陳 浩，朱爾玉，白正偉

(1.中鐵十四局集團房橋有限公司，北京 102488； 2.北京交通大學，北京 100044)

0 引言

高速鐵路CRTSⅢ型無砟軌道先張法預應力混凝土軌道板(CRTSⅢ型軌道板)是具有我國自主知識產權的高速鐵路無砟軌道結構[1]，經歷單元臺座法、矩陣臺座法、流水機組法的發(fā)展歷程，正處于由機械化、自動化制造向智能制造發(fā)展階段。在智能制造生產過程中，軌道板產品的生產具有大規(guī)模、高質量、智能化等特點。因此，需設計適用于智能制造生產的混凝土配合比，以滿足高質量、經濟性要求。

在軌道板混凝土配合比研究中，曹虎等[2]研究了普通摻合料及專用摻合料對CRTSⅢ型軌道板混凝土工作性能及力學性能的影響，并給出了可達到CRTSⅢ型軌道板混凝土設計要求的配合比；劉檳豪[3]研究了高性能混凝土配合比設計中原材料對結構強度和耐久性的影響，并深入分析了耐久性影響因素；趙年全[4]研究了CRTSⅡ型無砟軌道板混凝土配合比，基于不同環(huán)境溫度，通過試驗研究了混凝土入模溫度對結構強度的影響，給出了滿足結構強度和耐久性的早強型混凝土配合比。已有研究[5-6]基本未考慮基于智能制造大規(guī)模、批量化生產的結構混凝土配合比設計。

CRTSⅢ型軌道板在智能化生產過程中，選用機組流水法組織生產，可有效提高生產效率與質量，并保證軌道板使用性能。但現有機組流水法自動蒸養(yǎng)系統(tǒng)在CRTSⅢ型軌道板大規(guī)模生產中的適應性有待驗證。馬昆林等[7]在探究軌道板早期劣化原因時，發(fā)現蒸養(yǎng)造成軌道板混凝土熱損傷，加劇混凝土老化，嚴重影響結構耐久性和使用壽命。

因此，需通過優(yōu)化混凝土配合比，使軌道板生產可與基于智能制造的機組流水法相融合，以提高軌道板生產效率，并保證自動蒸養(yǎng)系統(tǒng)適用性。本文通過2組試驗，確定復合摻合料方案中最優(yōu)配合比和磨細礦渣粉方案中最優(yōu)配合比，并基于試驗數據進行分析，得到適合大規(guī)模智能制造生產的混凝土配合比。根據最優(yōu)配合比方案進行試驗生產，驗證軌道板在蒸養(yǎng)過程中自動蒸養(yǎng)系統(tǒng)能否有效完成溫度控制工作、是否存在結構熱損傷等問題，以期為基于智能制造的CRTSⅢ型軌道板大規(guī)模批量生產提供參考。

1 試驗概況

1.1 工程概況

為研制適合基于智能制造的CRTSⅢ型軌道板，課題組在寶坻軌道板場實驗室開展了試驗工作，軌道板生產設備如圖1所示。

圖1 CRTSⅢ型軌道板生產設備

1.2 試驗方法

第1組試驗分別選用水膠比為0.30，0.32，0.34的配合比方案，摻加復合摻合料。第2組試驗分別選用水膠比為0.29，0.31，0.33的配合比方案，摻加磨細礦渣粉。設置磨細礦渣粉的主要原因是其價格低廉，生產過程中利于環(huán)境保護，更適用于基于智能制造的大規(guī)模生產[8]。同時，在CRTSⅢ型軌道板生產中，大部分文獻均論述了采用磨細礦渣粉代替復合摻合料的可能性[9-11]，并通過具體試驗進行了驗證。為此本試驗考慮了磨細礦渣粉對水灰比的影響，另設了摻加磨細礦渣粉的配合比方案。

