改性軌枕用高性能混凝土的研制與應用

周帥

（中國中鐵四局集團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用

周帥

（中國中鐵四局集團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，當有列車經過的時候，軌枕需要將鋼軌傳遞來的壓力傳導給道床。因此，軌枕彈性、強度和柔韌性必須要適中，列車經過時，軌枕需要發生適當的形變來緩沖壓力，列車經過之后，還要盡快恢復原狀。而在軌枕的制作材料方面，改性軌枕用高性能混凝土已經取代了傳統混凝土，極大的提高了軌枕的性能。本文從原材料和施工工藝兩個方面，對改性軌枕用高性能混凝土的研制進行了探討，然后對其應用進行了闡述。

改性軌枕用；高性能混凝土；研制與應用

前言

在我國的鐵路軌道系統當中，軌枕大多使露天存在的，并且同時受到正負雙向的彎矩。因此，在鐵路線路混凝土構件當中，軌枕是最容易受到破壞的部分。在我國，大多數軌枕的實際壽命只有10～30年左右，經常需要維修或更換，給鐵路部門造成了極大的成本浪費。為了能夠有效提高軌枕的性能，應當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，為我國鐵路部門節省了大量的成本，對于推動我國鐵路事業的發展具有重要的意義。

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、早強硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥等進行配制，所選水泥的標號應當在525#以上。在水泥礦物成分中，C3A的含量應當在8%以下，比表面積應當在3200cm2/g左右。如果不滿足以上情況，水泥就會損失較大的流動性，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，為了對水泥水化熱進行控制，穩定體積，應當在300～500kg/m3的凝膠材料范圍內進行改性軌枕用高性能混凝土的配制。在該環境下，在采用適當的配合比，就能夠取得10～ 120MPa抗壓強度的混凝土[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、磨細礦渣、優質粉煤灰等。在配制改性軌枕用高性能混凝土的時候，用礦物摻合料對部分水泥進行替代，能夠使混凝土的性能得到提高，例如密實度的增加、水化熱的降低等。這樣，混凝土的抗壓強度將會提高，其提及穩定性、抗滲性、工作性等將會得到改善。在實際研制過程中，可以單獨或混合摻用礦物摻合料。

優質粉煤灰指的是需水量比較低、細度較高、燒失量較低的粉煤灰。單獨摻用優質粉煤灰，也能夠實現改性軌枕用高性能混凝土的研制。而在混凝土中，添加適量的磨細礦渣，其效果要比粉煤灰好。細度越高的礦渣，其效果越明顯，但是價格也越高。而硅粉的礦物摻合料作用是最為理想的，但是，硅粉的價格價高、需水量較大，也不方便進行操作。因此在實際應用中，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度可以通過礦物摻合料的用量以及用水量的不同來進行調整。越高的強度等級，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中，主要采用的是優質粉煤灰；在C80～C100的改性軌枕用高性能混凝土當中，主要采用的是磨細礦渣；在C100以上的改性軌枕用高性能混凝土當中，主要采用的是硅粉。

1.1.3粗細骨料

選用細度模數在2.6～3.2之間的中粗砂，應當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。而對于改性軌枕用高性能混凝土來說，對其強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械粘結力，因此相比于礫石混凝土、碎石混凝土的強度更大。但是，混凝土的工作性和需水量會受到多棱角骨料的不良影響。因此，應當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。在進行改性軌枕用高性能混凝土研制的時候，應當選擇輝綠巖、閃長巖、正長巖、花崗巖等優質的高強度粗骨料。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滲性和強度。

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。該物質具有較高的減水率，同時能夠對塌落度損失進行控制。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

通過攪拌，將構成混凝土的各種材料充分的進行分散和混合。改性軌枕用高性能混凝土具有較大的黏性，因此，對于混凝土拌合物的均質性、微觀結構、流變性能等，會受到攪拌工藝和攪拌機的影響。對此，為了能夠使混凝土拌合物的性能提高，應當采用均質性較好、攪拌效率較高的雙錐式攪拌機。具體的投料順序和攪拌過程如圖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，有些專家認為改性軌枕用高性能混凝土是一種免振自密實混凝土。但是，實際上，如果改性軌枕用高性能混凝土不經過振搗，將會降低其抗滲等級和強度等級。因此，改性軌枕用高性能混凝土也需要一定時間的振搗，才能充分發揮作用。

1.2.3養護

要確保混凝土的飽和狀態得到最大限度的保持，就應當對其進行養護。在新鮮水泥漿當中，水泥水化產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，毛細管可能中斷。在養護重新開始后，混凝土內部無法進入水分，進一步水化就不會發生。因此，在改性軌枕用高性能混凝土早期，就應當對其進行養護[4]。

2　改性軌枕用高性能混凝土的應用

混凝土材料在世界范圍內的應用十分廣泛，同時也消耗了大量的資源和能源，其發展和建設也會對世界的基礎建設產生極大的影響。而傳統混凝土由于劣化過早，無法適應現代社會的發展，因此，世界各國紛紛開始進行高性能混凝土的研制和應用工作。

在我國鐵路事業的建設和發展當中，軌枕作為一種必不可少的鐵路線路配件，發揮著不可替代的重要作用。軌枕的性能，將會直接影響到我國鐵路事業的建設和發展。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一步的提升，極大的提高了鐵路運輸的安全性和穩定性。

在實際應用中，改性軌枕用高性能混凝土具有很多傳統混凝土所不具備的優勢。例如，改性軌枕用高性能混凝土的工作性更為良好，在成型過程中，不會出現離析、分層等情況[5]。混凝土在注入模具干結硬化之后，抗滲能力較強、孔隙率較低、結構較密實。采用這樣的材料進行軌枕的制作，可以有效的延長軌枕的使用壽命。如果不考慮其它外界因素的影響，其使用壽命將可達到50～100年。而相比于傳統混凝土，改性軌枕用高性能混凝土具有更強的體積穩定性，在實際應用過程中，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優勢就是其對環境的污染和影響較小，符合我國可持續發展戰略的要求。

3　結論

鐵路交通運輸事業是我國重要的發展領域之一，其發展和建設的程度，將會關系到我國整體的建設和發展程度。在鐵路線路當中，軌枕具有不可替代的重要作用，對鐵路的穩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，它的研制和應用，對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用概況[J].廣東建材，2011，12（02）：4～8.

[2]孫文彬，劉永.地區性高性能商品混凝土的研制與應用[J].吉林建筑工程學院學報，2011，11（01）：23～27.

[3]葉重農，趙天民.高性能混凝土（C50～C60）研制與應用[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用試驗研究[J].鐵道建筑，2012，11（02）：58～61.

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

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1673-0038（2015）16-0223-02

2015-3-28

周帥（1988-），男，助理工程師，主要從事工程技術工作。