改性轨枕用高性能混凝土的研制与应用

周帅

（中国中铁四局集团有限公司第八工程分公司安徽合肥230041）

改性轨枕用高性能混凝土的研制与应用

周帅

（中国中铁四局集团有限公司第八工程分公司安徽合肥230041）

轨枕是一种重要的铁路配件之一，在铁路线路中发挥着不可替代的重要作用。它既要承受钢轨的重量，又要确保钢轨的固定位置。同时，当有列车经过的时候，轨枕需要将钢轨传递来的压力传导给道床。因此，轨枕弹性、强度和柔韧性必须要适中，列车经过时，轨枕需要发生适当的形变来缓冲压力，列车经过之后，还要尽快恢复原状。而在轨枕的制作材料方面，改性轨枕用高性能混凝土已经取代了传统混凝土，极大的提高了轨枕的性能。本文从原材料和施工工艺两个方面，对改性轨枕用高性能混凝土的研制进行了探讨，然后对其应用进行了阐述。

改性轨枕用；高性能混凝土；研制与应用

前言

在我国的铁路轨道系统当中，轨枕大多使露天存在的，并且同时受到正负双向的弯矩。因此，在铁路线路混凝土构件当中，轨枕是最容易受到破坏的部分。在我国，大多数轨枕的实际寿命只有10～30年左右，经常需要维修或更换，给铁路部门造成了极大的成本浪费。为了能够有效提高轨枕的性能，应当采用改性轨枕用高性能混凝土材料，这样能够有效的提高轨枕的性能和寿命，为我国铁路部门节省了大量的成本，对于推动我国铁路事业的发展具有重要的意义。

1　改性轨枕用高性能混凝土的研制

1.1原材料的选择

1.1.1水泥

改性轨枕用高性能混凝土可以选用中热水泥、早强硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥等进行配制，所选水泥的标号应当在525#以上。在水泥矿物成分中，C3A的含量应当在8%以下，比表面积应当在3200cm2/g左右。如果不满足以上情况，水泥就会损失较大的流动性，尤其是在硫酸盐或碱的含量较高的水泥中，这种情况更为明显。因此，为了对水泥水化热进行控制，稳定体积，应当在300～500kg/m3的凝胶材料范围内进行改性轨枕用高性能混凝土的配制。在该环境下，在采用适当的配合比，就能够取得10～ 120MPa抗压强度的混凝土[1]。

1.1.2矿物掺合料

主要的矿物掺合料都是以活性二氧化硅作为活性成分，主要包括硅粉、磨细矿渣、优质粉煤灰等。在配制改性轨枕用高性能混凝土的时候，用矿物掺合料对部分水泥进行替代，能够使混凝土的性能得到提高，例如密实度的增加、水化热的降低等。这样，混凝土的抗压强度将会提高，其提及稳定性、抗渗性、工作性等将会得到改善。在实际研制过程中，可以单独或混合掺用矿物掺合料。

优质粉煤灰指的是需水量比较低、细度较高、烧失量较低的粉煤灰。单独掺用优质粉煤灰，也能够实现改性轨枕用高性能混凝土的研制。而在混凝土中，添加适量的磨细矿渣，其效果要比粉煤灰好。细度越高的矿渣，其效果越明显，但是价格也越高。而硅粉的矿物掺合料作用是最为理想的，但是，硅粉的价格价高、需水量较大，也不方便进行操作。因此在实际应用中，可以取少量与其它矿物掺合料混合使用[2]。

改性轨枕用高性能混凝土的强度可以通过矿物掺合料的用量以及用水量的不同来进行调整。越高的强度等级，就需要越低的水胶比。在C50～C70的改性轨枕用高性能混凝土当中，主要采用的是优质粉煤灰；在C80～C100的改性轨枕用高性能混凝土当中，主要采用的是磨细矿渣；在C100以上的改性轨枕用高性能混凝土当中，主要采用的是硅粉。

1.1.3粗细骨料

选用细度模数在2.6～3.2之间的中粗砂，应当具有平滑的筛分曲线、浑圆洁净的颗粒以及较高的石英含量。而对于改性轨枕用高性能混凝土来说，对其强度影响较大的使粗骨料的表面特征和形状。多棱角颗粒具有较大的机械粘结力，因此相比于砾石混凝土、碎石混凝土的强度更大。但是，混凝土的工作性和需水量会受到多棱角骨料的不良影响。因此，应当尽量选取趋近立方体的干净颗粒，片状和针状颗粒含量最少。在进行改性轨枕用高性能混凝土研制的时候，应当选择辉绿岩、闪长岩、正长岩、花岗岩等优质的高强度粗骨料。选取的粗骨料最佳粒径为10～15mm，如果在25mm以上，将不利于混凝土的抗渗性和强度。

