高速铁路人行道步板和电缆槽盖板技术指标探讨

李化建，易忠来，谢永江

(1.中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081;2.高速铁路轨道技术国家重点实验室，北京 100081)

活性粉末混凝土和无机复合型混凝土因其优异的力学性能可加工成厚度较小的人行道步板和电缆槽盖板，从而减轻桥面二期恒载，提高桥面设施的耐久性，减轻安装时的劳动量。以活性粉末混凝土和以无机复合型混凝土为基材的人行道步板和电缆槽盖板被广泛应用于高速铁路工程，并被纳入铁路行业暂行技术条件，正在上升为铁路行业标准。活性粉末混凝土作为一种超高性能的水泥基材料在高速铁路人行道步板和电缆槽盖板中的成功应用，推动了活性粉末混凝土在不同行业的推广应用。鉴于活性粉末混凝土优异的性能与特殊的测试方法，国家正在编制《活性粉末混凝土》、《活性粉末混凝土抗氯盐侵蚀电化学测试方法》、《固废制备的活性粉末混凝土抗冲击性能试验方法》3部国家标准。本文对比了现行人行道步板和电缆槽盖板的暂行技术条件，分析了两类材料技术指标的差异，结合正在制定的国家标准，分析了现行技术条件中可能存在的问题，以期为高速铁路人行道步板和电缆槽盖板技术条件的制定提供参考。

1 高速铁路人行道步板和电缆槽盖板相关技术条件

目前颁布人行道步板和电缆槽盖板的技术条件有两个:①是《客运专线活性粉末混凝土(RPC)材料人行道挡板、盖板暂行技术条件》［1］;②是《客运专线桥梁用无机复合型混凝土电缆槽盖板和人行道步行板暂行技术条件》［2］。两个技术条件对基体材料的要求如表1所示。虽然两个技术条件针对的对象都是人行道步板和电缆槽盖板，但由于采用的基体材料不同，其力学性能、弹性模量以及耐久性指标的要求也不尽相同。

表1 电缆槽盖板和人行道步板基体材料的技术要求

《活性粉末混凝土构件施工要点手册》将活性粉末混凝土分为R80，R100，R130，R160和R200五个等级，具体指标见表2［3］。这种分类可以方便不同结构选择使用其适宜的活性粉末混凝土材料。对比表1和表2可知，两者所规定的指标略有不同，如R130类型，暂行技术条件中活性粉末混凝土材料抗冻等级要求为F500，施工要点手册中要求抗冻等级为F600。

表2 活性粉末混凝土材料分类

2 高速铁路人行道步板和电缆槽盖板相关技术条件存在问题

2.1 基体材料定义

活性粉末混凝土是由超细活性粉末、水泥、优质石英砂、高强钢纤维等组分，通过最优化级配设计，经高温热合等特定工艺制备而成的高技术复合材料。活性粉末混凝土材料是由Reactive Powder Concrete(简称为RPC)翻译而来。法国 Marks Robert Alfred等于2000和2001年申请了Reactive powder concrete compositions和Reactive powder concrete composition including polycarboxylic ether polymer type superplasticizer专利［4-5］，随后 Septfons Martine等申请了 Concrete composition of reactive powders and method for making an element therrof专利［6］。在《铁路混凝土施工技术指南》(铁建设［2010］241 号)［7］和《铁路混凝土工程施工质量验收标准》(TB 10424—2010)［8］中，将活性粉末混凝土称为纤维增强砂浆。正在制定的《活性粉末混凝土》国家标准中将活性粉末混凝土定义为以水泥、矿物掺合料、细骨料、高强度微细钢纤维或有机合成纤维等原料生产的超高性能纤维增强细骨料混凝土，并分为制品用活性粉末混凝土和现浇活性粉末混凝土。国家标准在定义上从原材料和施工工艺两方面扩充了活性粉末混凝土的内涵:活性粉末混凝土不仅仅使用钢纤维，还使用有机合成纤维;生产方式不仅包括蒸养，还包括现场浇注。

无机复合型混凝土是指除钢筋和网状增强材料外，由水泥基胶凝材料、骨料、短切纤维、适量改性剂和外加剂、水等制成的功能性高强高性能混凝土。该定义容易引起误解，因为混凝土本身就是无机材料。

2.2 基体材料的指标

由于两种基材性能的差异以及构件设计厚度的不同，用于人行道步板和电缆槽盖板基材时，活性粉末混凝土与无机复合型混凝土技术指标差别较大，如抗压强度相差将近2倍，抗冻等级相差2.5倍。另外，无机复合型混凝土还规定了混凝土耐磨性和耐人工气候老化性能指标，耐磨性要求磨坑长度不大于35 mm，耐人工气候老化性能指标要求经过300 h人工气候老化后混凝土抗压强度损失不大于10%，且外观无起泡、开裂和剥落。耐人工气候老化性能多是针对高分子材料，从其引用的试验方法标准《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射曝露滤过的氙弧辐射》中也得以验证，对于混凝土材料采用耐人工气候老化性能来评价值得商榷。

如何根据步板和盖板承载力要求来确定其基体材料性能以及两种基体材料所制备构件的适用范围应该在规范中明确。

2.3 基体材料的试验方法与试验龄期

《客运专线活性粉末混凝土(RPC)材料人行道挡板、盖板暂行技术条件》规定采用电通量指标来评价活性粉末混凝土抗氯离子渗透性。钢纤维的掺入会使活性粉末混凝土在电通量检测时温度骤升，影响测试结果。正在制定的国家标准《活性粉末混凝土抗氯盐侵蚀电化学测试方法》就是针对目前采用电通量测试方法检测活性粉末混凝土存在的问题，提出了一种新的活性粉末混凝土抗氯离子侵蚀测试方法。

