影响CRTSⅢ型无砟轨道轨道板侧面气泡产生的因素及解决方法研究

伍 承 志

(中国电力建设集团水利水电第七工程有限公司，四川 成都 611730)

1 概 述

目前，CRTSⅢ型无砟轨道轨道板在国内已拥有较为成熟的生产技术，但将其在所承建的国外高铁工程推广还是第一次。国内的轨道板制造经过一系列生产试验与调试已经能够根据不同的原材料、采用不同的配合比和施工工艺解决轨道板侧面气泡产生的问题。由中国水利水电第七工程局有限公司承建的印尼雅万高铁项目将国内CRTSⅢ型无砟轨道轨道板生产技术引进到其生产过程时，因原材料及设备等原因存在较为严重的轨道板侧面气泡产生的问题。从原材料、混凝土配合比及施工工艺几个方面进行了分析和研究，最终提出了消除轨道板侧面气泡产生的方法。

2 气泡产生的主要原因

雅万高铁轨道板场初期经试生产发现轨道板底面较为光滑，侧面存在不同程度的大量气泡。在经过短期轨道板生产调整和数据收集后综合分析得知产生气泡的主要原因为混凝土原材料、混凝土配合比和施工工艺三个方面。

2.1 原材料影响因素

(1)细骨料。按照《 CRTSⅢ型板式无砟轨道钢筋混凝土轨道板技术条件》JBHSR-1-RT- MAL-01中对细骨料的要求，级配合理的天然中粗河砂中的含泥量按质量计不大于1.5%。其他技术要求应符合《雅加达至万隆高速铁路桥隧与路基结构高性能混凝土暂行技术条件》TJ/GW 158-2018的规定。而在国内，河砂来自全国各地，厂家供应的河砂较为丰富，各种细度模数、各种含泥量和杂质的砂均有，必须严格把控砂的入场检测。而印尼本地的砂大多数来自加里曼丹的河砂，其主要为中砂，杂质较少，含泥量少，但存在部分河砂在装卸过程中处理不当造成二次污染的情况，导致砂中含泥量超标，不能满足相关技术要求，导致混凝土中的含气量上升，侧面直径2 mm左右的气孔较多。

(2)粗骨料。按照《 CRTSⅢ型板式无砟轨道钢筋混凝土轨道板技术条件》JBHSR-1-RT-MAL-01中对粗骨料的要求，应采用二级或多级单粒级碎石，且各级粗骨料应分级储存、分级运输、分级计量，最大粒径为20 mm，含泥量按质量计不大于 0.5%，其他技术要求应符合《雅加达至万隆高速铁路桥隧与路基结构高性能混凝土暂行技术条件》TJ/GW 158-2018中的规定。在国内，因粗骨料的供货商较多，可供选择的厂商范围广，对于供给差质量粗骨料的厂商可以直接弃用。而该项目板场的粗骨料采用二级级配，粒径5～10 mm和10～20 mm的比例分别为3∶7和2∶8，均符合《雅加达至万隆高速铁路桥隧与路基结构高性能混凝土暂行技术条件》TJ/GW 158-2018的规定。由于粒径5～10 mm骨料中针片状的骨料偏多，石粉含量也存在超标现象，很容易导致混凝土整体含气量上升，继而导致侧面直径2 mm左右的气孔较多。

(3)水泥。应选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，强度等级不应低于 42.5 级，且不应使用早强型水泥，水泥碱含量不应大于 0.6%，其他技术要求应符合《雅加达至万隆高速铁路桥隧与路基结构高性能混凝土暂行技术条件》TJ/GW 158-2018的规定。印尼本地OPC水泥大部分为硅酸盐水泥，检测过程中发现水泥碱含量和比表面积不稳定，且部分水泥碱含量和比表面积可以达到规范要求值的上限值。经多次对比分析得知：不同比表面积的水泥对轨道板侧面气泡的产生有一定影响，在其他指标不变的情况下，采用比表面积较高的水泥生产出的板含气量高，侧面直径5 mm左右的气泡增加明显。

