CN104777078B - 充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置及其测试方法，由一个支架、表层浆体厚度测试仪(2)和圆柱筒三部分组成，所述的圆柱筒置于所述的支架的底部中央，所述的表层浆体厚度测试仪(2)处于所述的圆柱筒的正上方竖直安装在所述的支架的中心位置的空心导管(6)内且用紧固件固定，松开所述的紧固件后所述的表层浆体厚度测试仪(2)能沿所述的支架向下自由下落。本发明方法具有操作简单、使用便捷且科学合理等特点，适用范围广，尤其适用于CRTSⅢ板式无砟轨道充填层或类似结构的自密实混凝土施工质量控制。

Description

充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种铁路工程材料的性能测试与评价方法，具体涉及一种用于高速铁路Ⅲ型板式无砟轨道充填层的自密实混凝土拌合物稳定性的试验测试装置与评价方法。

背景技术

我国高速铁路建造技术取得了举世瞩目的成就，建设运营里程世界第一。目前，我国高速铁路轨道结构主要采用无砟轨道技术，其中涵盖了CRTSI型、CRTS Ⅱ型以及CRTSIII型等多种板式无砟轨道结构型式，充填层是上述轨道结构的关键部件和核心技术。CRTSI型、CRTS Ⅱ型板式无砟轨道采用水泥乳化沥青砂浆充填层技术，是一种通过引进、吸收、消化再创新的无砟轨道技术；CRTSIII型板式无砟轨道结构采用自密实混凝土充填层技术，是拥有我国自主知识产权的无砟轨道结构新技术，其结构型式如图1所示。

由图1可以清晰看到，CRTSIII型板式无砟轨道结构的横断面从下至上由混凝土支撑层8、自密实混凝土填充层9、预制轨道板10以及扣件和钢轨等几部分组成，其中自密实混凝土充填层是其关键结构层，承担调整、支承、传力等功能，自密实混凝土充填层质量攸关整个轨道结构的性能。自密实混凝土充填层是在底部支撑层施工完成、上部预制轨道板放置调平以及两侧支好模板后进行施工完成的。显然，对一个前后、左右以及上下6个面都封闭的密闭水平空间中进行混凝土浇筑施工是件异常困难的事情，而且密闭空间内还存在钢筋网等阻碍，施工过程中不允许外力振捣，只能依靠混凝土自身重力充填整个密闭空间，这就要求新拌自密实混凝土具有非常优异的工作性能。因此，合理评价可用于灌注高质量充填层的自密实混凝土拌合物性能显得非常关键。

自密实混凝土拌合物需要具备高的流动性和间隙通过性以及优异的稳定性(即浇注过程或浇注入模后拌合物中各组份不发生过度的相对运动，保持整体均匀的性质)，才能实现无振捣条件下的浇筑密实成型。为保证其高质量的施工，国内外学者就自密实混凝土拌合物上述性能的定量测试与评价开展了很多有价值的工作，并开发了不少测试装置和方法[1]，如坍落度筒、L-型仪、U型仪、V-型漏斗、J-环、跳桌试验、湿筛法、渗入法等测试装置与方法。目前除了针对自密实混凝土拌合物的流动性、间隙通过性的坍落度筒法、L-型仪、U型仪、V-型漏斗、J-环等较为被大家所接收外，有关自密实混凝土拌合物稳定性的测试方法还有待进一步探索，特别是这些方法主要是针对用于建筑工程的自密实混凝土。为科学评价用于CRTSIII板式轨道充填层自密实混凝土的施工性能，我国相关单位如中国铁道科学研究院、中南大学的研究人员做出了不少努力，编制了《高速铁路CRTSIII板式无砟轨道充填层自密实混凝土暂行技术条件》[2]，提出了采用坍落度筒、L-型仪、J-环、充填盒等试验装置[3]来来测试评价自密实混凝土拌合物的流动性(填充性)和间隙通过性等，但这些方法中未有自密实混凝土拌合物稳定性的针对性测试与评价方法。显然，本发明所涉及的施工对象——板式轨道充填层是一类特殊的结构，对自密实混凝土性能特别是稳定性能提出了更为苛刻的要求，浇筑后的自密实混凝土必须能够与顶层的高强度预制混凝土轨道板粘结良好，这就要求浇筑后的充填层自密实混凝土整体均匀性好，上表面不致出现浆体层或气泡层等，采用上述既有方法无法评价自密实混凝土拌合物的上述稳定性。为此，结合相关既有研究基础，本发明通过大量实践，针对CRTSIII型板式轨道充填层用自密实混凝土拌合物稳定性能的科学、定量评价难题，发明了一种测试评价相应自密实混凝土拌合物稳定性的试验装置和方法，从而保证充填层自密实混凝土的高质量施工，确保高速铁路无砟轨道结构服役性能和运营安全。

