路基支承层水硬性混合料质量控制

摘要：本文依据兰新铁路第二双线无砟轨道路基支承层施工实践，对无砟轨道路基支承层水硬性混合料配合比设计及施工质量控制做了研究，确定了无砟轨道路基支承层施工控制要点。

关键词：支承层 水硬性混合料 施工控制

中图分类号：S757.4+2文献标识码：A

1．路基支承层材料存在的问题和研究思路

1.1 存在的问题

支承层是位于双块式无砟轨道道床板和路基基床表层之间的中间过渡层，由骨料、水、水硬性胶凝材料组成，通常要求具有一定的强度和较高的稳定度。根据施工方式不同，支承层材料可分为水硬性混合料和低塑性水泥混凝土。由于滑模摊铺工艺对工装要求非常高，目前国内支承层施工大多采用立模浇筑的低塑性水泥混凝土。结合现场施工经验发现，水硬性混合料在路基支承层的施工过程中，较低塑性水泥混凝土施工快捷，且实体结构物的外观质量相对均匀，因此本标段主体路基段均采用滑模摊铺工艺施工。[1]调查支承层施工情况，结合《客运专线铁路无砟轨道支承层暂行技术条件》(科技基[2008]74号)，目前的支承层材料存在以下几方面的问题：

（1）胶凝材料用量过多，单方用水量过大；

（2）支承层材料强度过高，远远超出规范规定的12MPa～18MPa的要求。

以上问题的出现，直接导致支承层收缩量增加，引起开裂，从而导致道床板的开裂。因此，结合现场施工经验，针对出现的问题，研究水硬性混合料的配制，通过现场试铺，确定水硬性混合料的制备技术。

1.2 研究思路

为满足现场施工，避免水硬性混合料的开裂，着重选择原材料的品质，提出合理的配合比，配制满足强度要求的低收缩混合料。在施工方面，采取滑模摊铺施工工艺，制定严格的养护措施，保证支承层的施工质量。

2．水硬性混合料的制备技术研究

2.1 水硬性混合料技术要求

根据《客运专线铁路无砟轨道支承层暂行技术条件》（科技基[2008]74号），水硬性混合料性能应满足表2.1-1的要求。

表2.1-1 水硬性混合料的技术要求

2.2 试验方案

结合《客运专线铁路无砟轨道支承层暂行技术条件》（科技基[2008]74号）的相关要求，水硬性混合料配合比试验时，应通过击实试验确定最大干密度和最优含水率。水硬性混合料成型时，根据最优含水率拌制混合料，并通过套模加压振动方法使试件达到最大干密度。本方案配合比设计，水硬性混合料制备采用7%、9%、11%的胶凝材料用量，进行混合料的击实和抗压试验，初步确定胶凝材料用量。然后调整胶凝材料用量和用水量，确定最优含水率和最大干密度，成型试件进行力学性能试验和收缩性能测试。

2.3 试验方法

（1）水硬性混合料的最大干密度和最优含水率试验按TB10102-2010中的轻型击实方法规定进行。

（2）水硬性混合料试件的成型采用套模加压振动方法，抗压强度采用（150×150×150）mm立方体试件，抗折强度采用（100×100×400）mm棱柱体试件。试件成型时，根据最大干密度和最优含水率，计算理论用料量。试件成型1d后脱模，然后放入湿度大于95%，温度为（20±2）℃的标准养护室进行养护，至规定龄期进行抗压和抗折试验。

收缩性能采用（100×100×515）mm棱柱体试件，1d后脱模，立即采用保鲜膜包裹封闭，防止水分散失，放入养护室（温度20℃±2℃，湿度60%±5%）养护。自成型之日起第3d测试试件初长，测试初长后第7d拆除包裹物继续养护至规定龄期进行收缩性能测试。

2.4 混凝土配合比试验参数及选定

2.4.1 试验参数的确定

试验选取7%、9%、11%的三种胶凝材料掺量，粉煤灰采用等量替代法，掺量均为总胶凝材料用量的30%，分别进行混合料击实以及抗压强度试验，不同胶凝材料用量的混合料各项性能指标见表2.4-1。

表2.4-1 不同胶凝材料用量的混合料各项性能指标

从表2.4-1可以看出，随着胶凝材料的增加，水硬性混合料的强度增加明显，但水硬性混合料的强度在胶凝材料掺量为11%时，就已经超出了规定值。同时，试验过程中发现，当胶凝材料掺量为7%时，混合料试件表面粗糙，同时试件表面有部分松散的细骨料，说明混合料的浆体明显不足，7%的胶凝材料掺量较少。而胶凝材料掺量为9%时，成型的试件表面较好。

