郭政 穆松 莊智杰 劉光嚴(yán)

1.江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司 高性能土木工程材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008；2.江蘇蘇博特新材料股份有限公司，南京 211103

雙塊式無(wú)砟軌道已大規(guī)模應(yīng)用于我國(guó)高速鐵路建設(shè)中［1］，且整體服役狀況良好，但道床板混凝土易出現(xiàn)質(zhì)量病害［2］。道床板混凝土作為整個(gè)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)受力支承結(jié)構(gòu)，其質(zhì)量直接關(guān)系到軌道結(jié)構(gòu)的平整性與穩(wěn)定性。嚴(yán)酷環(huán)境下高速鐵路無(wú)砟軌道道床板混凝土服役過(guò)程中面臨侵蝕性介質(zhì)（Cl-、水分等）作用，混凝土的抗介質(zhì)滲透性能已逐漸得到關(guān)注［3］。TB 10005—2010《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》中無(wú)砟軌道道床板的設(shè)計(jì)使用年限為100 年，海上大氣區(qū)氯鹽環(huán)境要求道床板混凝土電通量小于1 200 C，56 d氯離子遷移系數(shù)不大于3 × 10-12m2/s。

通過(guò)提高混凝土密實(shí)性從而提升抗?jié)B性的技術(shù)措施主要分為兩大類(lèi)：①采用降低水膠比+礦物摻和料技術(shù)。低水膠比保障了混凝土基體的密實(shí)性，降低混凝土內(nèi)部孔隙率，但增加了現(xiàn)場(chǎng)混凝土模筑施工控制難度，易導(dǎo)致混凝土缺陷。②添加混凝土密實(shí)劑。混凝土施工中添加一定量的密實(shí)劑可以?xún)?yōu)化混凝土內(nèi)孔徑分布，減少連通孔，增加孔結(jié)構(gòu)的曲折度，從而降低混凝土氣體滲透性能。目前市場(chǎng)上主要包括兩類(lèi)密實(shí)劑，一類(lèi)是以減水劑為主要功能組分，輔以和易性改善組分的液體型密實(shí)劑，通過(guò)降低水膠比與改善工作性能提升混凝土氣密性，但存在密實(shí)性改善效果有限、增加新拌混凝土離析泌水的風(fēng)險(xiǎn)；另一類(lèi)是以高活性納米材料為主要功能組分的粉劑型密實(shí)劑，通過(guò)納米材料參與水泥水化反應(yīng)優(yōu)化孔結(jié)構(gòu)提升混凝土氣密性，但存在納米材料難分散、易團(tuán)聚，易增大混凝土黏度，劣化施工性能的難題。

傳統(tǒng)課堂上往往先由教師講解中藥的性狀特征，然后讓學(xué)生觀察中藥實(shí)物標(biāo)本進(jìn)行印證，沒(méi)有充分發(fā)揮標(biāo)本的作用。筆者設(shè)計(jì)了“鏈條式應(yīng)用標(biāo)本”課例，讓學(xué)生真正圍繞標(biāo)本自主參與到教學(xué)中來(lái)。課例各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)如下。

針對(duì)上述傳統(tǒng)混凝土密實(shí)技術(shù)的不足，本文提出一種新型超分散納米材料，該材料在混凝土攪拌過(guò)程中分散效果佳且混凝土工作性能良好。將新型超分散納米材料摻入道床板混凝土中，通過(guò)力學(xué)性能和滲透性能的測(cè)試，觀測(cè)硬化混凝土氣泡結(jié)構(gòu)變化，較全面地評(píng)價(jià)新型超分散納米材料對(duì)混凝土抗?jié)B性的提升效果，為提升無(wú)砟軌道道床板混凝土耐久性提供新思路。

1 試驗(yàn)

采用安徽海螺股份有限公司P·O 42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，燒失量為4.92%。水泥氧化物組成見(jiàn)表1。細(xì)骨料為河砂，細(xì)度模數(shù)為2.8。粗骨料采用粒徑5～15 mm的玄武巖，表觀密度為2 750 kg/m3。