参考文献：

[1]龙广成.自密实混凝土.中国铁道科学出版社，2013.7。

[2]高速铁路CRTSIII板式无砟轨道充填层自密实混凝土暂行技术条件[铁总科技2013(125)]，中国铁道出版社，2013。

[3]中国发明专利：自密实混凝土充填性能试验测试装置(ZL201010229119.8)。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种能够快捷、准确地测试评价自密实混凝土拌合物的稳定性能，保证自密实混凝土充填层施工质量的充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种该充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置的测试方法。

为了解决上第一个技术问题，本发明提供的充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置，由一个支架、表层浆体厚度测试仪和圆柱筒三部分组成，所述的圆柱筒置于所述的支架的底部中央，所述的表层浆体厚度测试仪处于所述的圆柱筒的正上方竖直安装在所述的支架的中心位置的空心导管内且用紧固件固定，松开所述的紧固件后所述的表层浆体厚度测试仪能沿所述的支架向下滑动。

所述的表层浆体厚度测试仪由带刻度的中心杆和4个叶片组成，4个所述的叶片固定安装于所述的中心杆的下端，相邻所述的叶片互相成90°布置，所述的中心杆的底部与所述的叶片的底部成径向平齐，所述的中心杆套装在所述的空心导管内。

4个所述的叶片焊接于所述的中心杆的下端。

所述的叶片和所述的中心杆均由不锈钢组成。

所述的中心杆为直径Ф5mm、长度180mm的不锈钢圆柱杆，圆杆上部带有刻度，最小刻度为1mm；所述的叶片的几何尺寸为长75mm、宽10mm、厚度1mm。

所述的支架为三脚支架。

所述的三脚支架采用不锈钢质材料制成，3个脚成120°布置，所述的三脚支架的高度为250mm，所述的三脚支架的三个支架脚之间下部水平距离均为300mm、上部水平距离为100mm，所述的三脚支架的上部中央设置孔径为Ф6mm、长度为20mm空心导管。

所述的圆柱筒为不锈钢圆柱筒，所述的不锈钢圆柱筒的几何尺寸为筒内径为Ф200mm、高度为110mm、壁厚为2mm。

所述的紧固件为螺栓。

为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置的测试方法，步骤如下：

(1)、将表层浆体厚度测试仪安装于支架中央，然后将拌制好的待测混凝土拌合物试样连续均匀装入圆柱筒中，待测混凝土拌合物试样的上表面离圆柱筒上边缘为8mm～12mm；

(2)、调整表层浆体厚度测试仪，使其中心杆底部和叶片底部刚好接触待测混凝土拌合物试样的上表面，同时读取并记录中心杆与空心导管上端相交处刻度读数L1；

(3)、在待测混凝土拌合物试样装入圆柱筒静置15min后，松开紧固件使表层浆体厚度测试仪的中心杆沿空心导管自由下落至待测混凝土拌合物试样中，30s后读取中心杆与空心导管的上边缘相交处刻度读数L2；

(4)、自密实混凝土拌合物稳定性指数即表层浆体层厚度：L＝L2-L1；当拌合物稳定性指数L不大于7.5mm时，评定自密实混凝土拌合物的稳定性良好。

采用上述技术方案的充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置及其测试方法，抓住了自密实混凝土充填层施工质量最为核心的问题—浇筑后的自密实混凝土充填层表层质量状态，表层质量直接关系到充填层与预制轨道板之间的粘结性能，表层浆体层厚度直接反应了自密实混凝土拌合物的稳定性能，拌合物的稳定性能良好，则浇筑后的充填层均匀性好，表层浆体层厚度小。采用上述技术方案的自密实混凝土拌合物稳定性测试评价装置，首先将表层浆体厚度测定仪安装于三脚支架中央，然后将混凝土拌合物试样连续均匀装入不锈钢质圆柱筒中，拌合物高度约100mm(上表面离圆柱筒上边缘约10mm)，然后将表层浆体厚度测定仪的中心杆底部和叶片底部接触拌合物上表面，在拌合物装入圆柱筒静置15min后，开启导管阀门让表层浆体厚度仪中心杆沿导管自由下落至拌合物中，表层浆体厚度测定仪沉入拌合物中30s后，测试中心杆下落的距离，以此表示表层浆体厚度。

