高速鐵路人行道步板和電纜槽蓋板技術(shù)指標(biāo)探討

李化建，易忠來，謝永江

(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081;2.高速鐵路軌道技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

活性粉末混凝土和無機(jī)復(fù)合型混凝土因其優(yōu)異的力學(xué)性能可加工成厚度較小的人行道步板和電纜槽蓋板，從而減輕橋面二期恒載，提高橋面設(shè)施的耐久性，減輕安裝時(shí)的勞動(dòng)量。以活性粉末混凝土和以無機(jī)復(fù)合型混凝土為基材的人行道步板和電纜槽蓋板被廣泛應(yīng)用于高速鐵路工程，并被納入鐵路行業(yè)暫行技術(shù)條件，正在上升為鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?；钚苑勰┗炷磷鳛橐环N超高性能的水泥基材料在高速鐵路人行道步板和電纜槽蓋板中的成功應(yīng)用，推動(dòng)了活性粉末混凝土在不同行業(yè)的推廣應(yīng)用。鑒于活性粉末混凝土優(yōu)異的性能與特殊的測(cè)試方法，國(guó)家正在編制《活性粉末混凝土》、《活性粉末混凝土抗氯鹽侵蝕電化學(xué)測(cè)試方法》、《固廢制備的活性粉末混凝土抗沖擊性能試驗(yàn)方法》3部國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。本文對(duì)比了現(xiàn)行人行道步板和電纜槽蓋板的暫行技術(shù)條件，分析了兩類材料技術(shù)指標(biāo)的差異，結(jié)合正在制定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，分析了現(xiàn)行技術(shù)條件中可能存在的問題，以期為高速鐵路人行道步板和電纜槽蓋板技術(shù)條件的制定提供參考。

1 高速鐵路人行道步板和電纜槽蓋板相關(guān)技術(shù)條件

目前頒布人行道步板和電纜槽蓋板的技術(shù)條件有兩個(gè):①是《客運(yùn)專線活性粉末混凝土(RPC)材料人行道擋板、蓋板暫行技術(shù)條件》［1］;②是《客運(yùn)專線橋梁用無機(jī)復(fù)合型混凝土電纜槽蓋板和人行道步行板暫行技術(shù)條件》［2］。兩個(gè)技術(shù)條件對(duì)基體材料的要求如表1所示。雖然兩個(gè)技術(shù)條件針對(duì)的對(duì)象都是人行道步板和電纜槽蓋板，但由于采用的基體材料不同，其力學(xué)性能、彈性模量以及耐久性指標(biāo)的要求也不盡相同。

表1 電纜槽蓋板和人行道步板基體材料的技術(shù)要求

《活性粉末混凝土構(gòu)件施工要點(diǎn)手冊(cè)》將活性粉末混凝土分為R80，R100，R130，R160和R200五個(gè)等級(jí)，具體指標(biāo)見表2［3］。這種分類可以方便不同結(jié)構(gòu)選擇使用其適宜的活性粉末混凝土材料。對(duì)比表1和表2可知，兩者所規(guī)定的指標(biāo)略有不同，如R130類型，暫行技術(shù)條件中活性粉末混凝土材料抗凍等級(jí)要求為F500，施工要點(diǎn)手冊(cè)中要求抗凍等級(jí)為F600。

表2 活性粉末混凝土材料分類

2 高速鐵路人行道步板和電纜槽蓋板相關(guān)技術(shù)條件存在問題

2.1 基體材料定義

活性粉末混凝土是由超細(xì)活性粉末、水泥、優(yōu)質(zhì)石英砂、高強(qiáng)鋼纖維等組分，通過最優(yōu)化級(jí)配設(shè)計(jì)，經(jīng)高溫?zé)岷系忍囟üに囍苽涠傻母呒夹g(shù)復(fù)合材料。活性粉末混凝土材料是由Reactive Powder Concrete(簡(jiǎn)稱為RPC)翻譯而來。法國(guó) Marks Robert Alfred等于2000和2001年申請(qǐng)了Reactive powder concrete compositions和Reactive powder concrete composition including polycarboxylic ether polymer type superplasticizer專利［4-5］，隨后 Septfons Martine等申請(qǐng)了 Concrete composition of reactive powders and method for making an element therrof專利［6］。在《鐵路混凝土施工技術(shù)指南》(鐵建設(shè)［2010］241 號(hào))［7］和《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB 10424—2010)［8］中，將活性粉末混凝土稱為纖維增強(qiáng)砂漿。正在制定的《活性粉末混凝土》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中將活性粉末混凝土定義為以水泥、礦物摻合料、細(xì)骨料、高強(qiáng)度微細(xì)鋼纖維或有機(jī)合成纖維等原料生產(chǎn)的超高性能纖維增強(qiáng)細(xì)骨料混凝土，并分為制品用活性粉末混凝土和現(xiàn)澆活性粉末混凝土。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在定義上從原材料和施工工藝兩方面擴(kuò)充了活性粉末混凝土的內(nèi)涵:活性粉末混凝土不僅僅使用鋼纖維，還使用有機(jī)合成纖維;生產(chǎn)方式不僅包括蒸養(yǎng)，還包括現(xiàn)場(chǎng)澆注。

