軌枕用C60高性能混凝土配比的試驗研究

摘 要：鐵路軌枕是保障列車平穩安全運行的基石，隨著鐵路行業的發展成熟，長期使用中的軌枕遭到了嚴重損壞，不少軌枕的建筑工藝也不能適應日益增加的載荷強度。因此，為了提高鐵輪運行的安全性，保證鐵路建設的經濟效益，通過混凝土配比的研究提高軌枕的性能成為了目前熱門的研究方向。該文主要介紹C60高性能混凝土的配合比試驗研究及其在軌枕當中的應用效果，從而表現其獨特的性能。試驗結果表明，摻了粉煤灰和礦渣粉的混凝土擁有更加良好的耐用性和力學性能，對高性能軌枕的穩定性的提高具有重大意義。

關鍵詞：軌枕建設 C60高性能混凝土 試驗研究

中圖分類號：U213.34 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（b）-0070-02

軌枕是鐵路當中最為基本的機構之一，對于維持列車的平穩運行起著非常重要的作用。鑒于很多軌枕一直都處于高強度的荷載之下，并且也是鐵路混凝土結構當中非常容易受損的結構構件，為此，會使混凝土遭到非常嚴重的破壞，影響到了鐵路的正常使用效果。隨著我國經濟發展水平的不斷提高，鐵路行業得到了顯著發展，在各項鐵路建筑項目開展過程中，不論是鐵路軌枕還是地鐵軌道工程，混凝土被廣泛的應用，成為不可缺少的建設材料，而且都是C60的高強度混凝土，為了使用過程中能夠大幅度的提高軌枕的使用壽命，那么高性能混凝土是發展的必然趨勢，那么就必須在這類型的混凝土中摻雜適當比例的粉煤灰、磨細的礦渣和外加劑，所有材料全部混合到一起形成了一種高性能的混凝土，外加劑，能夠使C60的抗凍性與抗氯離子的性能大大提高，進而增強了軌枕的穩定性。隨著鐵路建設投資越來越大，為了使鐵路經濟效益得以最大化的發揮，就必須提高混凝土的結構性能，使軌枕的結構使用壽命增強。該文就C60混凝土的配比進行具體的試驗研究，來表現C60雙摻（粉煤灰和礦粉）混凝土的獨特性能。

1 C60混凝土的配合比設計

每立方C60混凝土用料量為水泥376 kg：粉煤灰48 kg：礦粉73 kg：砂621 kg：石子1261 kg：水128 kg：減水劑8.96 kg。

為了對生產施工的混凝土強度具有充分的保證率，那么C60混凝土的試配強度應滿足：fcu，o（混凝土試配強度）≥1.15fcu，k（混凝土設計強度）=69 MPa的要求[1]。水膠比不大于0.35，因為軌枕生產是干硬性混凝土，此次采用水膠比為0.26，想要獲得性能比較好的混凝土，那么在原材料的選用和質量控制方面非常關鍵。下面就原材料一些重要指標分析及結果如下所述。

1.1 水泥

C60高性能混凝土，強度高，水膠比低，采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥無論是技術還是經濟都是比較合理的。因為水泥中混合材料較少，可摻加較多的礦物摻合料，所以本試驗水泥采用的是P.O42.5型號的低堿普通硅酸鹽水泥，水泥的各項性能見表1所示。其中，水泥的初凝時間、水泥的強度、堿含量（R2O）等都要依據行業標準試驗規范，使水泥的各項化學成分都能夠符合試驗標準[2]。

1.2 粉煤灰

此次試驗中，使用的是I級粉煤灰，摻量占膠凝材料的10%，粉煤灰的試驗結果見表2所示。

1.3 磨細的礦渣

試驗中應用的礦渣粉摻量為膠凝材料的14.5%，摻雜這些礦渣能夠提高混凝土的整體硬度，使其穩定性大幅度的提高。試驗結果如表3所示。

1.4 骨料

不能使用具有堿-碳酸鹽反應活性或砂漿棒膨脹率（快速法）≥0.2%的堿-硅酸鹽反應活性骨料；骨料含泥量（包括泥塊）較多會明顯降低高強混凝土強度[3]。

（1）細骨料（砂）

細骨料應采用級配合理、質地堅固、吸水率低、孔隙率小的天然中初河砂，經過大量的試驗，我們選用細度模數為2.5～3.0的中粗砂更適合用于高強度混凝土，使膠凝材料較多的高強混凝土中總體材料顆粒級配更加合理，此次試驗砂的細度模數為2.8，含泥量為0.5%，泥塊含量為0.1。

（2）粗骨料（石）

粗骨料粒徑太大或針片狀顆粒含量較多，都不利于混凝土骨料合理堆積和應力合理分布，直接影響混凝土強度，也影響混凝土拌合物性能。為了使混凝土的密實性更好，強度更高，應選用二級配，即（5～10） mm，（10～20） mm的級配，此次試驗中，以3：7的摻量，其級配如表4所示。