本发明以我国大规模高速铁路建设为背景，解决了高速铁路板式无砟轨道结构填充层或类似结构自密实混凝土施工质量控制中存在的技术难题，确保浇筑施工后的自密实混凝土充填层(或类似结构)施工质量和服役性能满足设计要求。

测试装置的科学性、有效性及其与现有测试方法的比较：

本装置是基于高速铁路无砟轨道结构充填层的水平板式结构的实际特点，并结合实际现场浇注自密实混凝土的施工工艺，通过大量工程现场调查和室内试验，模拟实际浇筑完后的自密实混凝土拌合物的静置状态以及该静置过程中充填层内拌合物中骨料与浆体的上下相对运动状态(拌合物的稳定性)，设计表层浆体厚度测定仪测试与充填层相似条件下的自密实混凝土拌合物表层的浆体层厚度，从而掌握浇筑施工后至初凝前这一时间段内充填层自密实混凝土中骨料与浆体的上下相对运动状态和稳定性，合理评估浇筑后的自密实混凝土充填层质量，因而本装置具有显著的合理性和科学性。同时，对本装置和原有的评价自密实混凝土拌合物稳定性的湿筛法、跳桌法、渗入法等方法相比，更有针对性地反映自密实混凝土拌合物在密闭水平薄层结构中的稳定性和均匀性，准确评估充填层自密实混凝土的整体均匀性。因而，本装置具有更强的针对性，弥补了已有测试方法中的不足，能科学、准确地评估用于CRTSIII板式轨道充填层的自密实混凝土拌合物的工作性，为CRTSIII板式轨道自密实混凝土充填层的施工质量控制提供了有力支撑。

测试装置的敏感性：

实践表明，本装置对自密实混凝土拌合物稳定性的测试评价敏感性高。试验通过改变显著影响自密实混凝土拌合物性能的超塑化剂、用水量等参数，达到改变自密实混凝土拌合物性能，比较不同条件下自密实混凝土拌合物的稳定性能。采用本装置测试结果表明，自密实混凝土拌合物的稳定性受其外加剂、用水量变化敏感，特别是自密实混凝土拌合物的稳定性参数与其坍落扩展度、T50时间存在很好的对应关系，进一步验证了本装置测试评价方法的有效性。

本发明的优点和积极效果：

1、本发明方法能客观、准确地测试得到用于CRTSIII板式轨道充填层的自密实混凝土拌合物的稳定性能，从而准确反映浇筑后的自密实混凝土充填层表层的质量和整体均匀性，确保充填层与其上部预制轨道板之间的粘结性能；

2、本方法(装置)可用于高速铁路板式无砟轨道充填层或类似的水平层状结构构件自密实混凝土拌合物稳定性能的实验室或是现场施工性能测试评价，有利地保证了这类特殊构件的施工质量；

3、本发明方法(装置)操作简单，可靠性高；测试需要的拌合物量少；避免了现场实体足尺模型试验所需的大量人力、物力。

综上所述，本发明是一种能够快捷、准确地测试评价自密实混凝土拌合物的稳定性能，保证自密实混凝土充填层的施工质量且结构简单、性能可靠的自密实混凝土拌合物稳定性能试验测试装置和评价方法。

附图说明

图1是高速铁路板式无砟轨道结构型式示意图。

图2是本发明示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图2,充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置，由一个三脚支架1、表层浆体厚度测试仪2和不锈钢圆柱筒3三部分组成，三脚支架1采用不锈钢质材料制成，3个脚成120°布置，三脚支架1的高度为250mm，三脚支架1的三个支架脚之间下部水平距离均为300mm、上部水平距离为100mm，三脚支架1的上部中央设置孔径为Ф6mm、长度为20mm空心导管6；不锈钢圆柱筒3的几何尺寸为筒内径为Ф200mm、高度为110mm、壁厚为2mm，不锈钢圆柱筒3置于三脚支架1的底部中央，表层浆体厚度测试仪2由带刻度的中心杆4和4个叶片5组成，4个叶片5焊接固定安装于中心杆4的下端，相邻叶片5互相成90°布置，叶片5和中心杆4均由不锈钢组成，中心杆4的底部与叶片5的底部成径向平齐，中心杆4为直径Ф5mm、长度180mm的不锈钢圆柱杆，中心杆4上部带有刻度，最小刻度为0.5mm；叶片5的几何尺寸为长75mm、宽10mm、厚度1mm；表层浆体厚度测试仪2处于不锈钢圆柱筒3的正上方，中心杆4竖直套装在空心导管6内并用螺栓7固定，松开螺栓7后表层浆体厚度测试仪2能沿三脚支架1向下滑动。

