| 标题 | 活性粉末混凝土在高速铁路声屏障肋柱中的应用 |
| 范文 | 徐永力 【摘 要】使用预应力活性粉末混凝土制作高速铁路声屏障肋柱，以代替现有的钢肋柱；并结合大西客运专线声屏障肋柱设计的要求，进行活性粉末混凝土配合比优化；完善了声屏障肋柱用的活性粉末混凝土制备、搅拌、浇筑和养护等施工工艺。在配合比和工艺优化的基础上，对现场生产的预制件进行了强度测试，结果表明活性粉末混凝土的抗压、抗折强度和弹性模量均符合设计要求，活性粉末混凝土能夠应用于大西线高速铁路声屏障工程。 【关键词】活性粉末混凝土；客运专线声屏障；配合比优化；施工工艺 Application of reactive powder concrete in sound barrier ribs of high speed rail Xu Yong-li （China Railway Third Bureau Construction and Installation Engineering Co.， Ltd Taiyuan Shanxi 030000） 【Abstract】Combining with the characteristics design requirements of Datong-Xian passenger line sound barrier ribs， Mix proportion is optimized. The construction technology of preparation， mixing， placing and curing of reactive powder concrete （RPC） used in sound barrier structure ribs， and the application of RPC passenger special line sound barrier ribs in engineering were introduced in detail. 【Key words】Reactive powder concrete；Passenger line sound barrier；Mix proportion optimization；Construction technology 1. 绪论 （1）活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，简称RPC）是由法国Richard等人在1993年率先研制成功的一种超高强、低脆性、高耐久性的水泥基复合材料[1～2]。RPC材料还具有减轻结构自重、减少结构构件配筋量等优越性，因而能在提高综合性能的前提下降低工程造价。由于RPC具有强度高、韧性好、耐久性优异的特点，虽然问世时间不长，但就已经在国外的工程建设中获得大量应用[3～6]。现有的高铁人形横道挡板和盖板普遍使用活性粉末混凝土[7]，满足盖板强度、韧性、美观和耐久性的同时，解决了混凝土盖板反复翻盖时的掉角问题，取得了较好的效果。 （2）声屏障是位于声源与受声点之间的具有足够面密度的声遮挡结构。声屏障的作用是阻挡直达声的传播，隔离透射声，使绕射声有足够的衰减。目前铁路客运专线声屏障肋柱通常采用H型钢肋柱或H型钢盘混凝土立柱。 钢材在潮湿环境中易于腐蚀和导电，特别是处于有腐蚀介质的环境中容易锈蚀，必须刷涂料或镀锌，而且在使用期间还应定期维护 ，使用成本因此也会随之增加。本研究针对大西客运专线声屏障工程，尝试预制活性粉末混凝土声屏障肋柱代替钢肋柱，研究了活性粉末混凝土声屏障肋柱的结构设计、配合比优化、施工与养护关键技术，并在实际工程中成功应用。 2. 活性粉末混凝土声屏障肋柱配合比设计 2.1 声屏障肋柱设计的材料要求。 为了满足客专和高速铁路声屏障工程的使用需求，根据结构和受力情况，并兼顾经济型考虑，需要设计两个强度的RPC材料以满足不同路段活性粉末混凝土声屏障肋柱的材料需求：（1）RPC1强度要求稍低，抗压强度≥120MPa，抗折强度≥15MPa，弹性模量≥40GPa，混凝土拆模时的强度要求大于40MPa。（2）RPC2强度要求较高，抗压强度≥150MPa，抗折强度≥20MPa，弹性模量≥50GPa，拆模时的强度要求大于40MPa。两种RPC材料同时需满足抗氯离子渗透性和抗冻性，以保证结构的耐久性。根据RPC混凝土耐久性能指标要求：抗冻等级大于F500级，电通量小于40C；混凝土中氯离子含量要求不大于0.06%；以此3项指标为基准，兼顾经济性，进行活性粉末混凝土的配合比设计。 2.2 原材料。 结合TB10424-2010《铁路混凝土工程施工质量验收标准》要求。经过试验筛选，确定了配制RPC材料用原材料如下：水泥选用太原市广厦水泥有限公司生产的P.0 42.5普通硅酸盐水泥，实测28天抗压强度为51.4MPa。