周帥

（中國(guó)中鐵四局集團(tuán)有限公司第八工程分公司安徽合肥230041）

改性軌枕用高性能混凝土的研制與應(yīng)用

周帥

（中國(guó)中鐵四局集團(tuán)有限公司第八工程分公司安徽合肥230041）

軌枕是一種重要的鐵路配件之一，在鐵路線路中發(fā)揮著不可替代的重要作用。它既要承受鋼軌的重量，又要確保鋼軌的固定位置。同時(shí)，當(dāng)有列車經(jīng)過(guò)的時(shí)候，軌枕需要將鋼軌傳遞來(lái)的壓力傳導(dǎo)給道床。因此，軌枕彈性、強(qiáng)度和柔韌性必須要適中，列車經(jīng)過(guò)時(shí)，軌枕需要發(fā)生適當(dāng)?shù)男巫儊?lái)緩沖壓力，列車經(jīng)過(guò)之后，還要盡快恢復(fù)原狀。而在軌枕的制作材料方面，改性軌枕用高性能混凝土已經(jīng)取代了傳統(tǒng)混凝土，極大的提高了軌枕的性能。本文從原材料和施工工藝兩個(gè)方面，對(duì)改性軌枕用高性能混凝土的研制進(jìn)行了探討，然后對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

改性軌枕用；高性能混凝土；研制與應(yīng)用

前言

在我國(guó)的鐵路軌道系統(tǒng)當(dāng)中，軌枕大多使露天存在的，并且同時(shí)受到正負(fù)雙向的彎矩。因此，在鐵路線路混凝土構(gòu)件當(dāng)中，軌枕是最容易受到破壞的部分。在我國(guó)，大多數(shù)軌枕的實(shí)際壽命只有10～30年左右，經(jīng)常需要維修或更換，給鐵路部門造成了極大的成本浪費(fèi)。為了能夠有效提高軌枕的性能，應(yīng)當(dāng)采用改性軌枕用高性能混凝土材料，這樣能夠有效的提高軌枕的性能和壽命，為我國(guó)鐵路部門節(jié)省了大量的成本，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)鐵路事業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

1　改性軌枕用高性能混凝土的研制

1.1原材料的選擇

1.1.1水泥

改性軌枕用高性能混凝土可以選用中熱水泥、早強(qiáng)硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥等進(jìn)行配制，所選水泥的標(biāo)號(hào)應(yīng)當(dāng)在525#以上。在水泥礦物成分中，C3A的含量應(yīng)當(dāng)在8%以下，比表面積應(yīng)當(dāng)在3200cm2/g左右。如果不滿足以上情況，水泥就會(huì)損失較大的流動(dòng)性，尤其是在硫酸鹽或堿的含量較高的水泥中，這種情況更為明顯。因此，為了對(duì)水泥水化熱進(jìn)行控制，穩(wěn)定體積，應(yīng)當(dāng)在300～500kg/m3的凝膠材料范圍內(nèi)進(jìn)行改性軌枕用高性能混凝土的配制。在該環(huán)境下，在采用適當(dāng)?shù)呐浜媳?，就能夠取?0～ 120MPa抗壓強(qiáng)度的混凝土[1]。

1.1.2礦物摻合料

主要的礦物摻合料都是以活性二氧化硅作為活性成分，主要包括硅粉、磨細(xì)礦渣、優(yōu)質(zhì)粉煤灰等。在配制改性軌枕用高性能混凝土的時(shí)候，用礦物摻合料對(duì)部分水泥進(jìn)行替代，能夠使混凝土的性能得到提高，例如密實(shí)度的增加、水化熱的降低等。這樣，混凝土的抗壓強(qiáng)度將會(huì)提高，其提及穩(wěn)定性、抗?jié)B性、工作性等將會(huì)得到改善。在實(shí)際研制過(guò)程中，可以單獨(dú)或混合摻用礦物摻合料。

