玄武巖纖維在鐵路軌道建設工程中的應用探析

摘要：鐵路建設行業的技術進步促進了工程建設標準的提升，工程建設除了需滿足常規的質量安全要求外，對環保、節能也有了更明確的建設標準。作為一類創新型高性能綠色無機環保復合材料，玄武巖纖維以其特有的剛性強度、抗高溫腐蝕性、導電絕緣等優勢被大量應用于道路基建領域。針對玄武巖纖維在鐵路軌道建設工程中的應用展開探討，主要研究玄武巖纖維產品優勢及具體應用情況，分析其在鐵路軌道建設工程的應用前景。

關鍵詞：玄武巖纖維;鐵路軌道工程;產品優勢;應用分析

1" "玄武巖纖維性能概述

玄武巖纖維的主要原材料是玄武巖，其作為基性噴出巖的一類，基礎抗壓強度能夠達到300MPa，體密度為3g/cm3左右。玄武巖主要化學成分是二氧化硅等元素，玄武巖纖維是將玄武巖經過高溫熔融并經過拉制處理形成的纖維材料，玄武巖纖維的物理力學性能表現優異，具備高延展性，斷后伸長率為3%;抗拉強度高，最大抗拉強度能夠達到近5000MPa;適應溫度范圍廣，可滿足-260～650℃使用范圍，具有優良的隔熱隔音特性，使用熱傳導系數約為0.035W/m·k，吸音率約為0.9%，絕緣效果突出 [1]。

2" "玄武巖纖維產品應用研究

作為一類創新型高性能綠色無機環保材料，玄武巖纖維以其特有的剛性強度、化學性能穩定、抗高溫腐蝕性、導電絕緣等特性優勢被大量應用于各類工程行業。當前在道路工程建設的應用的主要玄武巖纖維材料主要包括玄武巖纖維織物產品、玄武巖纖維復合筋產品及玄武巖纖維混凝土產品等。

2.1" "玄武巖纖維混凝土

在常規混凝土材料中，加入特制小尺寸玄武巖纖維形成玄武巖纖維混凝土，可有效替代常規的聚丙烯等有機纖維，從而提升混凝土路基的抗裂效果。同時玄武巖纖維混凝土具備優良的防水性及防酸堿腐蝕性，經過科學配比可實現0.2%的吸水率，對于外力的動態沖擊也有良好的釋放效果[2]。

玄武巖纖維混凝土應根據摻量范圍進行科學配比，進行配比時還應注意與水泥材料結合的粘結特性。以鐵路軌道中較常用的C60混凝土舉例，其常規混凝土與玄武巖纖維性能比較如圖1所示。由圖1可知，隨著玄武巖纖維配比的增加，其玄武巖纖維混凝土的剛性強度呈現先提高后減弱的趨勢，可見只有達到玄武巖纖維混凝土科學摻量區間配比，才能最大限度的發揮其剛性強度優勢。

2.2" "玄武巖纖維復合筋

將玄武巖連續纖維進行拉伸擠壓定型制作形成的一類復合型材料，即為玄武巖纖維復合筋。相比于常規鋼筋材料，玄武巖纖維復合筋具備絕緣效果好、重量小、抗腐蝕性能好、強度優勢明顯等特性[3]。玄武巖纖維復合筋密度是常規鋼筋的1/3，彈性模量約為40GPa，但其剛性強度卻能達到常規鋼筋的兩倍，抗拉強度也有明顯提升。但受到自身高分子材質特點制約，玄武巖纖維復合筋同水泥材料的結合效果不如常規鋼筋。玄武巖纖維復合筋如圖2所示。

2.3" "玄武巖纖維布

玄武巖纖維布也是較常見的玄武巖纖維產品，由于其具有高抗拉強度特性，多應用于覆蓋粘貼在混凝土表層以實現加固結構的效果。玄武巖纖維布如圖3所示。

3" "玄武巖纖維在鐵路軌道建設工程中的應用

3.1" "在當前鐵路軌道建設工程中的應用

鐵路軌道的建筑材料主要由鋼筋混凝土的復合物構成，用于承載鐵路列車沖擊的動載荷、外界雨水和酸堿腐蝕的耦合載荷，以及外界環境靜態載荷作用，對工程的耐沖擊性、強度性、抗腐蝕性及抗裂縫性提出了更苛刻的需求。在鐵路軌道建設中應用玄武巖纖維材料，迎合了軌道建設需求，利用玄武巖纖維性能優勢，高效提升了鐵路軌道建設質量、性能，突破常規鐵路軌道建設瓶頸，利用其絕緣性能提高了信號傳送效果。