细骨料（石英砂）选用山西省忻州市金鑫建材公司生产的石英砂，分粗粒径石英砂（1.0～0.63mm）、中粒径石英砂（0.63～0.315mm）、细粒径石英砂（0.315～0.16mm）及超细粒径石英砂（0.16mm以下）四个粒级。复合掺合料选用RPC专用复合掺合料，SiO2含量大于85%，活性指数高于120%。外加剂选用RPC专用化学增强剂，减水率不得低于29%，碱含量不得大于3.5%，含气量小于2%，符合现行国家标准《混凝土外加剂》（GB 8076-2008）、《混凝土外加剂应用技术规范》（GB 50119-2013）、《聚羧酸系高性能减水剂》（JG/T 223-2007）的规定；活性粉末混凝土材料用化学增强剂，并应与所用水泥及复合掺合料的适应性能良好。钢纤维选用RPC专用钢纤维，实测检验抗拉强度为3220MPa，直径为0.21mm，长度为13.20mm。拌合水为饮用水。 2.3 养护制度与强度试验方法。 依据探索试验的研究结果选取养护制度，采取自动蒸汽养护系统进行养护，养护程序：静停6小时后缓慢升温至80℃，恒温时间72小时后缓慢降至室温。肋柱脱模后洒水养护3天，保持产品表面的湿润状态。混凝土力学性能试验依据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》相关试验方法进行。根据14d强度及弹模，优选出RPC材料的配合比。 2.4 配合比的设计与优化。 （1）针对RPC130的力学性能和耐久性能要求，共设计了11个配合比，如表1所示。 （2）以混凝土拌合物性能、力学性能和耐久性能作为确定RPC130配合比的评价指标，并考虑到经济性进行活性粉末混凝土的配合比筛选。根据混凝土拌合物性能要求，要求拌制出来的RPC混凝土拌合料塌落度不大于180mm，要求拌合物的密度介于2400Kg/m3～2500Kg/m3之间；根据混凝土力学性能的要求，对表1中RPC配合比进行综合的分析和评价，选取RPC7作为RPC130最终配合比。针对这一配合比进行力学性能和耐久性能试验，实测RPC130抗压强度：138.3MPa ，抗折强度：18.1MPa弹性模量：48.7GPa，混凝土30h拆模时抗压强度为81.8MPa，抗冻等级>F500，电通量试验结果为0C，均满足力学性能和耐久性能的相关要求。 （3）针对RPC160的力学性能和耐久性能要求，共设计了10个配合比，如表2所示。 （4）同样以混凝土拌合物性能、力学性能和耐久性能作为确定RPC160配合比的评价指标，并考虑到经济性进行活性粉末混凝土的配合比筛选。根据混凝土拌合物性能要求，要求拌制出来的RPC混凝土拌合料塌落度不大于180mm，要求拌合物的密度介于2400Kg/m3～2500Kg/m3之间；根据混凝土力学性能的要求，RPC混凝土抗压强度不小于160MPa ，RPC抗折强度不小于22MPa，RPC弹性模量不小于50GPa，RPC6、RPC7、RPC9和RPC10四组符合要求。综合考虑经济型因素，选取钢纤维掺量较低的RPC6作为最终配合比。针对这一配合比进行力学性能和耐久性能试验，实测RPC160抗压强度：178MPa ，抗折强度：23.2MPa弹性模量：51.4GPa，混凝土30h拆模时抗压强度为152.8MPa，并且抗冻等级：>F600，电通量为0C，均满足相关的要求。 3. 声屏障肋柱施工工艺 3.1 搅拌工艺。 现场RPC搅拌工艺：先将石英砂+水泥+摻合料+钢纤维（包括砂的含水量）投入搅拌机搅拌干拌240秒钟后，再将水+减水剂投入搅拌机搅拌240秒钟后出罐。肋柱试制时混凝土每罐测定混凝土坍落度，坍落度控制在180～200mm范围内。 3.2 张拉工艺。 3.2.1 预应力活性粉末混凝土声屏障肋柱施工工艺与张拉工艺流程如图1、图2所示。 3.2.2 单根钢筋张拉：采用千斤顶单根张拉到每根钢丝设计张拉力的20% 所对应的油表读数或20% 后，再对逐根张拉到100% 设计张拉力，利用锚具锚固钢丝，采用顺序拉＼对角线拉钢丝的张拉采取“控制张拉应力”和“控制张拉伸长值”的“双控”措施。张拉伸长值测量起点为初始张拉。 3.2.3 预应力钢丝采用两次张拉和工具锚锚固的工艺，张拉程序如下：3.2.3.1 第一次张拉（单根张拉）：（1）0MPa→（2）预应力钢丝预紧（0.5MPa，在钢丝上划线作为测量伸长值的基点）→（3）控制应力（单根张拉力的20% ，测伸长值）→（4）静停1分钟，锚固回油。 3.2.3.2 第二次张拉（单根张拉）：（1）张拉至张拉力的20% （测量初始伸长值）→（2）再张拉至100%张拉力（48.2KN）→（3）静停1分钟（测伸长值）→（4）锚固回油。 图1 预应力超高强混凝土声屏障肋柱制作工艺流程图 图2 预应力超高强混凝土声屏障肋柱张拉工艺流程图 3.2.4 第一次单根钢丝张拉至20% 所对应的油表读数后或20% ，静停1分钟后，将千斤顶完全回缩，再进行第二根钢丝的张拉，待所有钢丝都张拉完后，再按相同顺序进行第二次张拉。 