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超高性能混凝土轨枕

所属分类:企业新闻    发布时间: 2022-03-24    作者:admin
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混凝土强度越来越高,继高强、高性能混凝土之后,超高性能混凝土( Ultra-High Performance Concrete,UHPC) 应运而生。超高性能混凝土以其超高力学性能、超高耐久性和优良的耐磨和抗爆性能及抗冲击性能等特点,可以有效减小结构自重,作为建筑行业的“新宠”,预制成预应力混凝土轨枕乃至不施加预应力的轨枕也是工程运用的一个重要方面。下面就跟着小编一起了解混凝土轨枕吧!

1)UHPC的发展

UHPC也有人将其称作活性粉末混凝土凝土(Reactive Powder Concrete,CRC)。UHPC不是凭空出现的,传统混凝土到UHPC的发展史是我们走进UHPC的..步。

尽管混凝土的历史可以追溯到罗马帝国时期,但通常认为混凝土的现代历史始1824年,当时约瑟夫·阿斯丁(Joseph Aspdin)申请了一种叫做波特兰水泥的材料的..。它由石灰石、粘土和其他矿物按一定比例混合而成,经煅烧后磨成细颗粒。不久后人们就将这种水泥与鹅卵石、砖粉、沙子、砾石或其他集料混合,加入水将它们全部粘合在一起,生产出我们目前所称的混凝土。

混凝土在早期工程应用中存在的主要问题与材料本身的抗拉强度低和延性不足有关。在19世纪中叶,人们注意到这些问题可以通过在混凝土拌和物中添加钢棒来部分解决,奠定了建筑技术革命的基础,逐渐发展成为20世纪...的建筑材料。

随着混凝土技术、设计规范在整个20世纪得到改进和发展,混凝土持续发展存在的主要问题:质量大、拉压比低、低强质比、体积稳定性差、韧性差、耐久性差。主要方向成为:增强抗压强度、在混合物中添加纤维、优化颗粒堆积密度。

混凝土轨枕

20世纪中叶,学者开始致力于提高混凝土强度,与此同时,本身的抗拉强度和粘结强度也逐步升高。

20世纪70年代,纤维开始加入混凝土之中,自此,纤维增强混凝土(FRC)诞生,其被用来指任何类型的纤维增强混凝土,无论纤维的形状、纵横比、用量或材料如何。

20世纪80年代,利用低水胶比、集料颗粒的特殊选择和级配以及减水剂的掺合料,研究者提出高性能混凝土(HPC)一词,指的是抗压强度在50至120MPa之间,有较好耐久性的混凝土。HPC以其现有的微观结构形式达到了.大的抗压强度。然而,在这样的强度水平下,粗骨料成为混凝土中.薄弱的一环。为了进一步提高混凝土的抗压强度,必须去除粗集料。

1993年,法国Bouygues公司Richard等人结合以上理念,率先研究出活性粉末混凝土(RPC),这是一种由非常细的粉末(水泥、沙子、石英粉和硅粉组成,没有粗集料或砾石)、钢纤维、超塑化剂和极低的水胶比组成的致密颗粒填料。由于RPC是一种..产品,为了避免知识产权的纠纷,1994年法国Larrard DF等随后又提出了超高性能混凝土(UHPC)的概念。其为:超高性能混凝土一般为抗压强度不低于150MPa,水胶比小于0.25,含有较高比例的微细短钢纤维的增强材料,由.大堆积密度理论组成的.佳比例的不同粒径颗粒,并加入高效减水剂等的水泥基结构工程材料。

2)UHPC性能

UHPC作为一种高强度、高韧性以及优良耐久性的水泥基复合材料,它剔除了传统混凝土使用的粗骨料,选用石英砂作为填充骨料,添加粉煤灰、硅灰、超细矿粉等活性掺合料的同时,加入高效减水剂,并且严格控制水胶比,从而实现其优异性能。由于活性掺合料的微集料效应和火山灰效应,使得UHPC比普通混凝土更密实,抗压强度与耐久性大幅提高。

