高速铁路自密实混凝土技术

自密实混凝土因其高流动性、高填充性以及高间隙通过性等突出特点，被应用于钢筋比较密集以及振捣较为困难的混凝土结构中。自密实混凝土在高速铁路中的应用始于京津城际铁路无砟轨道的道岔区，并在CRTSⅢ型板式无砟轨道中得以推广应用。高速铁路自密实混凝土层封闭结构空间与柔性隔离层基础的特殊使用场合以及自密实混凝土性能自身的高敏感性，决定了高速铁路高性能混凝土的复杂性以及规模施工的不可控性。基于现场施工人员对自密实混凝土知识的匮乏以及现浇结构自密实混凝土质量控制的难度大，因此萌生了写作《高速铁路自密实混凝土技术》一书的念头。

本书围绕着自密实混凝土在高速铁路无砟轨道结构应用中存在的问题，从板式无砟轨道自密实混凝土评价指标与标准（新拌混凝土、硬化混凝土以及实体结构）、原材料要求、配制与性能、施工技术、质量控制以及常见问题与对策等方面，系统阐述了高速铁路的自密实混凝土关键技术。第1 章阐述了自密实混凝土的内涵与起源，分析了自密实混凝土敏感性内涵，重点讨论高速铁路与其他领域用自密实混凝土的异同，提出高速铁路自密实混凝土技术的关键难点。第2 章根据高速铁路自密实混凝土层服役环境、结构特征以及施工方式等，分析自密实混凝土在模腔中的运动状态，提出了高速铁路新拌混凝土评价指标；从结构承载力、服役耐久性等方面，提出了自密实混凝土硬化体的评价指标；基于实体结构的客观真实模拟提出了自密实混凝土工艺性试验；阐述了国内外自密实混凝土性能指标的表征技术，并提出了自密实混凝土稳定性评定的新方法。第3 章研究了原材料对自密实混凝土性能的影响规律，尤其是流变性能、稳定性能以及剪切变形性能等，根据技术可行、经济合理的原则，并结合我国高速铁路混凝土原材料生产控制水平，给出了高速铁路自密实混凝土用原材料的技术指标。第4 章分析了国内外自密实混凝土配合比设计方法，综合考虑可操作性、可实施性，提出了基于性能的高速铁路自密实混凝土制备技术；阐述了配合比参数对自密实混凝土拌合物性能影响规律，揭示了自密实混凝土力学性能、收缩行为的时变规律，研究了自密实混凝土硬化体的抗氯离子渗透性及其抗冻性。第5章介绍了自密实混凝土生产质量控制技术，探讨了原材料波动对自密实混凝土性能的影响，提出了自密实混凝土用原材料均质性控制要求；研究了自密实混凝土生产过程的关键参数，提出了自密实混凝土生产过程投料顺序、搅拌时间以及搅拌功率等建议指标。第6 章介绍了自密实混凝土施工过程关键环节，包括施工设备、施工工艺以及施工控制参数等，分析了施工工艺对自密实混凝土性能的影响，分施工前、施工过程以及施工后三个阶段，介绍自密实混凝土质量控制，重点强调容易造成自密实混凝土性能敏感性因素的质量控制要点。第7章针对自密实混凝土原材料敏感性、温度敏感性、施工敏感性以及时间敏感性特征，结合高速铁路条状结构分布、自密实混凝土层结构隐蔽性特征、自密实混凝土需求分散等现实问题，以高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土层这一特殊结构，提出了高速铁路自密实混凝土“四固二强”的管理理念，即固定原材料、固化配合比、固化施工工艺、固化施工装备，强化工艺性试验和强化过程管理。第8章在分析自密实混凝土常见问题出现原因的基础上，结合实际工程案例，给出了自密实混凝土常见问题的解决途径。本书从理论的角度来阐述自密实混凝土中复杂的应用技术问题，其主要特点为以高速铁路为工程背景，力求做到理论联系实践，以科研成果为基础，实现技术与管理的有机结合。

本书在写作的过程中得到了中国铁路总公司赵国堂主任、中国铁道科学研究院谢永江研究员的鼓励与支持。感谢赵国堂老师对本书的写作风格、写作提纲提出的建设性意见以及为本书作序。感谢中国铁道科学研究院铁道建筑研究所领导的大力支持和帮助。特别感谢我的同事谭盐宾、易忠来、朱长华、杨鲁、李林香、仲新华等对自密实混凝土试验工作的辛勤付出，感谢我的学生黄法礼、王振、张勇、李亚龙、陶建强、孙德易等所做的大量试验研究工作和文字整理工作。自密实混凝土主要应用于京沪高速铁路、盘营客专铁路、武汉城际铁路、沈丹客专铁路以及郑徐高速铁路等工程，在此向所有建设单位与施工单位的辛勤劳动表示感谢。后，感谢我的爱妻王聪慧与我的孩子，是他们给予我信念与力量。