混凝土強度等級為C60，配制強度69MPa，坍落度60～100mm，膠凝材料用量≤450kg/m3，水膠比≤0.35，28d電通量<1 000C，含氣量2%～4%，不泌水，抗凍等級≥F300，彈性模量≥36.5GPa，56d收縮率≤400×10-6，總堿量≤3%，氯離子含量≤0.06%，三氧化硫含量≤4.0%。

1.3 試驗設計

第1組試驗中，混凝土材料用量如表1所示。0.30，0.32，0.34水膠比對應的混凝土配合比分別為：(水泥+復合摻合料)∶細骨料∶粗骨料∶減水劑∶引氣劑∶水=(0.9+0.1)∶1.50∶2.86∶0.01∶0.003∶0.29，(0.9+0.1)∶1.67∶2.97∶0.01∶0.003∶0.31，(0.9+0.1)∶1.85∶3.16∶0.01∶0.003∶0.33。

表1 第1組試驗混凝土材料用量

第2組試驗中，混凝土材料用量如表2所示。0.29，0.31，0.33水膠比對應的混凝土配合比分別為：(水泥+磨細礦渣粉)∶細骨料∶粗骨料∶減水劑∶水=(0.9+0.1)∶1.50∶2.67∶0.012∶0.29，(0.9+0.1)∶1.68∶2.86∶0.012∶0.31，(0.9+0.1)∶1.86∶3.03∶0.012∶0.33。

表2 第2組試驗混凝土材料用量

2 試驗結果與分析

在CRTSⅢ型軌道板生產過程中，一般要求混凝土坍落度為60～100mm，一般選用28d抗壓強度>69MPa的混凝土。試驗結果如表3所示，由表3可知，第1組試驗中，水膠比為0.34的混凝土28d抗壓強度不滿足要求；第2組試驗中，水膠比為0.33的混凝土28d抗壓強度不滿足要求。

表3 試驗結果

考慮混凝土拌合物流動性，在滿足施工操作及混凝土成型密實的條件下，盡可能選用較小的坍落度，以節(jié)約水泥，并獲得較高質量的混凝土。綜合考慮使用性能，第1組試驗水膠比選為0.30，第2組試驗水膠比選為0.29。

根據試驗結果，考慮摻合料、成本等，可得以下結論。

1)通過磨細礦渣粉代替復合摻合料，混凝土28d抗壓強度、坍落度均滿足設計要求。

2)摻加復合摻合料混凝土含氣量為3.6%，摻加磨細礦渣粉混凝土含氣量為2.9%，均滿足設計要求的2%～4%，考慮到含氣量過高會影響結構受荷后的收縮、徐變，含氣量越小越利于結構受力。

3)在材料成本方面，摻加復合摻合料的成本高于摻加磨細礦渣粉，且引氣劑增加了成本。

綜上所述，在基于智能制造的機組流水法生產過程中，若不考慮經濟因素，推薦采用摻加復合摻合料、水膠比為0.30的配合比；若考慮經濟因素，推薦采用摻加磨細礦渣粉、水膠比為0.29的配合比。

3 推薦配合比早期強度驗證

考慮到軌道板生產的經濟效益，選取摻加磨細礦渣粉、水灰比為0.29的混凝土配合比，并澆筑尺寸為150mm×150mm×150mm，150mm×150mm×300mm的混凝土試件?；炷撂涠葹?5mm，含氣量為2.8%，堿含量為2.404kg/m3，三氧化硫含量為3.531%，氯離子含量為0.047%。試驗測得150mm×150mm×150mm試件蒸養(yǎng)15h抗壓強度為55.2MPa，標養(yǎng)28d抗壓強度為78.9MPa；150mm×150mm×300mm試件蒸養(yǎng)15h彈性模量為40.2GPa，標養(yǎng)28d彈性模量為56.9GPa。

150mm×150mm×150mm混凝土試件蒸養(yǎng)15h后早期抗壓強度達28d抗壓強度的69.96%，表現出了“早強”特性，可有效縮短工期，提高大規(guī)模生產軌道板效率。