優(yōu)質(zhì)粉煤灰指的是需水量比較低、細(xì)度較高、燒失量較低的粉煤灰。單獨(dú)摻用優(yōu)質(zhì)粉煤灰，也能夠?qū)崿F(xiàn)改性軌枕用高性能混凝土的研制。而在混凝土中，添加適量的磨細(xì)礦渣，其效果要比粉煤灰好。細(xì)度越高的礦渣，其效果越明顯，但是價(jià)格也越高。而硅粉的礦物摻合料作用是最為理想的，但是，硅粉的價(jià)格價(jià)高、需水量較大，也不方便進(jìn)行操作。因此在實(shí)際應(yīng)用中，可以取少量與其它礦物摻合料混合使用[2]。

改性軌枕用高性能混凝土的強(qiáng)度可以通過(guò)礦物摻合料的用量以及用水量的不同來(lái)進(jìn)行調(diào)整。越高的強(qiáng)度等級(jí)，就需要越低的水膠比。在C50～C70的改性軌枕用高性能混凝土當(dāng)中，主要采用的是優(yōu)質(zhì)粉煤灰；在C80～C100的改性軌枕用高性能混凝土當(dāng)中，主要采用的是磨細(xì)礦渣；在C100以上的改性軌枕用高性能混凝土當(dāng)中，主要采用的是硅粉。

1.1.3粗細(xì)骨料

選用細(xì)度模數(shù)在2.6～3.2之間的中粗砂，應(yīng)當(dāng)具有平滑的篩分曲線、渾圓潔凈的顆粒以及較高的石英含量。而對(duì)于改性軌枕用高性能混凝土來(lái)說(shuō)，對(duì)其強(qiáng)度影響較大的使粗骨料的表面特征和形狀。多棱角顆粒具有較大的機(jī)械粘結(jié)力，因此相比于礫石混凝土、碎石混凝土的強(qiáng)度更大。但是，混凝土的工作性和需水量會(huì)受到多棱角骨料的不良影響。因此，應(yīng)當(dāng)盡量選取趨近立方體的干凈顆粒，片狀和針狀顆粒含量最少。在進(jìn)行改性軌枕用高性能混凝土研制的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)選擇輝綠巖、閃長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)巖、花崗巖等優(yōu)質(zhì)的高強(qiáng)度粗骨料。選取的粗骨料最佳粒徑為10～15mm，如果在25mm以上，將不利于混凝土的抗?jié)B性和強(qiáng)度。

1.1.4高效減水劑

改性軌枕用高性能混凝土采用了大量膠凝材料，水膠比較低，拌合物黏性較大，才能保證較高的強(qiáng)度。而要取得較高的工作性，就需要采用高效減水劑。高效減水劑是一種高分子陰離子型表面活性劑，通常為三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物、或是萘磺酸鹽甲醛縮合物。該物質(zhì)具有較高的減水率，同時(shí)能夠?qū)λ涠葥p失進(jìn)行控制。通常按照水泥中量的1～2%摻入高效減水劑。如果混凝土的強(qiáng)度增加，摻入量也要隨之增加[3]。

1.2施工工藝的選擇1.2.1攪拌

通過(guò)攪拌，將構(gòu)成混凝土的各種材料充分的進(jìn)行分散和混合。改性軌枕用高性能混凝土具有較大的黏性，因此，對(duì)于混凝土拌合物的均質(zhì)性、微觀結(jié)構(gòu)、流變性能等，會(huì)受到攪拌工藝和攪拌機(jī)的影響。對(duì)此，為了能夠使混凝土拌合物的性能提高，應(yīng)當(dāng)采用均質(zhì)性較好、攪拌效率較高的雙錐式攪拌機(jī)。具體的投料順序和攪拌過(guò)程如圖1所示。

圖1　改性軌枕用高性能混凝土的攪拌

1.2.2振搗

改性軌枕用高性能混凝土通常具有20cm以上的塌落度，因此，有些專家認(rèn)為改性軌枕用高性能混凝土是一種免振自密實(shí)混凝土。但是，實(shí)際上，如果改性軌枕用高性能混凝土不經(jīng)過(guò)振搗，將會(huì)降低其抗?jié)B等級(jí)和強(qiáng)度等級(jí)。因此，改性軌枕用高性能混凝土也需要一定時(shí)間的振搗，才能充分發(fā)揮作用。