2.4.2 水硬性混合料配合比选定

选取胶凝材料掺量为9%，粉煤灰掺量为总胶凝材料用量的30%，砂率为42%，通过击实试验确定最大干密度和最优含水率。水硬性混合料击实试验结果见表2.4-2。

表2.4-2水硬性混合料击实试验结果

根据最大干密度和最优含水率确定的基准配合比，成型试件进行力学性能测试（28d抗压强度、28d抗折强度）和收缩性能测试（28d收缩率）。试验结果见表2.4-3。

表2.4-3 水硬性混合料性能测试结果

上述试验结果均满足《客运专线铁路无砟轨道支承层暂行技术条件》（科技基[2008]74号）之规定，因此选定上述配合比作为理论配合比，理论配合比见表2.4-4。

表2.4-4水硬性混合料配合比（kg/m3）

3．路基支承层施工质量控制

3.1施工前准备工作

路基支承层水硬性混合料施工前，应对所有进场原材料按频率取样检测，合格后方可使用。为防止混合料膨胀开裂，还应每两个月对所使用的粗、细骨料进行碱活性检验，严禁使用砂浆棒膨胀率大于0.30%的骨料，对于砂浆棒膨胀率大于0.10%的骨料，应进行抑制效能试验。

水硬性混合料的含水率直接影响到摊铺后的压实状态以及支承层材料的稳定性，因此拌合站在拌制混合料之前，必须严格测定粗、细骨料的含水率，正确计算施工配合比。原则上每工作班至少抽测一次，雨天应增加抽测次数。在混合料拌制过程中，应随时抽样检测含水率，确保混合料在到达现场时，基本处于最优含水率状态。

3.2 施工过程控制

3.2.1 基本要求

由于水硬性混合料中胶凝材料用量和用水量较少，混凝土搅拌时，必须按照批准的施工配合比准确称量混凝土原材料，其最大允许偏差应符合下列规定（按重量计）：

①胶凝材料（水泥、矿物掺合料等） ±1%；

②粗、细骨料 ±2%；

③拌和用水 ±1%。

同时，严格按照相关规定进行拌合机各材料秤的校准工作。原则上，水泥秤、粉煤灰秤和水秤每周自检不少于1次，砂、石秤每月自检不少于1次，且误差在规定的范围之内。

3.2.2 混合料的搅拌和运输

（1）搅拌：水硬性混合料的搅拌至关重要，施工中发现，当水硬性混合料搅拌时间不足时，导致混合料搅拌不均匀，尤其是胶凝材料分布不均匀。支承层取芯时发现，部分芯样表面光滑平整；而部分芯样表面粗糙，且能明显感觉到芯样侧面有较多的砂粒。通过试件抗压，表面光滑的芯样，其抗压强度远远高于表面粗糙的芯样。因此，在混合料搅拌时间控制上，要求混合料搅拌时间不能低于120s。若胶凝材料用量、用水量更少时，还应延长混合料的搅拌时间。

（2）运输：混合料应采用自卸车进行运输，一般情况下，应根据运输的距离确定自卸车的数量，确保滑模摊铺工作连续进行。在运输的过程中应保证混合料的均匀性，至摊铺点时不发生分层、离析和泌浆等现象。更重要的是，自卸车在运输过程中，必须采用塑料薄膜覆盖混合料，防止混合料因水分散失引起含水率变化。原则上，出站后两小时内未摊铺的混合料严禁用于路基支承层施工。

3.2.3 施工现场控制

施工过程中发现，摊铺机行走速度的快慢直接影响支承层的外观质量和密实度。行走速度过快，支承层表面粗糙，呈鱼鳞状，同时，密实度也远远达不到98%的要求，当然也直接影响到支承层的强度。因此，在支承层施工过程中，必须严格控制摊铺机的行走速度，建议控制在0.6m/min～1.2m/min。

3.3 支承层的养护

支承层的养护是决定后期强度增长的关键因素。针对于本段大风、干燥、昼夜温差大的环境，支承层材料摊铺后，应及时覆盖塑料薄膜以及防风布，以保证其环境湿度，避免支承层因干燥收缩引起早期开裂。其次，支承层材料因其胶凝材料用量较少，强度增长较慢，早期受冻容易破坏。一般情况下，支承层材料的7d强度能达到28d强度的50%以上，即可达到5MPa的临界抗冻强度要求，因此要求摊铺完成的支承层7d内不得受冻。[2]当气温变化较大时，存在低于0℃的可能时，应做好对新浇筑支承层的受冻保护，可采用保温棉被覆盖，必要时，可通过电热毯加热升温等方式。但当气温低于5℃时或雨雪天气时，不宜进行支承层施工。

4．结束语

国内无砟轨道的技术得到广泛应用，而滑模摊铺施工技术仍处于探索的阶段。采用滑膜摊铺工艺时，水硬性混合料的成型质量与摊铺机的功率密切相关，对于同一个配合比，不同的摊铺机施工出来的效果完全不一样。在实际施工过程中，往往是根据摊铺机的功率来调整混合料的配合比，但支承层的质量又无法得到保证，这也是滑模摊铺工艺得不到推广的原因之一。若使用摊铺碾压工艺，又无法保证碾压密实后支承层的外形尺寸以及支承层的整体性。因此，对于水硬性混合料的施工，无论是在配合比设计上，还是在施工工法上，都需要不断的研究，使水硬性混合料的制备技术及施工工艺更加成熟。

参考文献

[1]中国铁道科学研究院.干旱风沙地区混凝土和无砟轨道施工质量控制措施研究,2012.8

[2]中国铁道出版社.《客运专线铁路无砟轨道支承层暂行技术条件》(科技基[2008]74号).北京,2009