表1 水泥氧化物組成 %

減水劑為SBT??PCA（Ⅰ）聚羧酸高效減水劑，固體含量26.54%，減水率27%。密實(shí)劑為SBT??RMA（VA?N）超分散納米材料，主要成分為表面接枝聚合改性的活性納米顆粒，平均粒徑在100 nm 左右，摻量為膠凝材料的5%～20%，等量取代水泥，摻入混凝土中可以提升混凝土基體密實(shí)性，細(xì)化混凝土毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)。

1.1 混凝土試驗(yàn)方案

C40 級(jí)道床板混凝土配合比見(jiàn)表2。其中純水泥組為基準(zhǔn)組（記為JZ），摻加超分散納米材料組為NM（記為NM?摻量占比）。按碎石、砂、水泥（或超分散納米材料NM）的投料順序，依次將原材料加入攪拌鍋中混攪10 s；加入水與減水劑，繼續(xù)攪拌2 min后倒出，測(cè)試新拌混凝土性能后裝入試模中振搗成型。

表2 試驗(yàn)配合比 kg·m-3

實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，可通過(guò)在氣缸安裝座與窗框之間增加墊片的方式，增大活動(dòng)扇葉的塞緊行程，補(bǔ)償密封橡膠件的變形磨損。

表3 新拌混凝土工作性能

1.2 試驗(yàn)儀器與方法

1.2.1 抗壓強(qiáng)度測(cè)試

采用UTM5504X 型三思縱橫-微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試道床板混凝土標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度。

1.2.2 滲透性能測(cè)試

1）氯離子滲透性

蘭德公司的歐洲和蘇聯(lián)問(wèn)題專(zhuān)家建議擴(kuò)大北約版圖，吸納波蘭、捷克共和國(guó)、斯洛伐克和匈牙利為北約成員國(guó)。蘭德的建議和分析為美國(guó)國(guó)務(wù)院繼續(xù)進(jìn)行北約擴(kuò)張?zhí)峁┝酥匾獏⒖肌?/p>

不同超分散納米材料摻量下新拌混凝土的工作性能見(jiàn)表3?？芍撼稚⒓{米材料摻入道床板混凝土后對(duì)混凝土工作性能有一定的改善作用。

依據(jù)GB/ T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》檢測(cè)道床板混凝土的電通量，采用北京耐爾得儀器設(shè)備有限公司RCM?NTB 型六通道混凝土擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試儀，檢測(cè)道床板混凝土的氯離子遷移系數(shù)。

2）水滲透性

當(dāng)某時(shí)刻電網(wǎng)負(fù)荷確定,風(fēng)電場(chǎng)以額定功率因數(shù)運(yùn)行(單位功率因數(shù)),假設(shè)陸上風(fēng)電場(chǎng)有功功率出力一定,海上風(fēng)電場(chǎng)有功功率按場(chǎng)景1和場(chǎng)景2出力。未配置無(wú)功補(bǔ)償裝置且風(fēng)電場(chǎng)不參與無(wú)功優(yōu)化調(diào)節(jié),以及配置無(wú)功補(bǔ)償裝置且風(fēng)電場(chǎng)參與無(wú)功優(yōu)化調(diào)節(jié)時(shí)的系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)如表1所示。

道床板混凝土吸水率試驗(yàn)采用DB32∕ T 3696—2019《江蘇省高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中的方法；抗水滲透試驗(yàn)采用GB/ T 50082—2009 中滲水高度法，（1.2 ± 0.05）MPa 水壓力下加壓24 h 后，劈開(kāi)抗?jié)B試塊測(cè)試滲水高度。