1.2.3養(yǎng)護(hù)

要確?；炷恋娘柡蜖顟B(tài)得到最大限度的保持，就應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在新鮮水泥漿當(dāng)中，水泥水化產(chǎn)物填充原始充水空間，直到滿足要求的程度為止。改性軌枕用高性能混凝土用水量較少，因此具有快速的水化反應(yīng)，毛細(xì)管可能中斷。在養(yǎng)護(hù)重新開始后，混凝土內(nèi)部無(wú)法進(jìn)入水分，進(jìn)一步水化就不會(huì)發(fā)生。因此，在改性軌枕用高性能混凝土早期，就應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)[4]。

2　改性軌枕用高性能混凝土的應(yīng)用

混凝土材料在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用十分廣泛，同時(shí)也消耗了大量的資源和能源，其發(fā)展和建設(shè)也會(huì)對(duì)世界的基礎(chǔ)建設(shè)產(chǎn)生極大的影響。而傳統(tǒng)混凝土由于劣化過(guò)早，無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，因此，世界各國(guó)紛紛開始進(jìn)行高性能混凝土的研制和應(yīng)用工作。

在我國(guó)鐵路事業(yè)的建設(shè)和發(fā)展當(dāng)中，軌枕作為一種必不可少的鐵路線路配件，發(fā)揮著不可替代的重要作用。軌枕的性能，將會(huì)直接影響到我國(guó)鐵路事業(yè)的建設(shè)和發(fā)展。改性軌枕用高性能混凝土的研制，為軌枕的制作提供了新的材料，使軌枕的性能得到了經(jīng)一步的提升，極大的提高了鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性。

在實(shí)際應(yīng)用中，改性軌枕用高性能混凝土具有很多傳統(tǒng)混凝土所不具備的優(yōu)勢(shì)。例如，改性軌枕用高性能混凝土的工作性更為良好，在成型過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)離析、分層等情況[5]?；炷猎谧⑷肽＞吒山Y(jié)硬化之后，抗?jié)B能力較強(qiáng)、孔隙率較低、結(jié)構(gòu)較密實(shí)。采用這樣的材料進(jìn)行軌枕的制作，可以有效的延長(zhǎng)軌枕的使用壽命。如果不考慮其它外界因素的影響，其使用壽命將可達(dá)到50～100年。而相比于傳統(tǒng)混凝土，改性軌枕用高性能混凝土具有更強(qiáng)的體積穩(wěn)定性，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，其收縮變形的程度能夠得到有效的降低。此外，改性軌枕用高性能混凝土具備的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是其對(duì)環(huán)境的污染和影響較小，符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。

3　結(jié)論

鐵路交通運(yùn)輸事業(yè)是我國(guó)重要的發(fā)展領(lǐng)域之一，其發(fā)展和建設(shè)的程度，將會(huì)關(guān)系到我國(guó)整體的建設(shè)和發(fā)展程度。在鐵路線路當(dāng)中，軌枕具有不可替代的重要作用，對(duì)鐵路的穩(wěn)定性和安全性具有直接的影響。在制作軌枕的材料上，改性軌枕用高性能混凝土是一種十分良好的材料，它的研制和應(yīng)用，對(duì)于軌枕的工作性和安全性都具有極大的意義。

[1]孫樹民.高性能混凝土的研制與應(yīng)用概況[J].廣東建材，2011，12（02）：4～8.

[2]孫文彬，劉永.地區(qū)性高性能商品混凝土的研制與應(yīng)用[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，11（01）：23～27.

[3]葉重農(nóng)，趙天民.高性能混凝土（C50～C60）研制與應(yīng)用[J].天津科技，2013，11（03）：34.

[4]仲新華，謝永江，賈耀東.高性能混凝土軌枕應(yīng)用試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑，2012，11（02）：58～61.

[5]關(guān)沃康，吳石川.C80高性能混凝土的研究與應(yīng)用[J].商品混凝土，2011，11（09）：46～48.

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2015-3-28

周帥（1988-），男，助理工程師，主要從事工程技術(shù)工作。