高速铁路板式无砟轨道充填层混凝土收缩变形特性研究.pdf

2 0 1 1年 第 3 期 (总 第 2 5 7 期 ) Nu mb e r 3 i n 20 1 1 ( To t a l No 2 5 7) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHNOL 0GY d o i ： 1 0 3 9 6 9 0 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 3 0 4 0 高速铁路板式无砟轨道充填层混凝土 收缩变形特性研究 谭盐宾 。 ，赵健 。 ，李化建 1 , 2 ，谢永江 1 I 2 ，易忠来 1 , 2 ( 1 中国铁道科学研究院 ，北京 1 0 0 0 8 1 ；2 高速铁路轨道技术 国家重点实验室 ，北京 1 0 0 0 8 1 3 西南交通大学 土木工程学院，四川 成都 6 1 0 0 3 1 ) 摘要 ： 为探 明高速铁路板式无砟轨道充填层混凝土的收缩变形规律 ， 开展 了充填层混凝土收缩变形影响因素试验研究 。 结果表明 ： 早期 保湿养护对降低充填层混凝土干缩变形作用明显， 比未进行保湿养护 自密实混凝土的干缩变形降低 1 5 左右 ； 细骨料细度模 数对充填层 混凝土干缩变形影响较小 ； 粗骨料最大粒径对充填层混凝土 自身收缩变形的影响 比干燥收缩大 ， 粗骨料最大粒径由 2 0 mm 降低至 1 0mm， 自 身收缩变形值增大 5 - 2 5 ； 胶凝材料用量 对充填层混凝 土干缩变形 和 自身收缩变形影响显著 ， 胶凝材料用量每增加 2 O ， 混凝土干缩 变形值和 自身收缩 变形值均增大 1 0 2 0 ； 充填层混凝土早期 ( 9 0 d ) 自身 收缩 变形 占干缩变形 的 5 0 ， 而长期( 2 1 0 d ) 则能 占干缩变形 总量的 7 4 左右。 关键词 ： 高速铁路 ；充填层混凝土 ；干缩变形 ；自身收缩变形 中图分类号 ： T U5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 1 2 5 0 4 Re s e ar ch on pr ope r t y of de f or ma t i on of f i l l i ng l a ye r c onc r e t e u s ed i n hi gh s pe e d r ai l wa y s l a b ba l l a s t l e s s t r ac k T A N Y a n b i n 一 ， Z H AOJ i a n ， L I Hu n -j i a n ， XI EYo n g -j i a n g 一 ， Y I Z h o n g - l a i ( 1 C h i n a Ac a d e my o f R a i l w a y S c i e n c e ， B e i j i n g1 0 0 0 8 1 ， C h i n a ； 2 S t a t e Ke yL a b o r a t o r yf o r T r a c kT e c h n o l o g yo f Hi g h - S p e e dR a i l wa y Be ij i n g 1 0 0 0 8 1 ， C h i n a ； 3 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e ri n g ， S o u t h we s t J i a o t o n g Un i v e r s i t y ， C h e n g d u 6 1 0 0 3 1 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： To u n c o v e r t h e p r o p e r ty o f d e f o r ma t i o n o ff i l l i n g l a y e r c o n c r e t e us e d i n h i g h s p e e d r a i l wa y s l a b b a l l a s t l e s s t r a c k， t h e f a c t o r s wh i c h a f - f e c t t h e d e f o rm a t i o n o f fil l i n g l a y e r c o n c r e t e we r e s t u di e d Th e r e s u l t s s h o w t h a t e a r l y c u rin g c a n r e d u c e t h e d