国内外有许多关于超高性能混凝土的耐久性研究。德国卡塞尔大学的学者在UHPC的研究中发现,超高性能混凝土相比于高性能混凝土,其耐久性能具有显著提高,这是由于超高性能混凝土的毛细孔结构相对较为密。在法国超高性能混凝土规范《Ultra High Performance Fibre-Reinforced Concretes》中定义了超高性能混凝土基体的耐久性相关指标包括:(1)孔隙水含量;(2)透气性;(3)电阻率;(4)Ca(OH)2含量;(5)氯离子扩散系数等。从粉体颗粒紧密堆积的理论出发,将不同细度的物质粉体颗粒进行合理掺配,使亚微观范围内的胶凝材料颗粒形成紧密堆积的填充效果,可有效降低水泥基体的孔隙率,改善孔结构,对混凝土的各项性能具有改善作用。

黄政宇教授通过硅酸盐水泥硅灰、高效减水剂,体积含量为6%短钢纤维,热水养护条件下配制出强度超过200Mpa的超高强混凝土。随后国内高校陆续开展配合比、矿物掺合料、养护制度等对其力学性能影响以及微观结构下UHPC的增韧机理等方面的研究。

由于UHPC的材料价格昂贵,限制了UHPC在实际工程的推广和应用。有部分的学者使用天然河砂代替石英砂,更有甚者使用碎石、河砂等材料制备含有粗骨料超高性能混凝土,意在保障优良性能的同时,减少生产成本。

刘斯凤等结合我国国情,研究天然细骨料和外掺料代替石英粉和硅灰配制的超高性能混凝土,测试其在不同养护制度下的力学性能发展规律,并在市政井盖上应用,取得了良好的经济效益。

丁庆军等研究表明:在河砂制备的UHPC与石英砂制备的UHPC的抗压/抗折强度均可达140MPa/20MPa以上。河砂的价格较低,可降低UHPC的成本,良好的替代传统UHPC中的石英砂。

李信等研究加入5-10mm粗骨料、河砂,制备粗骨料超高性能混凝土,通过引入5~10 mm粒径的粗骨料,优化钢纤维体积掺量,减少了早期收缩,制备出了性能优良的含粗骨料超高性能混凝土。

李聪等研究加入粗骨料,发现粗集料的掺入有利于减小UHPC早期自收缩,提高弹性模量和抗压强度,且当级配合适时对抗拉强度影响很小。初步建议UHPC标准中可适当放宽对粗集料的限制。

3)预应力UHPC轨枕

韩国铁路研究所(KRRI)研发的UHPC轨枕在首尔举行的JEC亚洲国际复合材料大会(2017年11月1日至3日)上获得创新奖。由KRRI开发的UHPC轨枕使用粗细集料使轨枕可使成本降低22%。预应力UHPC轨枕.大限度地减少了铁路轨枕中的钢筋,预应力筋的直径可以从11毫米减少到9.2mm,用钢量比普通混凝土轨枕减少了25%以上。此外,UHPC的高耐久性、延性和抗冲击性能使其寿命比普通混凝土枕木延长五倍。

4)UHPC其它应用

铁路工程中的电缆槽盖板是我国UHPC.大的用途之一,为此原铁道部科学技术司还专门发布了《客运专线活性粉末混凝土(RPC)材料人行道挡板、盖板暂行技术条件》。

UHPC的超高性能可以使得结构的截面尺寸变得较小,作为装配式建筑的构件以及建筑结构的修补是具有极大的市场,尤其是在劳动力成本昂贵国家。

5)问题与展望

(1)UHPC的价位是推广缓慢的重要因素,可以尝试轮胎破碎后的钢丝等进行制作,降低成本。细骨料为质地优良的石英石,在实际应用研究中可尝试使用河砂及粗骨料,减少收缩,减少成本,制作利于大规模应用的预应力UHPC轨枕。

(2)预应力UHPC轨枕的动力学性能和参数还未有人研究,由于钢纤维的掺入,而且预埋套管的存在使得轨枕的尺寸不能像预制楼梯一样过大削减,轨枕的刚度将会大大增加,匹配关系将发生新的变化。目前本课题组乌宝同学正在进行相关的设计、试验工作,主要目的是大幅度降低预应力钢筋和箍筋。

(3)鉴于UHPC的超高性能,值得探究的是去除轨枕的预应力,增加纤维的掺入量,减少生产工艺,简化流程。

(4)UHPC克服了普通混凝土的抗折强度低、耐久性低的问题,使得混凝土与生俱来的缺点得到了改善,因此UHPC轨枕必定是有巨大发展潜力的。

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