高速铁路自密实混凝土的研究和应用

梁高才

(中铁五局一公司，湖南 长沙 410117)

0 引言

早在20 世纪80 年代，日本相关的科学人员就意识到如何增强混凝土结构耐久性的问题。如果想要得到较高的耐久性，则需要操作熟练的技术人员经过足够的时间振捣才能完成，考虑到在日本施工领域的专业技术人才连年减少，进而导致了混凝土结构施工质量不达标。在这种情况下，自密实混凝土概念提出，即仅仅依靠自身重力使混凝土密实地填充模板，而这一概念是在1986 年由Okamura 正式提出［1］。随着技术的不断完善，比如超塑化剂的研发就使得自密实混凝土从理论层面向实际工程应用的实现更进一步。近年来，自密实混凝土已在美国、欧洲、日本等发达国家推广应用。

1 自密实混凝土的性能特点

首先，自密实混凝土的性能主要包括高流动性、抗离析性和填充性，基于此性能，自密实混凝土拥有众多优点:

1)保证混凝土良好的密实。

2)提高生产效率。

3)改善工作环境和安全性。

4)改善混凝土的表面质量。

5)增加了结构设计的自由度。

其次，自密实混凝土高粉体用量、低水胶比、低骨料用量的配合比特征以及自密实混凝土高流动性决定了自密实混凝土的敏感性特点。

1)原材料敏感性。

原材料的性能在一定程度上决定着自密实混凝土的性能，特别当原材料的性能相对波动较大，会严重影响混合物性能。

2)温度敏感性。

考虑到自密实混凝土制作过程中加入了大量的胶凝材料、外加剂等，这样，当外界环境温度过高时，就会导致水分从水泥析出及降低外加剂的减水作用，其工作性能会下降，施工入模温度应控制在5 ℃～30 ℃。

3)时间敏感性。

相关技术人员研究了自密实混凝土性能随时间的变化规律，发现在时间段内的某一时刻自密实混凝土会失去工作性能。如果混凝土自身密实无法实现，那么将会影响到材料的性能和施工效果。所以在现场施工时，应保证各环节都能如期完成，避免出现脱节进而影响到混凝土结构的质量。

2 自密实混凝土的配制原理

自密实混凝土的制作过程相对复杂，但其关键之处就在于保证其流动性与抗离析性能够相互协调。具体来讲，就是保证自密实拌合物在多相流的流速很快时，不会发生骨料沉淀到混合物中，从而有很好的和易性。

自密实混凝土其原理主要是宾汉姆方程，即τ=τ0+ηy。其中，τ 为混凝土内部产生的剪应力;τ0为屈服应力;y 为剪切速率;η为塑性粘度，代表了混凝土自身内部阻碍流动的一种性能，η 值越大，则说明在同等外力的情况下混凝土拌合物的流速越小。另外传统制作工艺即振捣工序的目的就是减小τ0的值，从而使混凝土保持液态流动密实成型，同理，自密实混凝土的制作过程，通过掺入粉煤灰和高效减水剂等原材料，充分考虑高效减水剂与水泥的适用性，寻找合适的配合比，使τ0达到同样的范围，保证流动性和抗离析性的统一，拌合物能很好的密实填充模板各处，形成均匀的结构。

自密实混凝土配合比应根据应用结构形式的特点，工艺和环境因素进行设计，在综合考虑混凝土自密实性能、强度、耐久性的基础上，提出初步配合比，经实验室试配得出满足工作性要求的基准配合比，并进一步经强度、耐久性复核得到生产配合比。

自密实混凝土配合比设计采用绝对体积法，水胶比小于0.42，胶凝材料用量控制在450 kg/m3～550 kg/m3，并通过增加胶凝材料的方法适当增加浆体体积或通过添加外加剂来改善混凝土的粘聚性和流动性。