r y i n g s h r i n k a g e o f c o n c r e t e o b v i o u s l y t h e d r y i n g - s h r i n k a g e v a l u e o f c o n c r e t e wi t h e a r l y c u rin g i s 1 5 l o we r t h a n t h a t wi t h o u t e a r l y c u rin g F i n e n e s s mo d u l u s o f s a n d h a s a s l i g h t l y e f - f e e t o n dr y i n g - s hr i n k a g e o f c o n c r e t e Th e i n flu e n c e of ma x i mu m s i z e o f a g g r e g a t e o n a u t o g e n e o u s s h rin k a g e i s h i g h e r t h a n d r y i n g- s h rink a g e Th e a u t o g e n e o u s s h r i n k a g e v a l u e i n c r e a s e d 5 t O 2 5 wh e n t h e ma x i mu m s i z e o fa g gr e g a t e r e d u c e d f r o m 2 0 mm t o 1 0 mm Th e c o nt e n t o f b i n d i n g ma t e ri a l a l s o h a d a n o b v i o u s e f f e c t o n b o t h d r y i n g s h ri n k a g e a n d a ut o g e n e o us s h rink a g e Bo t h t h e v a l u e s o f d r y i n g - s h rink a g e a n d a u t o g e n e o u s s h rin ka g e i n c r e a s e d 1 0 t o 2 0 wh e n t h e c o n t e n t o f b i n din g ma t e ria l i n c r e a s e d 20 k g Th e a u t o g e n e o u s s h r i n k a g e v a l u e c a n b e 5 0 o f d r y - i n g s h r i n k a g e v a l u e a t e a r l y a g e( 9 0 d ) ， a n d c a n r e a c h 7 4 o f d ryi n g s h ri n k a g e v a l u e a t l o n g a g e( 2 1 0 d ) Key wor ds ： hi g h s p e e d r a i l wa y； fil l i n g l a y e r c o n c r e t e ； d r ying s h r i n k a g e ； a u t o g e n e o us s h rin ka g e O 引 言 高速 铁路 板式无砟轨道充 填层 混凝土是一种具 有高 流动 性 、 高间隙通过性和高抗离析能力的特种混凝土。 充填层混凝土 的施工工况和功能定位决定了其不但要具有优异的工作性能 ( 自密 实性能 ) ， 同时还要具有 良好 的体积稳定性 。 然而 ， 混凝土 的工作性和体积稳定性通常是相互矛盾的， 提高混凝土流动性 的措施或多或少地会增大收缩变形。 对于自密实混凝土而言， 其 影响则更为明显， 自密实混凝土为实现其白密实性能， 通常采用 高胶凝材料用量、 高砂率、 高浆骨比等方式来提高其工作性 ， 这些措施均会增大自密实混凝土的收缩变形。 鉴于充填层结构 在整个板式无砟轨道结构中的重要性， 本文研究了充填层混凝 土的收缩变形特性， 以期实现充填层混凝土工作性和体积稳定 性之间矛盾的统一， 为指导高速铁路板式无砟轨道充填层混凝 土的制备提供理论支持。 1 原材料与试验方法 1 1 原材料 水泥为北京琉璃河水泥厂产 P 04 2 5级水泥； 粉煤灰为河 北西柏坡 电厂 I 级粉煤灰 ； 细粉填料 为 2 5 0 0目磨细石灰石粉 。 水泥 、 粉煤灰和磨细石灰石粉的化学性能指标见表 1 。 粗骨料为 天津蓟县产两种连续级配碎石， 其最大粒径分别为 l O 、 2 0 mm； 细骨料为河北卢龙产细度模数分别为 2 7 、 1 9的河砂 ， 其筛分结 果如 图 1 所示 。 