各种原材料后，依据CECS 203∶2006自密实混凝土应用技术规程，采用绝对体积法进行初步配合比的设计。

1)确定单位体积粗骨料体积用量(Vg)。

根据自密实性能等级选取Vg=0.28，单位体积粗骨料体积用量为280 L，质量为756 kg。

2)确定单位体积用水量(Vw)、水粉比(W/P)和粉体体积(Vp)。

考虑掺入粉煤灰、矿渣粉等掺和料配制C40自密实混凝土，且粗细骨料级配良好，选取单位体积用水量177 L(推荐值155～180)，水粉比1.05(推荐值0.80～1.15)，则粉体体积Vp=Vw/(W/P)=177/1.05=168.6 L，通过计算得到的粉体体积为0.168 6，介于推荐值0.16～0.23之间，单位体积浆体量=0.168 6+0.177 0=0.345 6,介于推荐值0.32～0.40之间。

3)确定含气量(Va)。

根据所选用的外加剂的性能，设定自密实混凝土的含气量为5.0%，即50 L。

4)计算单位体积细骨料用量(Vs)。

Vg+Vw+Vp+Va+Vs=1 000 L，则Vs=(1 000-280-177-168.6-50)=324.4 L,质量为847 kg，计算中未考虑细骨料中含有的少量粉体。

5)计算单位体积胶凝材料体积用量(Vce)。

单位体积胶凝材料用量Vce=Vp=168.6 L。

6)计算水灰比(W/C)和理论水泥用量(Mco)。

a.计算配制强度fcu.o=40+1.645×5.0=48.2 MPa；b.计算水灰比W/C=(αa×fb)/(fcu.o+αa×αb×fb)=(0.53×46.0)/(48.2+0.53×0.20×46.0)=0.46,根据用水量为177 kg,所以理论水泥用量为384.8 kg,体积为124.5 L。

7)计算单位体积掺合料量和实际水泥用量(Mc)。

通过计算得知单位水泥体积为124.5 L，不能满足通过自密实混凝土性能计算出来的154.5 L的要求，本文拟采用活性矿物掺合料来补充粉体数量的不足。掺合料采用等量取代法，此处分三种方案进行计算：

方案一：粉煤灰取代水泥占水泥的25%，矿粉取代水泥占水泥的20%，则MB×25%/ρf+MB×20%/ρkf+MB×55%/ρc=Vce。

MB×25%/2.3+MB×20%/2.9+MB×55%/3.09=168.6。

则MB=474 kg；Mf=474×25%=118 kg；Mkf=474×20%=95 kg；Mc=261 kg。

方案二：粉煤灰取代水泥占水泥的30%，矿粉取代水泥占水泥的15%，则MB×30%/ρf+MB×15%/ρkf+MB×55%/ρc=Vce。

MB×30%/2.3+MB×15%/2.9+MB×55%/3.09=168.6。

则MB=468 kg；Mf=468×30%=140 kg；Mkf=468×15%=70 kg；Mc=258 kg。

方案三：粉煤灰取代水泥占水泥的15%，矿粉取代水泥占水泥的30%，则MB×15%/ρf+MB×30%/ρkf+MB×55%/ρc=Vce。

MB×15%/2.3+MB×30%/2.9+MB×55%/3.09=168.6。

则MB=486 kg；Mf=486×15%=73 kg；Mkf=486×30%=146 kg；Mc=267 kg。

综合考虑自密实混凝土性能要求，内掺膨胀剂10%。

8)计算水胶比。

方案一：W/MB=177/474=0.37；方案二：W/MB=177/468=0.38；方案三：W/MB=177/486=0.36。

9)确定外加剂用量。

通过试验确定聚羧酸系高性能减水剂用量为胶凝材料用量的1.5%；粘度改性材料外掺胶材总量的6.5%。

根据以上计算，C40自密实混凝土配合比汇总见表1。

表1 C40自密实混凝土配合比

4 试验结果分析

从表2和表3的测试结果可以看出：配合比1，2，3均能满足预期的一级自密实性能要求和强度要求，且强度上均有富余，所以本文所采用的设计思路与方法是能够准确的设计出强度等级为C40的自密实混凝土。

表2 混凝土拌合物性能测试结果

表3 硬化体性能测试结果

为了进一步验证试验室配合比的施工可行性，在现场做了灌板试验，确定灌板混凝土的工作性能及灌板质量。养护24 h后进行揭板试验。观察SCC表面有无灌注空洞，同时观察SCC与轨道底座板的粘结情况。

配合比1入模扩展度为640 mm，揭板后观察：SCC 充满整个模板空间，骨料分配均匀，表面平整，无露石、露筋现象，与底座板、找平层粘结良好，揭板效果最佳。

配合比2入模扩展度为660 mm，揭板后观察：SCC充满整个模板空间，自密实混凝土与底座板的粘结较好，但混凝土表面有气孔，有骨料堆积、浆骨分离现象，表面有松软发泡层，揭板试验效果不佳。

配合比3入模扩展度为590 mm，揭板后观察：SCC 虽然整个模板分布有自密实混凝土，但有部分角落未完全充满，表面不平整，有露石、露筋现象，切开断面观察，断面上骨料分布不均匀，有骨料堆积、浆骨分离现象，揭板试验效果不佳。

经过揭板试验研究表明，入模坍落扩展度控制在600 mm～650 mm的混凝土灌注效果最佳。

5 结语

自密实混凝土是以获得较优越的工作性能为配合比设计的首要目标，在此基础上再考虑强度能否达到设计要求。充填层C40自密实混凝土浇筑质量的好坏将直接影响后期道岔安装难易程度及工作量，且对今后高铁运行安全、舒适意义巨大。因而加强C40自密实混凝土配合比的管理，需注意以下几个方面：

1)严格控制原材料各项指标。

2)严格控制SCC中的空气含量和气泡质量。

3)严格按照规范标准要求检测SCC的各项性能指标，符合要求方能灌注。

[1] CECS 203∶2006，自密实混凝土应用技术规程[S].

[2] TJ/W 112—2013，高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土暂行技术要求[S].

Mixing proportion design of filling sequence C40 self-compacting concrete

He Tantan Guo Pu Guo Ancai

(ChinaRailwayNo.3EngineeringGroupCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

According to ballastless track filling sequence demands for self-compacting concrete, the paper introduces self-compacting concrete performance index, and describes C40 self-compacting concrete mixing proportion design scheme. Through in-situ pouring-plate technology experiment, it optimizes the mixing proportion.

self-compacting concrete, filling sequence, mixing proportion, pouring-plate test

1009-6825(2017)06-0133-03

2016-12-17

贺坦坦(1988- )，女，助理工程师； 郭 璞(1982- )，男，工程师； 郭安财(1975- )，男，助理工程师

TU528

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