《客运专线活性粉末混凝土(RPC)材料人行道挡板、盖板暂行技术条件》中关于活性粉末混凝土所规定的所有指标(抗压强度、抗折强度、弹性模量、氯离子渗透量和抗冻等级等)均没有给出试验测试龄期。水泥基材料的性能是时间的非线性函数，不同龄期其性能相差较大。对于人行道布板和电缆槽盖板这种蒸养方式的小型构件，其基体材料试验龄期与高性能混凝土可能不同。合理的试验龄期应根据活性粉末混凝土材料性能随时间发展规律来确定。对于无机复合型混凝土，其耐人工气候老化性能试件的试验龄期也未明确。

3 对高速铁路人行道步板和电缆槽盖板技术要求的建议

1)规范基材的术语

作为行业技术规范所提出的专业术语应准确概括其内涵，让同行人认可，不引起歧义。因此，无论是活性粉末混凝土还是无机复合型混凝土，都应明确其定义及其定义的出处。

2)明确人行道步板和电缆槽盖板的设计使用年限

按使用寿命设计已被纳入《铁路混凝土结构耐久性设计规范》［9］，该规范规定小型构件的设计使用年限不得小于30年，但此设计使用年限所指对象是普通混凝土，因此，如采用活性粉末混凝土材料或无机复合型混凝土所制备的人行道步板和电缆槽盖板应按其性能明确设计使用年限。

3)明确试验方法与试验龄期

应明确基体材料试验的所有龄期，其龄期的确定既要考虑测试周期，又要考虑材料性能发展。只有试验龄期确定了才能使检测评价统一。

4)明确原材料的技术要求

活性粉末混凝土关键原材料——复合掺合料的技术要求在其技术条件中没有给定;无机复合型混凝土关键原材料——网状增强材料的技术要求也尚未给出。为了确保制品质量，应对这些关键原材料的性能给出规定。

5)扩大可应用原材料的范围

活性粉末混凝土材料中使用石英砂，由于受石英砂资源分布和储量的限制，石英砂的成本很高，且无法满足高速铁路的需求。因此，研究河砂、尾矿砂取代石英砂已成为降低活性粉末混凝土材料成本、解决资源短缺问题的有效技术途径。研究表明［10-13］，用河砂全部取代石英砂来制备活性粉末混凝土材料，其性能完全满足《客运专线活性粉末混凝土(RPC)材料人行道挡板、盖板暂行技术条件》的规定，文献［11］中采用河砂和石英砂制备的活性粉末混凝土抗压强度、抗折强度和弹性模量如表3所示。充分验证了用河砂制备活性粉末混凝土材料的可行性。正在制定的《活性粉末混凝土》国家标准中除了给出石英砂的指标之外，还给出了用于活性粉末混凝土的河砂指标。建议将正在修订的铁路行业活性粉末混凝土相关标准中细骨料的范围扩展到河砂。

表3 活性粉末混凝土材料力学性能

4 结论

技术规范是建设资源节约型绿色高速铁路的重要保障和依据，在技术规范的制定过程中既要考虑结构的功能性，又要力求技术经济最优化，这是从源头来实践高速铁路建设过程中的节能减排。高速铁路人行道步板和电缆槽盖板技术指标的确定和原材料的选择应充分体现技术性与经济性的统一，并应与国家有关标准衔接。

［1］中华人民共和国铁道部.客运专线活性粉末混凝土(RPC)材料人行道挡板、盖板暂行技术条件［S］.北京:中国铁道出版社，2006.

［2］中华人民共和国铁道部.客运专线桥梁用无机复合型混凝土电缆槽盖板和人行道步行板暂行技术条件［S］.北京:中国铁道出版社，2008.

［3］铁道部工程管理中心.活性粉末混凝土构件施工要点手册［M］.北京:中国铁道出版社，2009.

［4］MARKS R A，FLETCHER K W.Reactive powder concrete compositions:France，AU20000032535D 20000505［P］.2000-11-09.

［5］MARKS R A，FLETCHER K W.Reactive powder concrete composition including polycarboxylic etherpolymertype superplasticizer:France，NZ20000504362 20000505［P］.2001-08-31.

［6］SEPTFONS M，RISSON T，MAXIMILIEN S，et al.Concrete composition of reactive powders and method for making an element therrof:France，EP20020291194 20020514［P］.2002-11-20.

［7］中华人民共和国铁道部.铁建设［2010］241号 铁路混凝土施工技术指南［S］.北京:中国铁道出版社，2010.

［8］中华人民共和国铁道部.TB 10424—2010 铁路混凝土工程施工质量验收标准［S］.北京:中国铁道出版社，2010.

［9］中华人民共和国铁道部.TB 10005—2010 铁路混凝土结构耐久性设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2010.

［10］李化建.高速铁路混凝土结构防腐蚀材料技术开发研究［R］.北京:中国铁道科学研究院，2011.

［11］陈惠苏，孙伟，赵国堂，等.人行道盖板生态纤维增强混凝土技术研究［J］.铁道建筑，2010(9):127-131.

［12］陈尚伟，徐立斌，佘东林，等.关于山砂及山砂混凝土应用中几个问题的探讨［J］.铁道建筑，2013(12):135-137.

［13］李化建，易忠来，谭盐宾，等.一种以河砂或尾砂为骨料的活性粉末混凝土及其制备方法:中国，201010133815.9［P］.2010-06-10.