無機(jī)復(fù)合型混凝土是指除鋼筋和網(wǎng)狀增強(qiáng)材料外，由水泥基膠凝材料、骨料、短切纖維、適量改性劑和外加劑、水等制成的功能性高強(qiáng)高性能混凝土。該定義容易引起誤解，因?yàn)榛炷帘旧砭褪菬o機(jī)材料。

2.2 基體材料的指標(biāo)

由于兩種基材性能的差異以及構(gòu)件設(shè)計(jì)厚度的不同，用于人行道步板和電纜槽蓋板基材時(shí)，活性粉末混凝土與無機(jī)復(fù)合型混凝土技術(shù)指標(biāo)差別較大，如抗壓強(qiáng)度相差將近2倍，抗凍等級(jí)相差2.5倍。另外，無機(jī)復(fù)合型混凝土還規(guī)定了混凝土耐磨性和耐人工氣候老化性能指標(biāo)，耐磨性要求磨坑長(zhǎng)度不大于35 mm，耐人工氣候老化性能指標(biāo)要求經(jīng)過300 h人工氣候老化后混凝土抗壓強(qiáng)度損失不大于10%，且外觀無起泡、開裂和剝落。耐人工氣候老化性能多是針對(duì)高分子材料，從其引用的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)《色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射曝露濾過的氙弧輻射》中也得以驗(yàn)證，對(duì)于混凝土材料采用耐人工氣候老化性能來評(píng)價(jià)值得商榷。

如何根據(jù)步板和蓋板承載力要求來確定其基體材料性能以及兩種基體材料所制備構(gòu)件的適用范圍應(yīng)該在規(guī)范中明確。

2.3 基體材料的試驗(yàn)方法與試驗(yàn)齡期

《客運(yùn)專線活性粉末混凝土(RPC)材料人行道擋板、蓋板暫行技術(shù)條件》規(guī)定采用電通量指標(biāo)來評(píng)價(jià)活性粉末混凝土抗氯離子滲透性。鋼纖維的摻入會(huì)使活性粉末混凝土在電通量檢測(cè)時(shí)溫度驟升，影響測(cè)試結(jié)果。正在制定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《活性粉末混凝土抗氯鹽侵蝕電化學(xué)測(cè)試方法》就是針對(duì)目前采用電通量測(cè)試方法檢測(cè)活性粉末混凝土存在的問題，提出了一種新的活性粉末混凝土抗氯離子侵蝕測(cè)試方法。

《客運(yùn)專線活性粉末混凝土(RPC)材料人行道擋板、蓋板暫行技術(shù)條件》中關(guān)于活性粉末混凝土所規(guī)定的所有指標(biāo)(抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、彈性模量、氯離子滲透量和抗凍等級(jí)等)均沒有給出試驗(yàn)測(cè)試齡期。水泥基材料的性能是時(shí)間的非線性函數(shù)，不同齡期其性能相差較大。對(duì)于人行道布板和電纜槽蓋板這種蒸養(yǎng)方式的小型構(gòu)件，其基體材料試驗(yàn)齡期與高性能混凝土可能不同。合理的試驗(yàn)齡期應(yīng)根據(jù)活性粉末混凝土材料性能隨時(shí)間發(fā)展規(guī)律來確定。對(duì)于無機(jī)復(fù)合型混凝土，其耐人工氣候老化性能試件的試驗(yàn)齡期也未明確。

3 對(duì)高速鐵路人行道步板和電纜槽蓋板技術(shù)要求的建議

1)規(guī)范基材的術(shù)語(yǔ)

作為行業(yè)技術(shù)規(guī)范所提出的專業(yè)術(shù)語(yǔ)應(yīng)準(zhǔn)確概括其內(nèi)涵，讓同行人認(rèn)可，不引起歧義。因此，無論是活性粉末混凝土還是無機(jī)復(fù)合型混凝土，都應(yīng)明確其定義及其定義的出處。

2)明確人行道步板和電纜槽蓋板的設(shè)計(jì)使用年限

按使用壽命設(shè)計(jì)已被納入《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》［9］，該規(guī)范規(guī)定小型構(gòu)件的設(shè)計(jì)使用年限不得小于30年，但此設(shè)計(jì)使用年限所指對(duì)象是普通混凝土，因此，如采用活性粉末混凝土材料或無機(jī)復(fù)合型混凝土所制備的人行道步板和電纜槽蓋板應(yīng)按其性能明確設(shè)計(jì)使用年限。

