自密实混凝土层是CRTSIII型板式无砟轨道结构的重要组成部分,其工程质量对轨道结构的平顺性和耐久性具有重要影响。自密实混凝土作为一种超高流动性的混凝土材料,具有高度的原材料敏感性、施工敏感性和温度敏感性。为提升自密实混凝土稳健性,确保CRTSIII板式无砟轨道自密实混凝土层施工质量,采用RHM-3000 ICAR混凝土流变仪等测试手段,研究原材料、配合比及搅拌机制等关键参数对自密实混凝土剪切作用下流变行为的影响,借鉴有序-无序转变理论、“粒子簇”理论、颗粒惯性理论等揭示自密实混凝土剪切变稠行为的形成机制。取得主要成果如下:(1)对比分析了H-B模型与改进Bingham模型表征自密实混凝土剪切变稠行为的相关性和敏感性,两者之间表现出良好的相关性(R2=0.889),基于敏感性分析,提出了更适合用于描述自密实混凝土剪切变稠行为的指标——改进Bingham模型c/μ值。(2)研究了胶凝材料组成、粗骨料最大粒径、粘度改性材料类型等主要原材料对自密实混凝土剪切作用下流变行为的影响。粉煤灰-矿渣粉复掺可以降低自密实混凝土屈服应力,提高其塑性粘度,同时也会加剧其剪切变稠程度,适量硅灰的掺入则可以削弱粉煤灰-矿渣粉复掺所引起的自密实混凝土剪切变稠行为。随着粗骨料最大粒径增加,粗骨料颗粒惯性作用力增大,促使自密实混凝土剪切变稠程度降低,但是随着粗骨料最大粒径增大,拌和物屈服应力亦随之增大。纤维素醚、温轮胶、黄原胶、改性淀粉等四种粘度改性材料增稠效果从大到小依次为:温轮胶>黄原胶>纤维素醚>改性淀粉,其中采用黄原胶作为粘度改性材料制备的自密实混凝土剪切变稠现象相对较为严重;改性淀粉增稠效果不明显,不适合用作自密实混凝土粘度改性材料。(3)研究了水胶比、坍落扩展度、含气量、粗骨料体积分数等关键配合比参数对自密实混凝土剪切作用下流变行为的影响。增大水胶比会导致自密实混凝土屈服应力增大,塑性粘度减小。随着水胶比增大,拌和物体系内部形成粒子簇的机率大幅度降低,从而削弱自密实混凝土剪切变稠程度。增加高性能减水剂掺量可提高自密实混凝土坍落扩展度,同时会促使自密实混凝土拌和物屈服应力和塑性粘度显著降低。自密实混凝土剪切变稠程度随高性能减水剂掺量的增加而加剧,这是由于剪应力作用下吸附在水泥颗粒上的高性能减水剂出现脱附现象,导致剪应力作用下体系内部出现颗粒团聚和减水剂分子之间互相缠绕所引起的。含气量增大会提高拌和物变形能力,因此随含气量增大,自密实混凝土剪切变稠程度降低。随着粗骨料体积分数增大,自密实混凝土屈服应力增大、塑性粘度减小,剪切变稠程度降低。(4)研究了投料顺序、搅拌时间、搅拌速率等搅拌参数对自密实混凝土剪切作用下流变行为的影响。自密实混凝土生产搅拌过程中,先将骨料与水拌和,再加入其它原材料会降低拌和物剪切变稠程度,但是骨料与水直接接触会导致骨料吸附大量自由水,促使拌和物屈服应力增大。为保证新拌自密实混凝土具备足够的流动性能和较低的剪切变稠行为,本试验条件下,自密实混凝土生产搅拌时间宜控制在4~5 min,搅拌速率宜控制在50~75 Hz范围内。