(4)其他原材料。国内采用的矿粉等级分为S75、S95和S105三个等级，在满足经济可行性的条件下可以选择等级较高的矿渣粉。而该项目采用的矿粉等级属于印尼标准S100，且其各项指标均满足S75的相关要求，符合技术规范要求，可选择范围较少且经试生产发现该矿粉对混凝土气泡产生的影响较少[1]。该项目主要通过对减水剂进行调整来解决混凝土含气量问题。试生产过程中发现，所采用的聚羧酸早强减水剂对储存要求较高，将其储存于铁桶或太阳直射的塑料桶中将导致减水剂的减水率和混凝土含气量增加、侧面气泡增多。

2.2 混凝土配合比影响因素

按照《CRTSⅢ型板式无砟轨道钢筋混凝土轨道板技术条件》JBHSR-1-RT-MAL-01中对混凝土配合比的要求，混凝土配合比应通过试验确定，混凝土胶凝材料的用量不应大于480 kg/m3，水胶比为0.35，由不同原材料带入混凝土内的碱含量应符合该标准要求。

2.3 施工工艺影响因素

首先，该项目使用的混凝土要求其脱模强度不低于40 MPa，故混凝土设计的初凝时间较短。如果施工过程搅拌时间或待料时间超过15 min，容易在轨道板侧面产生直径10 mm左右的大气泡。其次，振捣时间的长短对侧模的气泡也有较大影响，在设计坍落度范围内一定程度的延长高频振捣时间有助于侧面气泡的排出，但不能过振，否则会导致表面浮浆严重。最后，模板的清理、脱模剂的质量和涂刷时的均匀性也会影响到轨道板侧面气泡的产生。

3 解决措施

3.1 对原材料进场进行严格的质量把控

(1)粗细骨料进场初期，根据相关技术规范对粗细骨料进行检测，其石粉含量和砂的含泥量均处于设计要求的上限，期间出现的混凝土含气量超过4%，不满足《雅加达至万隆高速铁路桥隧与路基结构高性能混凝土暂行技术条件》TJ/GW 158-2018的要求，对应生产的轨道板出现直径为0～3 mm的微小孔较多，含气量超过4%的情况见图1。因此，试验室派专人到骨料生产厂家实地走访和监督，保证了骨料的水洗质量，严格控制进场的骨料质量，从而有效地减少了直径为0～3 mm微小气孔产生的问题。含气量小于4%的情况见图2。

图1 含气量超过4%的情况

(2)相对于国内OPC水泥的相关技术规范以及材料检测结果发现：印尼本地水泥的碱含量指标不稳定。生产过程对比发现碱含量偏高、比表面积偏大的水泥其早期强度会较普通水泥高，同时也会导致轨道板侧面气泡产生更多。对此，试验室采取有效措施，严格控制水泥厂家的碱含量指标，并选择水泥各项性能指标较为稳定且碱含量较少的厂家。水泥入场时，严格进行各项指标的检测，对比表面积超过技术条件要求的坚决实施退货处理。对于比表面积较大的，要求厂家后期改进生产工艺以使其所生产的水泥比表面积在满足各项指标的同时具有较小的比表面积。经过对水泥各项性能指标的调整及稳定后，其侧面直径5 mm左右气泡的产生明显减少。

(3)该项目初期使用的减水剂存在临时存于铁桶的现象和存放位置温度偏高等问题均导致减水剂变质，减水剂中的消泡失去作用，减水剂本身减水率下降，这一系列问题导致混凝土含气量上升，和易性变差。为解决上述问题，将现有减水剂用于临建或作废处理，并建议专门设置减水剂存放区域以解决印尼气温较高的问题。经过以上调整，在后期混凝土生产过程中，减水剂的各项指标均符合规范要求并较为稳定，混凝土中的含气量和和易性等指标均较为稳定，轨道板侧面气泡的产生有明显改善[2]。

3.2 调整混凝土配合比

该项目初始配合比胶材用量为478 kg/m3，水胶比为 0.3。经过前期试生产发现：混凝土拆模及28 d强度均有较高富余，但混凝土较黏稠，轨道板侧面直径为3～5 mm的气泡不易排出。经对混凝土配合比情况进行分析且后续对混凝土配合比进行优化，将配合比胶材用量调整为448 kg/m3，水胶比为 0.315，减水剂掺量由之前的1.45%降低到1.25%，通过对比分析，采用2∶8的粗骨料比例使混凝土含气量降低。观察发现：混凝土的黏性有明显的降低。混凝土配合比的设计坍落度亦根据更新后的《CRTSⅢ型板式无砟轨道钢筋混凝土轨道板技术条件》JBHSR-1-RT-MAL-01中坍落度由不超过100 mm调整为不超过120 mm。通过以上配合比的调整，轨道板侧面直径3～5 mm的气泡明显减少，混凝土和易性改善明显[3]。