1.5 減水劑

此次用的是奈系的高效減水劑，減水率23%，抗壓強度比（1d，152%；3 d，145%；7 d，128；28 d，127）。

2 攪拌成型方式和養護手段

混凝土在攪拌過程中需要使用強制性攪拌機攪拌設備，使用了性能優越的攪拌機以后能夠使混凝土當中的細顆粒的分散性提高，并且攪合物具有非常小的離散性。為了使外加劑的使用率得到提升，就要對細骨料的過渡層質量適當的提升，其攪拌順序與特定的攪拌要求如下所示。

水泥+摻合料+骨料，首先對其進行干拌，攪拌均勻后，再加入拌合水和液體外加劑，直至攪拌均勻為止。攪拌時間應根據配合比和攪拌設備確定，但最短時間不宜少于2 min。攪混凝土在裝入到了試模以后，要經過40 s的標準振動，對于干硬性的混凝土則要加壓過后再振實，然后靜停3 h，再按照規定程序進行養護[5]。在拆模以后，除了一組試件要做脫模力學性能試驗以外，其他的都要放置到標準的養護室中進行標準養護，直到養護至規定的養護期為止。

試件在養護過程中要嚴格遵循一定的養護制度，這是確保養護能夠更加規范的前提，具體的養護制度為：在試件成型了以后，要將其放置在（25±2）℃的環境中，放置時間為3 h，再將其放置到蒸汽養護箱中進行養護，其養護的溫度要控制在（45±2）℃左右，在持續10 h的恒溫以后，就要將模拆下，并做抗壓強度的試驗。

3 拌合物性能

試驗過程中，干硬性混凝土拌合物的稠度以增實因數法測試JH值，此次試驗增實因數法測試JH值為235 mm。

混凝土軌枕研究：將以上配合比的混凝土使用在C60軌枕上，首先，其軌枕的外觀很光滑、很漂亮，沒有蜂窩麻面；其次，其力學性能，混凝土軌枕一般要求都要使脫模強度大于設計強度的70%，即混凝土強度要達到45 MPa，還要具備一定的彈性模量，大于3.35×104 MPa方能脫模，標準養護28 d的混凝土強度，28 d混凝土彈性模量其強度要能夠大3.60×104 MPa于設計規定試配強度，此次試驗脫模強度為54 MPa，脫模彈性模量為3.43×104 MPa，28天的凝土強度為71 MPa，28 d彈性模量為3.71×104 MPa，混凝土的耐久性如下：（1）抗凍性，混凝土軌枕的混凝土的抗凍等級不應低于F300，即300次重量損失≤5%，300次相對動彈性模量≥60%[3]，此次300次重量損失=0.3%，300次相對動彈性模量=89.4%。（2）抗氯離子滲透性能，為了滿足混凝土混凝土電通量小于1200 C，氯離子擴散系數≤8×10-12m2/s[3]，混凝土中必須摻入摻合料，摻合量越大，通過的電量就越小，此次試驗的結果電通量為310 C，氯離子擴散系數為1.7×10-12 m2/s。（3）疲勞強度分析，混凝土軌枕在疲勞荷載下，循環加載2×106次，卸荷回零后，殘余裂縫寬度≤0.05 mm；疲勞破壞荷載值，正彎矩截面≥230 kN，負彎矩截面≥190 kN。（4）軌枕靜載，在檢驗荷載（正彎矩截面170 kN，負彎矩截面125 kN）下靜停180 s不開裂。

4 結語

該文通過上述的試驗開展，對軌枕使用的C60高性能混凝土的力學性能和耐久性進行了試驗分析，試驗結果表明摻合物對混凝土的耐久性影響非常大，這說明慘雜了粉煤灰和礦渣粉的高性能混凝土的力學性能和耐久性能非常良好，從而提高了C60高性能混凝土的穩定性與強度，表明摻和了粉煤灰和礦渣粉對增強混凝土軌枕的穩定性有著重要作用。

參考文獻

[1]丁威，冷發光，艾永祥，等.《普通混凝土配合比設計規程》簡介[J].混凝土世界，2011（12）：76-79.

[2]TB/T3275-2011，鐵路混凝土[S].中國鐵道出版社，2011.

[3]TB/T2190-2013，混凝土枕[S].中國鐵道出版社，2011.

[4]陳家瓏，周文娟，楊斌，等.《建設用卵石、碎石》（GB/T14685-2011）修訂解析[J].建筑技術，2012，43（7）：588-590.

[5]陳家瓏，周文娟，楊斌，等.《建設用砂》（GB/T14684-2011）修訂解析[J].建筑技術，2012，43（7）：591-594.