参见图2,使用充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置的测试方法，步骤如下：

(1)、将表层浆体厚度测试仪2安装于三脚支架1中央，然后将拌制好的待测混凝土拌合物试样连续均匀装入不锈钢圆柱筒3中，待测混凝土拌合物试样高度约100mm，待测混凝土拌合物试样上表面离不锈钢圆柱筒3的上边缘8mm～12mm，优选为10mm；

(2)将盛好拌合物的圆柱筒置于三脚架的底部中央，调整表层浆体厚度测试仪2，使其中心杆4底部和叶片5底部刚好接触待测混凝土拌合物试样的上表面，同时读取并记录中心杆4与空心导管6的上端相交处刻度读数L1；

(3)在待测混凝土拌合物试样装入不锈钢圆柱筒3静置15min后，松开螺栓7使表层浆体厚度测试仪2的中心杆4沿空心导管6自由下落至待测混凝土拌合物试样中，30s后读取中心杆4与空心导管6的上边缘相交处刻度读数L2；

(4)自密实混凝土拌合物稳定性指数(表层浆体层厚度)L＝L2-L1。当拌合物稳定性指数L不大于7.5mm时，可评定自密实混凝土拌合物的稳定性良好。

Claims (9)

1.一种充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置，其特征是：由一个支架、表层浆体厚度测试仪(2)和圆柱筒三部分组成，所述的圆柱筒置于所述的支架的底部中央，所述的表层浆体厚度测试仪(2)处于所述的圆柱筒的正上方竖直安装在所述的支架的中心位置的空心导管(6)内且用紧固件固定，松开所述的紧固件后所述的表层浆体厚度测试仪(2)能沿所述的支架向下自由下落；所述的表层浆体厚度测试仪(2)由带刻度的中心杆(4)和4个叶片(5)组成，4个所述的叶片(5)固定安装于所述的中心杆(4)的下端，相邻所述的叶片(5)互相成90°布置，所述的中心杆(4)的底部与所述的叶片(5)的底部成径向平齐，所述的中心杆(4)套装在所述的空心导管(6)内。

2.根据权利要求1所述的充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置，其特征是：所述的叶片(5)和所述的中心杆(4)均由不锈钢组成。

3.根据权利要求1所述的充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置，其特征是：4个所述的叶片(5)焊接于所述的中心杆(4)的下端。

4.根据权利要求1所述的充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置，其特征是：所述的中心杆(4)为直径Ф5mm、长度180mm的不锈钢圆柱杆，圆杆上部带有刻度，最小刻度为0.5mm；所述的叶片(5)的几何尺寸为长75mm、宽10mm、厚度1mm。

5.根据权利要求1或2所述的充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置，其特征是：所述的支架为三脚支架(1)。

6.根据权利要求5所述的充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置，其特征是：所述的三脚支架(1)采用不锈钢质材料制成，3个脚成120°布置，所述的三脚支架(1)的高度为250mm，所述的三脚支架(1)的三个支架脚之间下部水平距离均为300mm、上部水平距离为100mm，所述的三脚支架(1)的上部中央设置孔径为Ф6mm、长度为20mm空心导管(6)。

7.根据权利要求1或2所述的充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置，其特征是：所述的圆柱筒为不锈钢圆柱筒(3)，所述的不锈钢圆柱筒(3)的几何尺寸为筒内径为Ф200mm、高度为110mm、壁厚为2mm。

8.根据权利要求1或2所述的充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置，其特征是：所述的紧固件为螺栓(7)。

9.使用权利要求1所述的充填层自密实混凝土拌合物稳定性测试装置的测试方法，其特征是：步骤如下：

(1)、将表层浆体厚度测试仪安装于支架中央，然后将拌制好的待测混凝土拌合物试样连续均匀装入圆柱筒中，待测混凝土拌合物试样的上表面离圆柱筒上边缘为8mm～12mm；

(2)、调整表层浆体厚度测试仪，使其中心杆底部和叶片底部刚好接触待测混凝土拌合物试样的上表面，同时读取并记录中心杆与空心导管上端相交处刻度读数L1；

(3)、在待测混凝土拌合物试样装入圆柱筒静置15min后，松开紧固件使表层浆体厚度测试仪的中心杆沿空心导管自由下落至待测混凝土拌合物试样中，30s后读取中心杆与空心导管的上边缘相交处刻度读数L2；

(4)、自密实混凝土拌合物稳定性指数即表层浆体层厚度：L＝L2-L1；当拌合物稳定性指数L不大于7.5mm时，评定自密实混凝土拌合物的稳定性良好。