由于濕度對(duì)透氣系數(shù)測(cè)試存在顯著的影響，為保障室內(nèi)氣干環(huán)境的穩(wěn)定性，將養(yǎng)護(hù)至28 d 的混凝土置于溫度（20 ± 2）℃，相對(duì)濕度60% ± 5%的房間內(nèi)氣干14～28 d 后，按照兩種方法測(cè)試混凝土的透氣系數(shù)：①依據(jù)TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》附錄M 中的方法測(cè)得。②依據(jù)瑞士標(biāo)準(zhǔn)SIA 262/1?EAir Permeability in Structures中的方法測(cè)得。該方法由Torrent在1992年提出，可用于室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損檢測(cè)表層混凝土的空氣滲透性能。

3）氣體滲透性

1.2.3 硬化混凝土氣泡結(jié)構(gòu)

高爾基說(shuō)：“文學(xué)從來(lái)不是司湯達(dá)或列夫·托爾斯泰個(gè)人的事業(yè)，它永遠(yuǎn)是時(shí)代、國(guó)家、階級(jí)的事業(yè)。”[4]7 沱河在中原腹地，是淮河一個(gè)支流，全長(zhǎng)240多公里。在河流縱橫交錯(cuò)的大平原上，它就像一根細(xì)細(xì)的血管，雖不如黃河那樣洶涌奔流，卻也為兩岸人民提供了生存便利。在農(nóng)耕文明為主的時(shí)代，縱然都是農(nóng)村，但大平原上的生活生產(chǎn)條件，要比老少邊地區(qū)好得多。窮是那個(gè)時(shí)代的普遍特征。物質(zhì)的匱乏給人們帶來(lái)了生活上的艱辛，而精神生活的豐富，卻造就了人們樂(lè)觀向上、不畏艱辛的可貴品質(zhì)。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 抗壓強(qiáng)度

965 Early secondary prevention of cardiogenic stroke caused by atrial fibrillation

隨著社會(huì)的進(jìn)步，全球一體化的發(fā)展，英語(yǔ)已經(jīng)成為小學(xué)生的一項(xiàng)必備技能。小學(xué)英語(yǔ)是學(xué)生接觸英語(yǔ)的開(kāi)端，教師要幫助小學(xué)生打下夯實(shí)的基礎(chǔ)，詞匯學(xué)習(xí)是循環(huán)往復(fù)、漫長(zhǎng)積累的過(guò)程，是需要在語(yǔ)境中加深理解、逐步拓展的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生需要教師的引導(dǎo)和鼓勵(lì)，小學(xué)英語(yǔ)教師有義務(wù)監(jiān)督小學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)詞匯。在教學(xué)中教師要不斷積累經(jīng)驗(yàn)，找到更好的教學(xué)方法，為小學(xué)英語(yǔ)教學(xué)貢獻(xiàn)一分力量。

采用精密切割機(jī)將邊長(zhǎng)100 mm 的混凝土立方體試塊切割成厚度不超過(guò)20 mm 的薄片，再將待檢測(cè)的一面拋光打磨、清洗及烘干處理；用黑墨筆涂黑檢測(cè)表面，然后將超細(xì)碳酸鈣粉平鋪于涂黑表面的氣泡中；最后將試塊薄片固定在NELD?BS630 型硬化混凝土氣泡分析儀的移動(dòng)平臺(tái)上，對(duì)硬化混凝土氣泡參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

建設(shè)項(xiàng)目壓覆礦產(chǎn)資源評(píng)估是通過(guò)對(duì)野外踏勘、實(shí)地走訪、收集相關(guān)的資料等，基本了解和熟悉項(xiàng)目用地范圍內(nèi)壓覆礦產(chǎn)資源情況，確定項(xiàng)目范圍內(nèi)壓覆礦產(chǎn)資源的礦種、位置、數(shù)量、規(guī)模等，估算壓覆礦體的資源/儲(chǔ)量，并對(duì)比工程項(xiàng)目和壓覆礦產(chǎn)資源的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，為項(xiàng)目選址及政府部門(mén)的決策提供依據(jù)。