减水剂为天津雍 阳减水剂厂产聚羧酸系高效减 水剂 ， 减水率为 2 9 。 黏度改性剂( V MA) 为 自制。 1 2配 合 比 充填层混凝土设计强度等级为 C 4 0 ， 配合比见表 2 。 收稿 日期 ：2 0 1 0 1 0 1 9 基金项目：铁道部科技研究开发重点课题 ( 2 0 0 9 G0 2 2 一 A) ； 中国铁道科学研究院院基金项 目( 2 0 1 0 YJ 7 2 ) 1 2 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 水泥与矿物掺合料的化学成分 粒 径 ram 图 1 两种细骨料的筛分 曲线 1 3试 验 方 法 充填层混凝土f缩变形测试采用两种不同方式 ： 一种方式 是参照GB T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期性能和耐久性能试 验方 法标准 进行 ； 另一种方式是混凝 土试件成型后带模养护 1 d即拆模放人温度 ( 2 0 2 ) ， 相对湿度 ( 6 0 5 ) 的恒温恒湿 环境 中进行收缩测试 。自收缩变形测试则是在混凝土试件成型 后 即立 即采用塑料薄膜进行包裹 ， 以防止水分散失， 带模养护 1 d 后即拆模并进行密封包裹， 然后放入温度( 2 0 2 ) ， 相对湿度 ( 6 0 5 ) 的恒温恒湿环境中进行收缩测试 。 2分析与讨论 2 1 早期保湿养护时间对充填层混凝土干缩变形的影响 图 2是早期保湿养护 时间对 自密实混凝 土干缩变形影 响 的曲线， 由图可知， 早期保湿养护对自密实混凝土干缩变形值 影 响显著， 成型 1 d 后 即拆模进行干缩测试 的自密实混凝土各龄 期干缩变形值大大高于拆模后再保湿养护 2 d的自密实混凝土 的干缩变形值。 前者 l 8 0 d干缩值达到 5 6 7个微应变 ， 而后者仅 为 4 8 3个微应变 ， 比前者降低 1 5 左右。 自密实混凝土胶凝材料 用量较大， 且粉煤灰掺量高， 早期强度发展相对普通混凝土更 慢 ， 在其成型早期若保湿养护不足， 水泥浆体密实度差， 内部粗 大毛细孔结构偏 多 ， 在 干燥 环境 中， 其 内部水分更容 易向外 界 散失， 引起干缩变形增大。 2 2 细骨料细度模数对充填层混凝土干缩变形的影响 细骨料细度模数表征细骨料 中粗细颗粒含量 的多少， 由图 1 可以看 出 ， 试验所用两种细度模数不 同的河砂 ， 细度模数 为 1 9 的河砂在 0 1 6 2 5 mm 范 围内颗粒含量 大大高 于细度模数 为 2 7的河砂 ， 特别是在 O _ 3 1 5 mm这一级， 两种河砂的筛余量相 差达 3 5 ， 这表明细度模数 1 9的河砂细颗粒含量高 。 表 2 充填 层混凝土配合比 曼 冬 婚 龄期 ， d 图 2 早期保湿养护对充填层混凝土干缩变形的影响 表 3充填层混凝土拌合物性能 图 3所示为细度模数对充填层混凝 土干缩变形 的影响 ， 由 图可知 ， 细骨料细度模数由2 7降低至 1 9 ， 其干缩变形值增加 1 26 龄 期 d 图 3 细度模数对 充填层混凝土干缩变形的影响 量最 大( 1 5 0 d ) 为 3 1 个微应变 ， 增幅约 6 ， 说明细度模数变化 对充填层混凝土于缩变形影响较小， 这与文献【 3 】 研究结果一 致 ， 即细骨料 含量 的增加 ， 会增 大 自密实混凝土的收缩变形 ， 但 在本试验条件下， 细骨料细度模数对充填层混凝土收缩性能影 响不大。 另外 ， 结合表 3拌合物性能测试结果可以看到， 虽然细 度模数对 自密实混凝 土干缩变形影响很小 ， 但对 自密实混凝土 的流动性和填充性却有明显影响， 细度模数的降低， 可大大改 5 5 4 4 3 3 2 2 1 l 【】 警雠姆 _ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 善其拌合物工作性能。 在细骨料总用量不变的情况下， 细度模数 的降低意味着水泥砂浆浆体 含量 的增加 ， 虽然这有利 于改 善 自 密实混凝土拌合物的流动性能， 但随着浆体含量的增加 ， 粗骨 料 间的间距 可能增大 ， 如图 4 所示 。 ( a J 细度模数 大 ( b ) 细度模数 小 图 4细度模数对粗骨料在 浆体 中间距的影响示意图( R r ) 2 3 粗骨料最大粒径对充填层混凝土收缩变形的影响 一 般而言， 降低粗骨料的最大粒径有利于提高混凝土拌合 物的流动性和间隙通过能力， 但同时也可能引起混凝土体积稳 定性 的变差 ， 相 对极 端的情形类似 于从 混凝土到砂浆 ， 后者干 缩变形 比前者高出一个数量级 。 