本书是在国家自然科学基金项目 “无砟轨道充填层自密实混凝土流动过程能量耗散机制研究”（51378499）、“混凝土施工过程流变行为及其微结构形成机制”（51578545）和铁道部科技开发计划项目“岔区板式无砟轨道自密实混凝土材料试验研究”（2009G022-A）等科研课题资助下取得的，特此致谢。本书的出版得到了化学工业出版社的支持，特此致谢！

本书参考了国内外相关文献资料，在此谨向这些文献作者们以及致力于自密实混凝土研究的学者们表示衷心的感谢！ 碍于自密实混凝土在高速铁路工程中应用较少、涉及专业较多，再加上作者学识水平有限，书中疏漏之处在所难免，敬请批评指正！

李化建

2018年4月

1 绪论1

　1.1　自密实混凝土的起源与分类/ 2

　1.2　自密实混凝土的特点/ 3

　　1.2.1　自密实混凝土性能敏感性 / 3

　　1.2.2　自密实混凝土的性能特点 / 4

　　1.2.3　自密实混凝土的优势 / 5

　　1.2.4　自密实混凝土可能存在的劣势 / 6

　1.3　自密实混凝土规范性文件/ 7

　　1.3.1　日本 / 7

　　1.3.2　欧洲 / 7

　　1.3.3　美国 / 7

　　1.3.4　英国和德国 / 7

　　1.3.5　中国 / 8

　1.4　自密实混凝土在高速铁路工程中的应用/ 9

　　1.4.1　CRTSⅡ型板式无砟轨道岔区 / 9

　　1.4.2　CRTSⅢ型板式无砟轨道 / 9

　1.5　自密实混凝土在高速铁路中应用存在的问题/ 9

　1.6　自密实混凝土相关术语/ 11

　参考文献/ 13

　　