150mm×150mm×300mm混凝土試件蒸養(yǎng)15h后早期彈性模量達28d彈性模量的70.65%，表現出了早期較穩(wěn)定的抗變形能力，有利于早期先張法預應力的施加。因此，細骨料為磨細礦渣粉、水膠比為0.29的混凝土配合比設計方案可滿足提高CRTSⅢ型軌道板生產效率的要求。

4 自動蒸養(yǎng)系統(tǒng)有效性驗證

在智能制造生產過程中，自動蒸養(yǎng)系統(tǒng)較為關鍵，不當的蒸養(yǎng)溫度和蒸養(yǎng)程序會造成結構熱損傷，嚴重降低軌道板使用壽命。馬昆林等[7]采用現場調查、取樣試驗(電鏡、能譜、X衍射及壓汞)等方法，對蒸養(yǎng)混凝土軌道板在使用過程中出現早期劣化的原因進行了研究。蒸養(yǎng)使軌道板混凝土造成一定熱損傷，導致混凝土結構疏松，直接加速了混凝土結構劣化[12-13]。

自動蒸養(yǎng)系統(tǒng)常見問題為：①因溫度梯度設置不合理導致的軌道板翹曲現象，即軌道板放張后有向承軌臺方向拱起現象；②軌道板蒸養(yǎng)時，模具底面降溫處理措施不當，因溫度不均造成軌道板非正常變形；③自動蒸養(yǎng)系統(tǒng)在長期使用后出現溫度測量不精確等現象。上述問題均制約了自動蒸養(yǎng)系統(tǒng)在大規(guī)模批量化軌道板生產中的使用。

為驗證自動蒸養(yǎng)系統(tǒng)在大規(guī)模智能制造軌道板生產中的適用性，利用溫度計對1號蒸養(yǎng)窯中首塊軌道板養(yǎng)護期間內部、表層、環(huán)境溫度進行測量，并與溫度自動采集系統(tǒng)[14-15]數據進行對比。選取3個數顯溫度計插入同塊軌道板不同深度，對內部溫度進行測量。在板面上擱置數顯溫度計，待混凝土初凝30min后(以溫度自動采集系統(tǒng)探頭不再下沉為宜)，測量表層溫度。測量環(huán)境溫度時，將數顯溫度計和溫度自動采集系統(tǒng)探頭固定在蒸養(yǎng)窯內，懸掛在距端頭15m的固定蒸養(yǎng)管道支架上，不與物體接觸，確保溫度測量有效性。

測溫結果如表4所示。由表4可知，宜選取溫度計埋入深度為100mm，內部溫差≤1.1℃，表層溫差≤1.1℃，環(huán)境溫差≤0.8℃，表明測溫系統(tǒng)可有效對蒸養(yǎng)溫度進行實時監(jiān)測，數據真實有效，現有自動蒸養(yǎng)系統(tǒng)可應用于大規(guī)模智能制造軌道板生產。

表4 測溫結果

5 結語

在基于智能制造的機組流水法生產過程中，軌道板早期強度和混凝土材料選取是制約軌道板批量化生產效率的主要因素，本文通過試驗，對CRTSⅢ型軌道板混凝土配合比進行研究。

1)在滿足CRTSⅢ型軌道板混凝土設計要求的前提下，若以早期強度為主要考慮條件，則推薦細骨料為復合摻合料、水膠比為0.30或細骨料為磨細礦渣粉、水膠比為0.29的混凝土配合比設計方案。

2)在滿足CRTSⅢ型軌道板混凝土設計要求的前提下，若以經濟性為主要考慮條件，則推薦細骨料為磨細礦渣粉、水膠比為0.29的混凝土配合比設計方案。

3)通過對軌道板內部、表層、環(huán)境溫度進行測量，并與溫度自動采集系統(tǒng)數據進行對比，可知測溫系統(tǒng)可有效對蒸養(yǎng)溫度進行實時監(jiān)測，數據真實有效，現有自動蒸養(yǎng)系統(tǒng)可應用于大規(guī)模智能制造軌道板生產。