圖1 不同超分散納米材料摻量下道床板混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度

2.2 氯離子滲透性

標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)56 d 后，道床板混凝土電通量和氯離子遷移系數(shù)與超分散納米材料摻量的關(guān)系見(jiàn)圖2?？芍弘S著超分散納米材料摻量的增加，道床板混凝土氯離子遷移系數(shù)逐漸降低。在5%摻量范圍內(nèi)道床板混凝土抗氯離子滲透性大幅降低，超過(guò)5%摻量后道床板混凝土抗氯離子滲透性降幅有所減緩。當(dāng)超分散納米材料摻量為20%時(shí)，道床板混凝土的氯離子遷移系數(shù)由基準(zhǔn)混凝土的4.9 × 10-12m2/s 降低為2.75 ×10-12m2/s，整體上降低了44%；電通量則由基準(zhǔn)混凝土的900 C 降為450 C，降低了50%。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)56 d后，摻入超分散納米材料的道床板混凝土抗氯離子滲透性能滿足TB 10005—2010中耐久性指標(biāo)要求。

圖2 道床板混凝土抗氯離子滲透性能與超分散納米材料摻量的關(guān)系

2.3 水滲透性

氣體介質(zhì)在混凝土等多孔材料中滲透，當(dāng)氣體分子靠近邊界時(shí)，會(huì)以一定的速度滑移而突破邊界的束縛，這也體現(xiàn)了氣體分子較液體更易滲透的特征。也正由于滑移特性（Klinkenberg 效應(yīng)）的存在，氣體分子在混凝土的孔隙中滲透并不能像液體分子那樣滿足達(dá)西定律［4］。

圖3 不同混凝土吸水率與浸泡時(shí)間的關(guān)系

不同道床板混凝土的滲透高度見(jiàn)圖4?？芍鶞?zhǔn)道床板混凝土的滲透高度明顯高于摻入超分散納米材料的道床板混凝土；除NM?20 道床板混凝土內(nèi)部滲透高度波動(dòng)幅度較小外，其他道床板混凝土滲透高度波動(dòng)較大。

圖4 不同道床板混凝土的滲透高度

2.4 氣體滲透

依據(jù)SIA 262/1?E 和TB 10424—2018 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定方法測(cè)試道床板混凝土透氣系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表4?？芍簾o(wú)論是采用SIA 262/1?E 的表面測(cè)試法還是按照TB 10424—2018 規(guī)定方法測(cè)試的混凝土氣體滲透系數(shù)都隨著超分散納米材料摻量的增加而逐漸減小。其中摻量超過(guò)5%時(shí)，道床板混凝土的透氣系數(shù)小于1 × 10-11cm/s，滿足TB 10424—2018 對(duì)氣密混凝土的驗(yàn)收要求。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)五礦從波銅集團(tuán)的進(jìn)口額占中國(guó)從波蘭進(jìn)口總額的40%至60%，截至2018年10月，中國(guó)五礦自波銅集團(tuán)采購(gòu)電解銅數(shù)量超過(guò)100萬(wàn)t，合同總金額計(jì)近60億美元。其中，2018年當(dāng)年，中國(guó)五礦采購(gòu)自波銅集團(tuán)的貨物合同金額首次達(dá)到約6億美元。雙方持久穩(wěn)定的合作極大地拉近了兩國(guó)經(jīng)貿(mào)關(guān)系，支撐了中波兩國(guó)經(jīng)貿(mào)交往的可持續(xù)發(fā)展。

表4 混凝土透氣系數(shù)

不同混凝土吸水率與浸泡時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)圖3?？芍夯鶞?zhǔn)道床板混凝土的吸水率在24 h 內(nèi)迅速增長(zhǎng)，約48 h 吸水飽和，飽和吸水率為5.5%；道床板混凝土中提高超分散納米材料摻量不僅可以延長(zhǎng)道床板混凝土吸水達(dá)到飽和的時(shí)間，而且可以降低道床板混凝土的飽和吸水率，NM?20 道床板混凝土的飽和吸水率最低，為2.55%。