1.1.4高效减水剂

改性轨枕用高性能混凝土采用了大量胶凝材料，水胶比较低，拌合物黏性较大，才能保证较高的强度。而要取得较高的工作性，就需要采用高效减水剂。高效减水剂是一种高分子阴离子型表面活性剂，通常为三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物、或是萘磺酸盐甲醛缩合物。该物质具有较高的减水率，同时能够对塌落度损失进行控制。通常按照水泥中量的1～2%掺入高效减水剂。如果混凝土的强度增加，掺入量也要随之增加[3]。

1.2施工工艺的选择1.2.1搅拌

通过搅拌，将构成混凝土的各种材料充分的进行分散和混合。改性轨枕用高性能混凝土具有较大的黏性，因此，对于混凝土拌合物的均质性、微观结构、流变性能等，会受到搅拌工艺和搅拌机的影响。对此，为了能够使混凝土拌合物的性能提高，应当采用均质性较好、搅拌效率较高的双锥式搅拌机。具体的投料顺序和搅拌过程如图1所示。

图1　改性轨枕用高性能混凝土的搅拌

1.2.2振捣

改性轨枕用高性能混凝土通常具有20cm以上的塌落度，因此，有些专家认为改性轨枕用高性能混凝土是一种免振自密实混凝土。但是，实际上，如果改性轨枕用高性能混凝土不经过振捣，将会降低其抗渗等级和强度等级。因此，改性轨枕用高性能混凝土也需要一定时间的振捣，才能充分发挥作用。

1.2.3养护

要确保混凝土的饱和状态得到最大限度的保持，就应当对其进行养护。在新鲜水泥浆当中，水泥水化产物填充原始充水空间，直到满足要求的程度为止。改性轨枕用高性能混凝土用水量较少，因此具有快速的水化反应，毛细管可能中断。在养护重新开始后，混凝土内部无法进入水分，进一步水化就不会发生。因此，在改性轨枕用高性能混凝土早期，就应当对其进行养护[4]。

2　改性轨枕用高性能混凝土的应用

混凝土材料在世界范围内的应用十分广泛，同时也消耗了大量的资源和能源，其发展和建设也会对世界的基础建设产生极大的影响。而传统混凝土由于劣化过早，无法适应现代社会的发展，因此，世界各国纷纷开始进行高性能混凝土的研制和应用工作。

在我国铁路事业的建设和发展当中，轨枕作为一种必不可少的铁路线路配件，发挥着不可替代的重要作用。轨枕的性能，将会直接影响到我国铁路事业的建设和发展。改性轨枕用高性能混凝土的研制，为轨枕的制作提供了新的材料，使轨枕的性能得到了经一步的提升，极大的提高了铁路运输的安全性和稳定性。

在实际应用中，改性轨枕用高性能混凝土具有很多传统混凝土所不具备的优势。例如，改性轨枕用高性能混凝土的工作性更为良好，在成型过程中，不会出现离析、分层等情况[5]。混凝土在注入模具干结硬化之后，抗渗能力较强、孔隙率较低、结构较密实。采用这样的材料进行轨枕的制作，可以有效的延长轨枕的使用寿命。如果不考虑其它外界因素的影响，其使用寿命将可达到50～100年。而相比于传统混凝土，改性轨枕用高性能混凝土具有更强的体积稳定性，在实际应用过程中，其收缩变形的程度能够得到有效的降低。此外，改性轨枕用高性能混凝土具备的另一个优势就是其对环境的污染和影响较小，符合我国可持续发展战略的要求。

3　结论

铁路交通运输事业是我国重要的发展领域之一，其发展和建设的程度，将会关系到我国整体的建设和发展程度。在铁路线路当中，轨枕具有不可替代的重要作用，对铁路的稳定性和安全性具有直接的影响。在制作轨枕的材料上，改性轨枕用高性能混凝土是一种十分良好的材料，它的研制和应用，对于轨枕的工作性和安全性都具有极大的意义。

[1]孙树民.高性能混凝土的研制与应用概况[J].广东建材，2011，12（02）：4～8.

[2]孙文彬，刘永.地区性高性能商品混凝土的研制与应用[J].吉林建筑工程学院学报，2011，11（01）：23～27.

[3]叶重农，赵天民.高性能混凝土（C50～C60）研制与应用[J].天津科技，2013，11（03）：34.

[4]仲新华，谢永江，贾耀东.高性能混凝土轨枕应用试验研究[J].铁道建筑，2012，11（02）：58～61.

[5]关沃康，吴石川.C80高性能混凝土的研究与应用[J].商品混凝土，2011，11（09）：46～48.

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2015-3-28

周帅（1988-），男，助理工程师，主要从事工程技术工作。