CRTSⅢ型轨道板表面气泡问题分析与改进措施

桑发伟 田川岭 中国铁路上海局集团有限公司工程质量监督站

盐通高速铁路建设全线约156.686 km，设计CRTSⅢ型轨道板共计53 794 块。CRTSⅢ板轨道板作为高铁板式无砟轨道结构最重要的组成部分，在预制建设的过程中，要高度关注轨道板的外观质量和表面气泡问题，这部分施工存在着较为关键性作用，通常情况下，要选择合理的生产措施，减少轨道板表面气泡，提高轨道板外观质量，真正保障工程建设能够得到顺利的进行，进一步促进我国高铁建设持续稳定的发展，因此要给予高度的重视。

1 轨道板表面气泡问题描述

图1 、图2 混凝土表面气泡问题

表1 混凝土气泡统计表

盐通铁路轨道板场前期生产过程中抽取50 块轨道板进行外观质量检查时，发现部分轨道板侧面（图1）和正面有小气泡现象（图2），并经测量统计，气泡长度大小不一，正面气泡分部不均，侧面气泡一般分布在中上部且个别气泡深度超出规范要求，具体分布及大小统计数据详见表1。

2 轨道板表面气泡产生原因

轨道板表面气泡的产生是因为混凝土混合物内部气体在浇筑时，未完全排出并依附在模板上，而形成气泡或模板上残留的水、污渍拆模后形成的孔。气泡的产生与混凝土内部材料构成(即混凝土自身的含气量)、混凝土坍落度、混凝土搅拌、振捣施工方法等有重要关系。

3 轨道板表面气泡危害

当混凝土表面出现的气泡大于规范要求时，则会对混凝土产生以下影响：

①减少混凝土断面体积，降低混凝土强度。②减少混凝土钢筋保护层的有效厚度，加速表面碳化，降低混凝土耐腐蚀性。③影响混凝土轨道板的外观质量。

4 解决及预防措施

4.1 科学合理设计混凝土配合比

混凝土配合比设计是混凝土工程中很重要的一项工作，混凝土原材料的选取及混凝土的出机状态，直接影响到混凝土的顺利施工和混凝土工程的质量。

4.1.1 混凝土配合比及原材料选择

根据骨料级配密实原理，在施工过程中，要使用本身级配合理、含泥量合格的材料，碎石中针片状颗料含量要符合要求，在生产过程中实际使用砂率与试验室测定的砂率相同，此时细骨料足以填充粗骨料之间的空隙，减少产生气泡的自由空隙。混凝土中可加入适当的新型掺合料（配合比2）。新型掺合料与普通掺合料相比主要成分由粉煤灰、硅灰、矿渣粉等细度更小的粉末组成，形成的胶凝材料能更好的填塞水泥未补充密实的空隙，减少气泡的产生，且新型掺合料对凝土流动性、黏聚性、降低坍落度损失的工作性能有显著提高，并对混凝土早期强度有明显提高（见表2）。

表2 轨道板混凝土试验配合比（kg/m3）

从配合比设计上控制减水剂的掺量在满足施工要求坍落度的情况下，使混凝土中的含气量控制在2%～4%以内。原材料上控制减水剂的质量和含量对混凝土表面产生的气泡有着本质的影响。减水剂选择上，宜选用低敏感且适应性好的高性能减水剂。复配上采用“先消后引”的方案（配合比2），即在减水剂中合理掺加消泡剂和引气剂，从而有利于混凝土中气泡的消除与排出。在满足施工要求前提下，达到混凝土和易性、粘聚性、包裹性的优异性能。原材料中减水剂的产品性能对混凝土表面产生的气泡有着本质的影响。针对CRTSⅢ型轨道板使用的C60高性能混凝土要选用气泡小、分布均匀稳定的减水剂。

为考察两种配合比混凝土的扩展充填性能、力学性能、收缩徐变性能、电通量、氯离子扩散系数和抗冻性能进行了试验比较，经测试，扩展充填性能配合比2混凝土试件单位面积内的气孔面积小于配合比1。力学性能混凝土的强度没有明显变化。两个配合比的混凝土徐变系数变化趋势相近，两个配合比混凝土的耐久性基本相当，都能满足CRTS Ⅲ型轨道板混凝土技术条件的相关要求。

4.1.2 控制混凝土拌合物坍落度

轨道板采用C60 混凝土配合比，设计坍落度为60 mm～100 mm，混凝土具有较高粘聚性，在振动过程中本身气泡不宜排出。在配合比设计和试生产期间分别拌制不同坍落度混凝土进行对比试验，如表3。

表3 混凝土坍落度对比试验

经实践证明，在相同混凝土原材料、相同搅拌方式及振动频率下，当混凝土入模坍落度在80 mm～100 mm 时，C60混凝土状态较好，有害气泡能有效排出，脱模后轨道板小气泡较少（见图3、图4）。