3.1.1" "在鐵路軌枕的應用

在鐵路軌道路板和鐵路軌枕應用過程中，通過完成可行性研究，進行了相關玄武巖纖維混凝土構件的物理力學性能及工作耐久性等指標的測評。評測結果顯示，其在鐵路客運專線實踐應用效果良好。多方實踐證明，對玄武巖纖維與硅酸鹽水泥進行合理配比，在保證效果的基礎上，可大幅度提升常規超細水泥混凝土剛性強度和抗折韌性。

玄武巖纖維不但具備更優秀的使用耐久性，彈性系數和絕緣效果方面也有得到了明顯提升。針對CRTSⅡ型板式無砟鐵路軌道軌道板，在原有混凝土中摻入玄武巖纖維材料，制作成的玄武巖纖維復合筋鐵路軌道板。對其復合筋同混凝土附粘性能和抗彎特性進行實踐驗證，各項指標提升明顯。

3.1.2" "在鐵路軌道板及蓋板的應用

將玄武巖纖維應用到鐵路軌道建設工程中，用新型的玄武巖纖維復合筋替代原有常規鋼筋進行鐵路軌道板施工，在疲勞新能、物理性能和絕緣性能方面均表現良好。針對玄武巖纖維復合筋鐵路無砟軌道板數值仿真驗證結果表明，玄武巖纖維復合筋鐵路無砟軌道板具備較好的動載荷承載和延展性。

3.1.3" "在鐵路軌道蓋板的應用

在鐵路人行道常規蓋板中應用纖維網材料，可提高蓋板裂縫與損壞之間的受力差值，降低裂縫載荷參數，有效避免蓋板的脆斷病害。與此同時，由于材質本身質量較輕，為避免強風載荷或列車風力載荷產生結構變形或掀翻情況，所以不能單純依賴結構自重抵御風力載荷，需實施必要的防松加固、限位等措施。

3.2" "在鐵路軌道建設工程應用前景分析

鐵路軌道在使用中常發生絕緣特性降低、混凝土出現裂縫等問題，加之我國鐵路網建設行業的飛速發展，計劃在2025年實現建網規模超過17萬km，這都為充分發揮玄武巖纖維及其相關復合產品性能優勢，實現其在鐵路軌道工程中的應用創造了條件。雖然玄武巖纖維在我國鐵路軌道施工中應用較晚，但發展速度迅猛。

另一方面，針對玄武巖纖維混凝土及相關復合產品的研究仍應深入開展。應根據工程特點，構建適合鐵路軌道工程項目建設要求的產品標準化應用體系，利用健全的體系指導玄武巖纖維產品應用。同時，還應著力挖掘產品在差異化環境及載荷作用下的力學性能，對玄武巖纖維產品理論體系進行不斷完善。此外，應有效結合鐵路軌道實際載荷特征和使用環境，進行挖掘其產品結構設計方法、理論，進行相應驗證性實驗，保證應用需求后進行有效推廣。

4" "結語

作為一類創新型高性能綠色無機環保復合材料，玄武巖纖維以其特有的剛性強度、抗高溫腐蝕性、導電絕緣等優勢被大量應用于道路基建領域。本文針對玄武巖纖維在鐵路軌道建設工程中的應用展開探討，主要研究玄武巖纖維產品優勢及具體應用情況，分析其在鐵路軌道建設工程的應用前景。

玄武巖纖維產品自身性能，將其應用于鐵路軌道建設工程中，可有效實現鐵路軌道剛性強度、耐沖擊和斷裂韌性、抗高溫腐蝕性、導電絕緣等工程特殊需求。根據工程特點，在著力推廣相關產品應用的同時，還應對產品力及應用標準體系進行深入挖掘和完善，以提升玄武巖纖維產品的應用價值。

參考文獻

[1] 馮照平，禹雷.玄武巖纖維金屬復合筋增強CRTSⅡ型軌道板的試驗研究[J].鐵道標準設計，2015，59（8）：10-14.

[2] 齊建林，朱江.玄武巖纖維在混凝土中的應用與研究進展[J].混凝土，2011（7）：46-49.

[3] 吳剛，楊洋，楊瓊東，等.新型鋼連續纖維復合筋增強無砟軌道板及其基本性能研究[J].土木工程學報，2014，47（10）：136-144.