3.2.5 单根钢丝张拉到0.5MPa或1.3KN后，在钢丝上划线作为测量单根伸长值的基点，待钢丝张拉至9.64KN所对应的油表读数或9.64KN后，测量单根张拉端的伸长值，待测完所有钢丝的伸长值后求的单根张拉的平均伸长值d；在二次张拉时测量初始伸长值a，待终张拉完成后再测量二次张拉伸长值b，用二次张拉伸长值b减去初始伸长值a为二次张拉实际伸长值并求得平均值c；用一次张拉的伸长值d加上二次张拉实际伸长值c即为张拉总伸长值。 3.3 浇筑工艺。 采用侧振进行混凝土灌筑，沿模具用灰斗进行布料，边布料边振动，振动3 min后停止，进行边角补料，再开启振动器振动2 min，最后再振动30s。最后一次振动时间为30s至120s，以混凝土表面不再冒气泡、表面泛浆为准。具体程序是布料+振动3min 边角补料 振动2min 振动30s至2min。灌注前检查预埋角钢、预埋螺母是否全部安放准确和牢固，同时检查插销、定位筋安装是否正确。下灰时控制灰斗的移动速度以确保混凝土的均匀的灌注到肋柱模具内。混凝土灌注时，混凝土灰斗自由灌注高度不得大于2 m，振动后混凝土平齐钢模顶面为准。 3.4 养护工艺。 养护采取自动蒸汽养护系统进行养护，按照既定的养护程序：静停6小时，升温速度不大于12℃/h，升温至80℃，恒温时间72小时，降温速度不大于15℃/h。其中降温时间可根据当天厂房气温进行设定，如当天厂房气温20℃，按照产品表面温度与环境温度之差不超过20℃的要求，则降温时间至少需要 ，则将自动养护系统的降温时间设置为160min即可。肋柱脱模后洒水养护3天，保持产品表面的湿润状态。 4. 工程应用情况 （1）选取大西客专北白跨北同蒲铁路特大桥作为试验段，布置活性粉末混凝土声屏障肋柱。该桥桥梁全长3159.09m，中心里程为DK229+183.55，左右侧39#墩～51#墩（DK228+878.82～DK229+271.46）布置声屏障。两侧布置长度均为392.64m，曲线半径左线8000m、右线8005m，声屏障长度满足8节动车编组要求，试验速度也满足350公里/小时要求。 （2）试验段采用对比试验的方法，一侧安装活性粉末混凝土声屏障肋柱，另一侧安装原设计的插板式金属声屏障。 （3）本试验段选用160MPa活性粉末混凝土，养护4d后放张同时测量强度，并在14d时刻测量弹性模量和抗压抗折强度，现场共成型了34批试件，每一批都留了样品测试强度和弹性模量，统计力学性能最终结果如表3所示。 （4）可以看到，現场成型的活性粉末混凝土强度和弹性模量均满足设计要求，14d强度平均达到168.4MPa，弹性模量达到52GPa，抗折强度23.7MPa，满足高速铁路声屏障肋柱的使用要求。 5. 结论 （1）针对高速铁路声屏障肋柱结构进行了活性粉末混凝土配合比设计。通过RPC130和RPC160两个强度等级的活性粉末混凝土配合比优化，给出了满足高速铁路声屏障肋柱的活性粉末混凝土配合比，其力学性能和耐久性能均能够满足结构设计要求。 （2）完善了声屏障肋柱用的活性粉末混凝土制备、搅拌、浇筑和养护等施工工艺。针对高速铁路声屏障肋柱结构的预应力施工，完善了活性粉末混凝土的搅拌、预应力筋张拉、浇筑和养护等关键工艺。 （3）选取大西客专北白跨北同蒲铁路特大桥作为试验段，对现场生产的34批试件进行了强度测试。结果表明，活性粉末混凝土的4d放张强度、14d抗压抗折强度和和弹性模量均符合设计要求。活性粉末混凝土成功应用于大西线高速铁路声屏障工程。 参考文献 [1] RICHARD P， CHEYREZY M. Reactive powder concrete with high durability and 200～800MPa compressive strength[J]. ACI SP 144，1994 （3）：507～518. [2] RICHARD P， CHEYREZY M. Composition of reactive powder concretes[J].Cement and Concrete Researxrch，1995，25 （7）：1501～1511. [3] 覃维祖.活性粉末混凝土的研究[J].石油工程建设，2002， 28 （3） ：1～3. [4] 赖建中，孙伟，刘斯凤，等.钢纤维对RPC材料的增韧效果影响的研究[J].混凝土与水泥制品，2002 （5） ： 41～43. [5] 黄育，王必斌，陈万祥，等.不同钢纤维对RPC性能影响的试验分析[J].解放军理工大学学报，2003， 4 （5） ： 64～67. [6] 刘娟红，王栋民.养护对矿物细粉活性粉末混凝土性能的影响[J].武汉理工大学学报，2009，31（7）：100～103. [7] 王金成.活性粉末混凝土的研究现状及其发展前景[J].山西建筑，2009， 35 （16）：165～166. |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。