本试验充填层混凝土拌合物性 能如表 4 所 示 ， 收缩 变形试验结果如 图 5所示 ， 粗骨料粒径对 自密实混凝 土干缩变形影 响很 小 ， 基 本可以忽略 ； 而对 自身收 缩变形则影响明显， 粗骨料最大粒径由2 0m m降低至 1 0 m i l l ， 各 龄期 自身收缩变形增加 5 2 5 左右 。 粗骨料粒径减小 ， 相 当于 增加了体系的浆体含量， 削弱了粗骨料对水泥浆体收缩的约束 能力 ， 也就加大了收缩变形 。 基于板式无砟轨道现场 的施T工 表 4 充填层混凝土拌合物性能 呈 、 趔 警 婚 三 、 趟 婷 亦 _ 龄期 d 【 b ) 自身收缩 变形 图 5 粗骨料最大粒径对充填层混凝土收缩变形的影 响 况 ， 充填层结构厚度为 1 2 1 8 c m， 且有一层钢筋 网片 ， 对于充填 层混凝土， 其粗骨料粒径以不超过 1 6 n 2 ff l 为宜。 2 4 胶凝材料用量对充填层混凝土收缩变形的影响 图6是胶凝材料用量对自密实混凝土收缩变形的影响。 由图 可知 ， 胶凝材料用量 对 自密实混凝土 收缩 变形有较大影 响， 特 别对自身收缩变形影响更为明显， 胶凝材料用量每增加 2 0 ， 自密实混凝土干缩变形值和 自身收缩变形值 以 1 0 2 0 幅度 增加。 影响混凝土收缩变形的重要因素之一是骨料的用量4 - ， 混凝 土的收缩 S 与水泥净浆收缩 S 之 比( 即收缩 比) 取决于骨 料 的含量 O ， 即 s s ( 1 一 O t ) ， 式 中 n为经 验 系数 ， 骨料 含量越 高， 混凝土收缩变形越小 ， 反之亦然。 当水胶 比固定不变时 ， 胶凝 材料用量就反映了水泥浆和集料 的比例 ， 即浆集 比l 5 l ， 胶凝材料 用量越高 ， 浆集 比越大， 混凝 土收缩变形越大 。 宝 、 ：崮 婷 55 0 500 450 0 400 350 婪 3 0 0 垂2 5 0 20 0 亦 1 5 0 1 O 0 5 O U 3 0 6 0 90 l 2 U J 5 0 l U 2l U 龄期 ， d f b 1 自身 收缩变形 图 6 胶凝材料用量对 充填层混凝土收缩变形的影响 另外， 9 0 d 前充填层混凝土 自身收缩变形占到干缩变形的 5 0 ， 随着龄期延长， 自身收缩变形值占干缩变形值的密度进一 步增加， 2 1 0 d自身收缩值占其干缩值比例上升为 7 4 。 由此可 见 ， 对于充填层混凝土而言， 应严格控制其干缩变形， 尤其是对 自身收缩变形的控制， 有必要加强对其 自身收缩变形的控制。 结合表 5胶材用量对自密实混凝土丁作性的影响可知， 增加胶 凝材料用量对改善混凝土拌合物 丁作性效果 显著 ， 但从 自密实 混凝土体积稳定性考虑 ， 还是应 限制胶凝材料用量 。 胶凝材料 表 5充填层混凝土拌合物性能 l 2 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 用量改善工作性能和降低体积稳定性这一矛盾， 应以降低充填 层混凝土收缩变形 为主 ， 在 满足工作性能 的前提下 ， 尽 可能 降 低胶凝材料用量 ， 并通过掺加矿物掺合料， 尤其是惰性掺合料 可实现充填层混凝 土丁作性与体积稳定性 的统一。 3结 论 ( 1 ) 早期保 湿养护对充填层混凝土干缩 变形影响显 著 ， 经 过 2 d 保湿养护后 ， 自密实混凝土干缩变形 比未进行保湿养护的 干缩变形降低 1 5 ( 2 ) 细骨料 细度模 数对充填层混凝土 干缩 变形影响较小 ， 但细度模数的降低有利于自密实混凝土工作性的改善。 粗骨料 最大粒径对充填层混凝土干缩变形影 响较小 ， 但对 自身收缩变 形有一定影响 ， 粗骨料最 大粒径 由 2 0 mm 降低 至 1 0 mm， 各龄 期 自身收缩变形 值增 大 5 2 5 ， 对于充填层 混凝 土 ， 其最大 粒径宜小 于 1 6mm。 ( 3 ) 胶凝材料用量对充填层混凝土干缩变形 和 自身收缩变 形均有显著影响， 胶凝材料用量每增加 2 0 ， 混凝土收缩变形 值增大 1 0 2 0 ? 上接第 9 2页 学化的涵盖 客户资源 、 营销 、 生产 、 采 购 、 库房 、 质 量 、 lL r 艺 、 设 备 、 计量 、 控制 、 财务等完 整业 务流 的知识管理平 台和成本管理 体系 ， 形成事前预 测 、 事 【 f | 控 制 、 事 中考 核三位 一体 的管理体 系 ， 并 已形 成公司最重要 的企业 文化 内涵之一 ， 改变着每个员 工的行为方式和价值观， 并且信息化建设带给公司显著的经济 效益 。 啦睁 。 。 。 一旺 困 伽I 甜E 黜 t 脾i t 日 魁目 两 ， 衄= I 。 翻 i E 1 M! 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