SIA 262/1?E 法和TB 10424—2018 法測(cè)得的混凝土透氣系數(shù)相關(guān)性結(jié)果見(jiàn)圖5。可知，非穩(wěn)態(tài)的SIA 262/1?E 法與穩(wěn)態(tài)的下進(jìn)氣法（TB 10424—2018 法）具有很好的相關(guān)性，這一結(jié)論與文獻(xiàn)［5］研究結(jié)果一致。說(shuō)明本研究中超分散納米材料對(duì)穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)的氣體滲透性均具有較好的抑制作用，也說(shuō)明了在實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)道床板混凝土的滲透性開(kāi)展評(píng)價(jià)時(shí)可借助SIA 262/1?E法。

不同超分散納米材料摻量下道床板混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度見(jiàn)圖1?？芍涸谙嗤z比與膠材用量下，混凝土中添加超分散納米材料以?xún)?yōu)化膠凝材料體系，可以在一定程度上提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)超分散納米材料摻量為20%時(shí)，混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d的抗壓強(qiáng)度達(dá)55.1 MPa，較基準(zhǔn)組45.0 MPa提高11.1 MPa。滿足道床板混凝土28 d抗壓強(qiáng)度的驗(yàn)收要求。

圖5 KA與KT的擬合關(guān)系

2.5 硬化混凝土氣泡結(jié)構(gòu)

不同摻量超分散納米材料制備的道床板混凝土的硬化氣泡見(jiàn)圖6?？芍夯鶞?zhǔn)道床板混凝土內(nèi)部含有較多的氣泡，部分氣泡聯(lián)通在一起，且氣泡大小尺寸不一，氣泡多為類(lèi)圓形與不規(guī)則形狀。NM?5 道床板混凝土內(nèi)部氣泡依舊較多，但整體上小孔徑數(shù)量增多，雖然氣泡大小不一但彼此趨于獨(dú)立，氣泡接近類(lèi)圓形；NM?10 和NM?20 道床板混凝土中氣泡孔徑明顯減小，這是由于超分散納米材料含有適量的超細(xì)高活性成分，能夠促進(jìn)水化反應(yīng)生成更多的水化硅酸鈣凝膠細(xì)化了孔徑，有效地改善了界面過(guò)渡區(qū)的孔隙微結(jié)構(gòu)［6］。但是NM?20 混凝土中存在多個(gè)大孔徑氣泡，可能是由于超分散納米材料摻量高時(shí)材料部分團(tuán)聚，分布不均勻。

圖6 不同摻量下超分散納米材料制備道床板混凝土的硬化氣泡

文獻(xiàn)［7］發(fā)現(xiàn)混凝土的滲透性能與混凝土內(nèi)部的孔徑分布有著密切的關(guān)系。文獻(xiàn)［8］研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)水滲入混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)，代表性孔尺寸最大連續(xù)孔徑起著至關(guān)重要作用，水只有通過(guò)最大連續(xù)孔徑才能在混凝土內(nèi)部滲透。因此當(dāng)超分散納米材料摻入混凝土后，改善了道床板混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，孔徑得到細(xì)化，孔結(jié)構(gòu)分布曲折度提高，最終表現(xiàn)為混凝土的抗介質(zhì)滲透性能有了顯著提升。

通過(guò)對(duì)氣泡數(shù)量及其分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析計(jì)算，得到平均氣泡直徑、硬化含氣量等道床板混凝土硬化氣泡參數(shù)，見(jiàn)表5。可知：在混凝土測(cè)試面內(nèi)，基準(zhǔn)道床板混凝土的氣泡比表面積偏小，說(shuō)明基準(zhǔn)道床板混凝土內(nèi)部孔隙較多、孔徑較大。在摻入超分散納米材料的混凝土系列中，隨著超分散納米材料摻量增加硬化道床板混凝土中氣泡數(shù)量逐步下降，孔隙率降低。NM?20 道床板混凝土在掃描面內(nèi)僅統(tǒng)計(jì)到60 個(gè)氣泡，但平均氣泡直徑為0.190 mm，大于NM?10 混凝土，與圖3中NM?20混凝土存在較大的氣泡有關(guān)。