2 高速铁路自密实混凝土性能要求与评价技术15

　2.1　新拌自密实混凝土性能与评价技术/ 16

　　2.1.1　新拌自密实混凝土性能要求与分类 / 16

　　2.1.2　新拌自密实混凝土性能评价技术 / 19

　2.2　新拌自密实混凝土稳定性的评价技术/ 27

　　2.2.1　混凝土稳定性机理 / 27

　　2.2.2　自密实混凝土稳定性评价方法 / 31

　　2.2.3　自密实混凝土静态稳定性影响因素 / 39

　　2.2.4　简化柱状法表征自密实混凝土静态稳定性 / 45

　　2.2.5　自密实混凝土工作性能与其静态稳定性间的关系 /
49

　2.3　高速铁路自密实混凝土拌合物性能评价指标/ 55

　　2.3.1　无砟轨道自密实混凝土层结构特点 / 55

　  2.3.2　高速铁路无砟轨道自密实混凝土施工方法 / 59

　　2.3.3　高速铁路自密实混凝土评价指标 / 61

　2.4　高速铁路自密实混凝土硬化体性能评价指标/ 62

　2.5　高速铁路自密实混凝土工艺性试验评价指标/ 63

　　2.5.1　自密实混凝土工艺性试验的目的 / 63

　　2.5.2　自密实混凝土工艺性试验评价指标 / 63

　2.6　自密实混凝土工作性能的模拟/ 65

　参考文献/ 66

3 自密实混凝土用原材料69

　3.1　自密实混凝土与高性能混凝土用原材料的异同/ 70

　　3.1.1　相同点 / 70

　　3.1.2　不同点 / 70

　3.2　原材料对自密实混凝土工作性能的影响/ 72

　　3.2.1　粗骨料粒径 / 72

　　3.2.2　细骨料 / 73

　　3.2.3　功能型外加剂 / 75

　　3.2.4　矿物掺合料 / 78

　3.3　原材料对自密实混凝土流变性能与剪切变形行为的影响/
78

　　3.3.1　胶凝材料组成 / 79

　　3.3.2　粗骨料粒径 / 82

　　3.3.3　黏度改性材料类型 / 84

　　3.3.4　小结 / 87

　3.4　自密实混凝土用原材料技术要求/ 87

　　3.4.1　水泥 / 87

　　3.4.2　矿物掺合料 / 88

　　3.4.3　细骨料 / 91

　  3.4.4　粗骨料 / 92

　　3.4.5　减水剂 / 94

　　3.4.6　引气剂 / 94

　　3.4.7　黏度改性材料 / 95

　　3.4.8　膨胀剂 / 97

　　3.4.9　拌合水 / 97

　　3.4.10　纤维 / 98

　参考文献/ 98

4 自密实混凝土的配制与性能101

　4.1　自密实混凝土配合比设计方法/ 102

　　4.1.1　配合比设计方法 / 106

　　4.1.2　配合比设计关键参数 / 109

　4.2　配合比参数对自密实混凝土工作性能的影响/ 113

　　4.2.1　单位粉体含量 / 113

　　4.2.2　含气量 / 114

　　4.2.3　砂率 / 115

　4.3　配合比参数对自密实混凝土剪切变稠性能的影响/ 116

　　4.3.1　水胶比 / 116

　　4.3.2　坍落扩展度 / 121

　　4.3.3　含气量 / 124

　　4.3.4　粗骨料体积分数 / 126

　　4.3.5　小结 / 128

　4.4　自密实混凝土的力学性能/ 128

　　4.4.1　原材料与配合比参数对自密实混凝土强度的影响 /
131

　　4.4.2　自密实混凝土抗压强度发展规律 / 134

　　4.4.3　自密实混凝土抗折强度发展规律 / 136

　　4.4.4　自密实混凝土弹性模量发展规律 / 138

　　4.4.5　自密实混凝土抗压强度和抗折强度、弹性模量之间的关系 / 139

　　4.4.6　自密实混凝土的黏结强度 / 142　

　4.5　自密实混凝土的体积稳定性/ 142

　　4.5.1　塑性阶段收缩变形性能（塑性收缩） / 142

　　4.5.2　竖向塑性收缩率 / 146

　　4.5.3　硬化阶段收缩变形性能（干缩变形和自身收缩变形）
/ 147

　4.6　自密实混凝土的耐久性能/ 153

　　4.6.1　抗氯离子渗透性能 / 153

　　4.6.2　抗盐冻性能 / 155

　　4.6.3　抗水冻性能 / 155

　4.7　自密实混凝土配合比参数要求/ 158

　　4.7.1　自密实混凝土配合比组成耐久性要求 / 158

　　4.7.2　自密实混凝土配合比参数要求 / 159

　4.8　新型自密实混凝土材料/ 162

　　4.8.1　高强自密实混凝土 / 162

　　4.8.2　高聚物自充填混凝土 / 164

　参考文献/ 168

5 高速铁路自密实混凝土生产质量控制技术171

　5.1　自密实混凝土的生产/ 172

　　5.1.1　自密实混凝土性能要求与控制 / 174

　　5.1.2　自密实混凝土原材料管理 / 178

　　5.1.3　自密实混凝土搅拌 / 181

　　5.1.4　工艺性试验 / 183

　　5.1.5　现场验收 / 184

　5.2　搅拌方式对自密实混凝土流变性能的影响/ 184

　　5.2.1　投料顺序 / 184

　　5.2.2　搅拌时间 / 187

　　5.2.3　搅拌速率 / 189

　5.3　小结/ 192

　参考文献/ 192

6 高速铁路自密实混凝土施工质量控制技术195　

6.1　自密实混凝土的施工工艺/ 196

　　6.1.1　自密实混凝土的施工工序 / 196

　　6.1.2　自密实混凝土的灌注工艺 / 199

　6.2　模板技术/ 201

　　6.2.1　模板要求 / 201

　　6.2.2　模板创新技术 / 202

　6.3　自密实混凝土的输送技术/ 205

　　6.3.1　外部输送技术 / 205

　　6.3.2　内部输送技术 / 206

　6.4　施工质量控制关键技术/ 208

　　6.4.1　施工前质量控制 / 208

　　6.4.2　施工中质量控制 / 211

　　6.4.3　施工后质量控制 / 212

　6.5　CRTSⅢ型无砟轨道自密实混凝土特殊季节施工控制/ 214

　　6.5.1　自密实混凝土冬季施工管理 / 214

　　6.5.2　自密实混凝土夏季施工管理 / 216

　6.6　CRTSⅢ型无砟轨道自密实混凝土智能化灌注设备研究/ 219

　　6.6.1　自密实混凝土智能化灌注车功能的确定 / 219

　　6.6.2　自密实混凝土智能化灌注车的研制 / 220

　参考文献/ 222

　

7 高速铁路自密实混凝土应用管理技术223

7.1　自密实混凝土施工质量控制要点/ 224

　7.2　固定自密实混凝土材料/ 227

　　7.2.1　固定自密实混凝土原材料 / 227

　　7.2.2　固定自密实混凝土配合比 / 228

　7.3　固化自密实混凝土施工/ 229

　　7.3.1　固化自密实混凝土生产 / 229

　　7.3.2　固化自密实混凝土施工工艺 / 231

　7.4　固化自密实混凝土施工人员/ 231

　　7.4.1　细化人员分工 / 231

　　7.4.2　强化人员培训 / 232

　　7.4.3　实施一把手负责制 / 232

　7.5　强化自密实混凝土工艺性试验/ 232

　7.6　强化自密实混凝土施工过程检测/ 233

　　7.6.1　强化过程检查 / 233

　　7.6.2　树立重检慎修理念 / 233

8 自密实混凝土常见问题与对策235

　8.1　自密实混凝土常见问题的汇总/ 236

　　8.1.1　日本对自密实混凝土技术问题总结 / 236

　　8.1.2　欧洲相关规范对技术问题总结 / 240

　8.2　高速铁路自密实混凝土拌合物性能常见问题与对策/
242

　　8.2.1　拌合物流动性不足 / 243

　　8.2.2　自密实混凝土离析和泌水 / 244

　　8.2.3　自密实混凝土气泡上浮 / 245

　　8.2.4　自密实混凝土工作性能快速损失 / 245

　　8.2.5　自密实混凝土工作性能返大 / 246

　　8.2.