3 自密实混凝土应用技术规程

自密实混凝土技术在建筑施工领域越来越受到重视，并对该行业作出了突出的贡献。因此在2006 年中国就出炉了有关自密实混凝土的技术规程，即2006《自密实混凝土应用技术规程》，这部规程又被称作自密实混凝土标准CECS 203，是首部有关自密实混凝土的官方标准和文件，在自密实混凝土的发展史上具有划时代的意义［2］。但是其中对于该项技术的一些标准划定的太高，不接地气。因此6 年后，新的行业标准JGJ/T 283—2012 自密实混凝土应用技术规程颁布，从此国内的技术便以新颁布的为准。

鉴于骨料对自密实混凝土自密实性的重要影响，因此新规程也同样给出粗细骨料参数。该规程在基于大量研究结果的基础上，规定1 m3的混凝土拌合物中掺杂的粗骨料体积范围取0.28 m3～0.35 m3为宜，当取值不在该范围时均会影响自密实拌合物的性能。同样，在制作时砂浆中砂的体积分数宜控制在0.42～0.45，既能保证强度，又能保证其稳定性。

4 自密实混凝土在高速铁路中的应用

4.1 自密实混凝土应用概况

国内自密实混凝土首次应用在高速铁路中的项目是京津城际铁路亦庄车站，亦庄车站2 号/4 号渡线道岔采用2 组18 号板式无砟道岔。填充层创新性地采用C40 自密实混凝土，通过重力式灌注，道岔分组施工。其中，自密实混凝土按照规范要求扩展度应大于700 mm，28 d 抗压强度不应小于40 MPa;C40 自密实混凝土也成功应用在武广高铁花都车站建设中［3］。

4.2 存在的问题与解决方案

1)自密实混凝土应用的空间发生变化会引起对自密实混凝土性能要求的改变，因此应充分了解各种应用范围的要求，根据结构形状、尺寸、配筋状态、施工方式等特点选择自密实性能指标，相对工民建筑而言，高速铁路要求有更高的自密实性能，必要时还应采取其他的施工措施。

2)自密实混凝土除了受空间的影响存在不同的问题外，这种技术与铁路的条状分布结构也存在一定程度的不一致现象。这种不一致主要体现在自密实混凝土的原材料对周围环境具有很大的依赖性，在一处取得的原材料在下一处就会不适合甚至冲突。为克服这一问题，要求现场施工人员采用自密实混凝土时必须就地取材，不可贪图一时的便利而制造出不适合当地环境的混凝土。此外，在选用原材料时要注重原料的稳定性，将这一性能放在第一位进行考虑。

3)自密实混凝土本身具有很高的时效性，但搅拌站的分布却过于分散，不能在最快的时间内将混凝土输送到需要的地方，使得原本高质量的混凝土因延时而变差。虽然目前铁路沿线的搅拌站已经可以为铁路施工提供自密实混凝土，但这是远远不够的，搅拌站的数量需要进一步增加。除此之外，要尽力缩短由搅拌站到施工现场运输自密实混凝土的时间，安排专路专线专人负责，以提高工作效率和保证自密实混凝土的质量。

5 结语

自密实混凝土相比于传统的混凝土有着独特的优势，在建筑施工领域广受欢迎。在目前国内的高速铁路建设一日千里的背景下，自密实混凝土更是受到了前所未有的重视。鉴于此，本文从自密实混凝土的性能特点出发，重点对其中的技术原理及其应用进行了探讨，随后从专业的角度提出了目前自密实混凝土本身存在的问题并提出了建议解决方案，从而为进一步完善自密实混凝土技术并扩大其应用范围作出贡献。

［1］刘小洁，余志武.自密实混凝土的研究与应用综述［J］.铁道科学与工程学报，2006(2):6-10.

［2］齐永顺，杨玉红.自密实混凝土的研究现状分析及展望［J］.混凝土，2007(1):25-28.

［3］赵 筠.自密实混凝土的研究和应用［J］.混凝土，2003(6):9-17.