表5 道床板混凝土硬化氣泡參數(shù)

不同道床板混凝土氣泡分布見(jiàn)圖7。可知：基準(zhǔn)道床板混凝土中不同尺寸的氣泡分布較均勻，說(shuō)明其內(nèi)部混凝土缺陷較多。而摻入超分散納米材料會(huì)細(xì)化道床板混凝土內(nèi)部微結(jié)構(gòu)，NM?20 混凝土有約67%的氣泡分布在0～40 μm。大孔、連續(xù)孔會(huì)加劇溶液或介質(zhì)的傳輸，給混凝土的滲透性能帶來(lái)不利影響。而混凝土內(nèi)部少孔、封閉孔以及孔結(jié)構(gòu)分布的曲折度提高則有助于抑制介質(zhì)的傳輸，一定程度上提高混凝土的抗?jié)B透性能［9］。結(jié)合混凝土的氣泡特征，當(dāng)侵蝕介質(zhì)侵入道床板混凝土內(nèi)部時(shí)，基準(zhǔn)道床板混凝土內(nèi)部由于存在較多且連通的氣泡，為侵蝕介質(zhì)傳輸提供通道，導(dǎo)致道床板混凝土抗介質(zhì)滲透性能較差；而摻入超分散納米材料的道床板混凝土內(nèi)部由于少孔或封閉孔，道床板混凝土抗介質(zhì)滲透性能顯著提升。

圖7 不同道床板混凝土氣泡分布

3 結(jié)論

1）摻入超分散納米材料實(shí)現(xiàn)了膠凝材料顆粒級(jí)配優(yōu)化，超分散納米材料對(duì)道床板混凝土的工作性能有一定改善作用，顯著提升了道床板混凝土的抗壓強(qiáng)度。

2）超分散納米材料實(shí)現(xiàn)了道床板混凝土非穩(wěn)態(tài)與穩(wěn)態(tài)兩種狀態(tài)下的氣密性提升，大幅度改善了抗水壓滲透、氯離子滲透性能。當(dāng)超分散納米材料摻量為10%～20%時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)56 d 的混凝土可滿足海上大氣區(qū)氯鹽環(huán)境耐久性抗?jié)B性要求，實(shí)現(xiàn)道床板混凝土56 d電通量小于1 200 C，56 d氯離子遷移系數(shù)不大于3 ×10-12m2/s。

通過(guò)對(duì)比表1和表2可知，截止到2017年，深圳和廣州的GDP增量排名位列前兩名，深圳大學(xué)和廣州大學(xué)在學(xué)科建設(shè)、高級(jí)人才數(shù)量和在校生人數(shù)三個(gè)指標(biāo)的綜合發(fā)展指數(shù)排名也在前二；與之形成鮮明對(duì)比的是，韶關(guān)和汕頭兩個(gè)城市GDP發(fā)展相對(duì)緩慢，其各自所擁有的大學(xué)在綜合發(fā)展指標(biāo)排名的情況并不理想。其中，韶關(guān)學(xué)院是唯一一個(gè)存在專(zhuān)科層次培養(yǎng)任務(wù)的院校，汕頭大學(xué)雖然具有較高的起點(diǎn)，但受到地方“束縛”，也呈現(xiàn)出明顯的發(fā)展后勁不足的特點(diǎn)。

3）超分散納米材料改善道床板混凝土滲透性的機(jī)理在于硬化混凝土孔隙率的降低與孔結(jié)構(gòu)分布的優(yōu)化。