3)明確試驗(yàn)方法與試驗(yàn)齡期

應(yīng)明確基體材料試驗(yàn)的所有齡期，其齡期的確定既要考慮測(cè)試周期，又要考慮材料性能發(fā)展。只有試驗(yàn)齡期確定了才能使檢測(cè)評(píng)價(jià)統(tǒng)一。

4)明確原材料的技術(shù)要求

活性粉末混凝土關(guān)鍵原材料——復(fù)合摻合料的技術(shù)要求在其技術(shù)條件中沒有給定;無機(jī)復(fù)合型混凝土關(guān)鍵原材料——網(wǎng)狀增強(qiáng)材料的技術(shù)要求也尚未給出。為了確保制品質(zhì)量，應(yīng)對(duì)這些關(guān)鍵原材料的性能給出規(guī)定。

5)擴(kuò)大可應(yīng)用原材料的范圍

活性粉末混凝土材料中使用石英砂，由于受石英砂資源分布和儲(chǔ)量的限制，石英砂的成本很高，且無法滿足高速鐵路的需求。因此，研究河砂、尾礦砂取代石英砂已成為降低活性粉末混凝土材料成本、解決資源短缺問題的有效技術(shù)途徑。研究表明［10-13］，用河砂全部取代石英砂來制備活性粉末混凝土材料，其性能完全滿足《客運(yùn)專線活性粉末混凝土(RPC)材料人行道擋板、蓋板暫行技術(shù)條件》的規(guī)定，文獻(xiàn)［11］中采用河砂和石英砂制備的活性粉末混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和彈性模量如表3所示。充分驗(yàn)證了用河砂制備活性粉末混凝土材料的可行性。正在制定的《活性粉末混凝土》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中除了給出石英砂的指標(biāo)之外，還給出了用于活性粉末混凝土的河砂指標(biāo)。建議將正在修訂的鐵路行業(yè)活性粉末混凝土相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中細(xì)骨料的范圍擴(kuò)展到河砂。

表3 活性粉末混凝土材料力學(xué)性能

4 結(jié)論

技術(shù)規(guī)范是建設(shè)資源節(jié)約型綠色高速鐵路的重要保障和依據(jù)，在技術(shù)規(guī)范的制定過程中既要考慮結(jié)構(gòu)的功能性，又要力求技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化，這是從源頭來實(shí)踐高速鐵路建設(shè)過程中的節(jié)能減排。高速鐵路人行道步板和電纜槽蓋板技術(shù)指標(biāo)的確定和原材料的選擇應(yīng)充分體現(xiàn)技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一，并應(yīng)與國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)銜接。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部.客運(yùn)專線活性粉末混凝土(RPC)材料人行道擋板、蓋板暫行技術(shù)條件［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2006.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部.客運(yùn)專線橋梁用無機(jī)復(fù)合型混凝土電纜槽蓋板和人行道步行板暫行技術(shù)條件［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2008.

［3］鐵道部工程管理中心.活性粉末混凝土構(gòu)件施工要點(diǎn)手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.

［4］MARKS R A，F(xiàn)LETCHER K W.Reactive powder concrete compositions:France，AU20000032535D 20000505［P］.2000-11-09.

［5］MARKS R A，F(xiàn)LETCHER K W.Reactive powder concrete composition including polycarboxylic etherpolymertype superplasticizer:France，NZ20000504362 20000505［P］.2001-08-31.

［6］SEPTFONS M，RISSON T，MAXIMILIEN S，et al.Concrete composition of reactive powders and method for making an element therrof:France，EP20020291194 20020514［P］.2002-11-20.

［7］中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)［2010］241號(hào) 鐵路混凝土施工技術(shù)指南［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010.

［8］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10424—2010 鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010.

［9］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10005—2010 鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010.

［10］李化建.高速鐵路混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕材料技術(shù)開發(fā)研究［R］.北京:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2011.

［11］陳惠蘇，孫偉，趙國(guó)堂，等.人行道蓋板生態(tài)纖維增強(qiáng)混凝土技術(shù)研究［J］.鐵道建筑，2010(9):127-131.

［12］陳尚偉，徐立斌，佘東林，等.關(guān)于山砂及山砂混凝土應(yīng)用中幾個(gè)問題的探討［J］.鐵道建筑，2013(12):135-137.

［13］李化建，易忠來，譚鹽賓，等.一種以河砂或尾砂為骨料的活性粉末混凝土及其制備方法:中國(guó)，201010133815.9［P］.2010-06-10.