图3 坍落度60 mm轨道板气泡较多

图4 坍落度80 mm轨道板气泡较少

4.2 混凝土拌和

混凝土中的气体除了极少量来自材料内部的化学反应，大部分内部气体主要是通过物理过程混入的，在混凝土的现场拌和过程中，一方面能混入一些气体，如在下料过程、出料过程及拌和过程；但另一方面，拌和可以使集料的空隙减少，排出一部分气体。总的说来，排出的气体远小于混入的气体，其二者之差受拌和方式、时间的影响较大。经实践证明，CRTSⅢ型轨道板混凝土搅拌时，需按下列顺序投料：细骨料--→粗骨料--→水泥--→掺合料--→再加入减水剂和所需用水量。夏季施工温度较高，搅拌时间短则混凝土搅拌不均匀，过长则导致混凝土保坍性能大大降低，从而影响混凝土工作状态，所以夏季施工搅拌时间约150 s，冬季施工气温较低，水泥的水化速率也会降低，所以将搅拌时间延长为180 s，可保证混凝土搅拌均匀，浇筑过程中有利于气泡排出，满足现场浇筑施工。

4.3 优化振捣台结构

混凝土内部气泡的产生主要与混凝土的内部组成有关，而混凝土气体的排出主要依靠振捣。振捣可使骨料之间，骨料与浆液之间相互填实，将空气和游离水挤压出来，使混凝土密实。振捣效果直接关系到混凝土表面气泡的多少。

CRTSⅢ型轨道板属薄壁混凝土结构，设计断面尺寸较小，截面变化处振捣气泡不宜逸出，采用板式顶升振捣台（如图6）代替箱式顶升振捣台（如图5），在采用相同高频振捣器，且振捣频率保持在115 Hz不变的情况下，可以缩短振捣器与模具接触空间，减少振捣力传递距离和激振力损失，同时扩大振捣器有效振捣半径，保证初始振动作用效果。经实践证明，相同坍落度、相同振捣频率下板式顶升振捣台作业时振捣力传递效果更好，混凝土随振捣台振动更易流动，气泡排出效果更好，持续跟踪观察脱模后轨道板表面气泡更少。

图5 箱式振捣台

图6 板式振捣台

4.4 分层布料控制每层布料厚度

施工中，混凝土布料厚度直接影响混凝土气泡排出效果。混凝土分层布料厚度越厚，排出气体的行程越长，越不利于混凝土中气泡的排出，相反混凝土布料越合理轨道板混凝土外观质量就会越好，轨道板生产前，通过以下布料方案进行对比试验，如表4。

表4 混凝土分层布料厚度试验

经实践证明，按照方案2 轨道板混凝土浇筑过程分3 层布料振捣，首层布料100 mm，第二层80 mm，第三层20 mm 找平。可减小混凝土中气泡行程距离，快速有效排除气泡，减少混凝土表面气泡，既能够有效排出气泡又能满足流水机组法生产线流水节拍，保证施工生产效率和轨道板产品外观质量（见图7、图8）。

图7 布料轨道板气泡较多

图8 轨道板气泡较少

4.5 分层控制振捣时间

施工中，振捣操作手的操作对混凝土出现气泡的多少有一定关联。通常说，一般振捣时间越长，振捣越充分，混凝土内部气体排出越彻底，但过度长时间振捣会使混土内部粗集料下沉，水泥净浆上浮，易形成泌水、分层、离析现象，使轨道板背部浮浆过多，甚至造成轨道板强度不足产生开裂；而振捣时间过短，将无法使混凝土内部和吸附在模板上的气体和游离水彻底地排出。混凝土振捣越充分，其内部结构就会越密实，合理控制振捣时间，则混凝土内部的气泡就越少。

为了更加科学合理制定每层混凝土振捣时间，可通过以下对比试验进行对比，如表5。

表5 混凝土分层振捣试验

经实践证明，第2 方案外观良好，个别点有微小气泡；按照方案2，振捣时间前2 层每层120 s，第3 层为10 s 为最佳振捣时间。通过振捣时间控制，保证各层混凝土得到持续充分的振动，使粗细骨料尽可能相互紧密靠拢，从而将混凝土搅拌过程中无法自逸的气泡挤压排除（见图9、图10）。

图9 方案1、3轨道板气泡较多

图10 方案2轨道板气泡少

5 结束语

上述分析得出，轨道板表面气泡产生并非单一因素导致，解决的方法也不是一成不变的，应该具体问题具体分析。盐通铁路轨道板场在高速铁路CRTSⅢ型轨道板预制施工过程中，通过优化配合比设计和振捣台结构，明确坍落度（80 mm～100 mm）、拌合时间、布料厚度（第一层100 mm，第二层80 mm，第三层20 mm）和分层振捣时间（前2 层每层120 s，第3 层为10 s），经持续跟踪观察统计，有效将轨道板整体小气泡减少了90%以上，且轨道板承轨部位和其它部位混凝土表面气泡大小均控制在长度≤10 mm、深度≤2 mm 以内。有效减少了轨道板表面小气泡，保证了轨道板产品外观质量的同时，使混凝土具有更好的耐久性和使用寿命。