3.3 调整施工工艺

3.3.1 轨道板模具的清理

无论是国内还是国外项目，轨道板的模具均为连续重复使用，起板之后模具上会留有之前的残渣或污渍，而这些残渣和污渍将导致产品表面的混凝土掉落而形成麻面和蜂窝现象。轨道板生产初期，由于当地员工对此工作的不熟悉和不重视，在清理模具过程中未能将模具清理干净，导致部分轨道板侧面拆模时混凝土表面形成麻面和蜂窝现象。经过对国内相关施工工艺学习后，当地员工在生产过程中由技术部派人现场指导，严把质量关，模板清理时将其表面和端模中残留的残渣和污渍清理干净，然后采用角磨机将模板各表面打磨清理干净，并用气枪吹掉产生的混凝土残渣和浮尘[4]，最终有效地解决了轨道板侧面混凝土形成麻面和蜂窝的问题。

3.3.2 脱模剂的质量与涂刷均匀性

严格把控进场脱模剂质量。通过对不同厂家的产品进行现场对比试验，选定质量最为稳定的厂家并通过对该厂家脱模剂比例进行调试，最终选择轨道板试生产过程中现场效果最好的脱模剂比例，确保了进场产品质量合格。该项目前期采用涂刷和喷涂两种方式进行对比试验，最终确定均匀的喷涂能有效地减少混凝土麻面和蜂窝现象，减少小气泡的产生。轨道板生产初期，由于各工序衔接不紧密，脱模剂喷涂之后到混凝土开始浇筑的间隔时间过长，导致部分轨道板侧面气泡未能有效排出而产生麻面现象。经过对施工过程中的各工序进行有效调整，最终将脱模剂喷涂的时间控制在浇筑前4 h以内，从而有效保证了喷涂质量，解决了气泡和麻面问题。

3.3.3 调整混凝土振捣工艺

该项目采用附着式高频振动器，8台振动器同时工作，分三层布料。施工初期，采用厂家建议的振动频率，每层均采用低频20 s、高频40 s、低频30 s的方式振动，振动频率为70/90/70，但生产出的轨道板侧面气泡较多。于是，在厂家以及国内具有相关工作经验的人员共同指导下，在原材料以及混凝土配合比各项技术指标不变的情况下，现场通过调整各振动频率和振动时间并进行了一系列对比试验。试验调整过程中发现：振动时间和频率并不是越大越好。如果在此基础上再增加振动的时间，将会影响功效并出现过振现象。最终确定了延长单层振动时间至低频20 s、高频120 s、低频10 s，振动频率也调整到90/115/90高频振动，采用这种施工工艺其侧面气泡明显减少[5]。

该项目在对轨道板生产采取以上各项措施前，试生产出的轨道板侧面气泡较多，未调整之前生产的轨道板见图3。经过以上各项措施的有效实施，试生产出的轨道板侧面气泡较多的问题得到有效解决，调整之后生产的轨道板效果见图4。

图3 未调整之前生产的轨道板

图4 调整之后生产的轨道板

4 结 语

项目部技术人员经过对国内资料进行学习以及现场生产实践，讨论并研究了现场轨道板气泡产生的原因，通过对现场试验结果进行分析、讨论及总结，控制了原材料的质量，调整了配合比以达到更好的和易性，最终采取调整现场施工工艺等措施，有效地解决了轨道板侧面气泡产生的问题，外观质量明显改善。

鉴于生产轨道板的尺寸和生产模具均已设计好而无法通过调整侧模角度来解决轨道板侧面气泡产生的问题，希望未来能会同轨道板设计专家和模具生产厂家一起研究并对比此方式的可行性。由于国外工程原材料以及现场生产条件的改变，需要对其对应做出调整，方能使我国无砟轨道轨道板的生产技术在海外推广，进而为“一带一路”在海外的发展提供持续支持。