下面陝鐵帶你(nǐ)了解什麼(me)是超高性能混(hùn)凝土(tǔ)軌枕：

1.超(chāo)高性能混凝(níng)土軌枕

混(hùn)凝土(tǔ)強度越來(lái)越高，繼高強、高(gāo)性能混凝(níng)土之(zhī)後，超高(gāo)性能混(hùn)凝土( ultra-high performance concrete，uhpc) 應(yīng)運而生(shēng)。超高(gāo)性能混凝(níng)土以(yǐ)其超高力(lì)學性(xìng)能、超高耐久性和優良的(de)耐磨和(hé)抗爆性能及抗(kàng)沖(chòng)擊性(xìng)能等特點(diǎn)，可以有效減(jiǎn)小(xiǎo)結構自重(zhòng)，作為建築(zhù)行業的“新寵”，預制(zhì)成預應力混(hùn)凝土軌枕(zhěn)乃至(zhì)不施(shī)加預(yù)應力(lì)的軌枕也是工(gōng)程運(yùn)用的一個重要(yào)方面。

1）uhpc的發(fā)展

uhpc也有人(rén)将其(qí)稱(chēng)作(zuò)活性粉末(mò)混凝土凝(níng)土（reactive powder concrete，crc）。uhpc不是憑(píng)空出(chū)現的，傳統混凝(níng)土到(dào)uhpc的發展史(shǐ)是我(wǒ)們(men)走(zǒu)進uhpc的..步(bù)。

盡管(guǎn)混(hùn)凝土的曆史可(kě)以追(zhuī)溯到(dào)羅馬(mǎ)帝國(guó)時期，但(dàn)通常認(rèn)為混(hùn)凝土的現(xiàn)代曆(lì)史始1824年，當(dāng)時約瑟夫(fū)·阿斯(sī)丁(joseph aspdin)申(shēn)請了(le)一種(zhǒng)叫做波(bō)特蘭水(shuǐ)泥的材料的..。它(tā)由石灰石、粘土(tǔ)和其他礦(kuàng)物按(àn)一定比例(lì)混合而成(chéng)，經煅燒後(hòu)磨成(chéng)細顆(kē)粒。不久後人們就将(jiāng)這種水泥(ní)與鵝卵石、磚(zhuān)粉(fěn)、沙子(zǐ)、礫石(shí)或其他集料混(hùn)合，加入水(shuǐ)将它(tā)們全(quán)部粘(zhān)合在(zài)一起，生産(chǎn)出我們目前所(suǒ)稱的混(hùn)凝土。

混(hùn)凝土在早(zǎo)期工(gōng)程應用中存在(zài)的主要問(wèn)題與(yǔ)材料(liào)本身的抗(kàng)拉強度(dù)低(dī)和延(yán)性不足有關。在(zài)19世(shì)紀中葉，人們(men)注意到這些問題可以(yǐ)通(tōng)過在混凝(níng)土拌和物(wù)中添加鋼棒來(lái)部分解(jiě)決，奠定(dìng)了建築技(jì)術革(gé)命的基礎(chǔ)，逐漸(jiàn)發展成為(wéi)20世紀...的建(jiàn)築(zhù)材料。

随(suí)着混凝土技術(shù)、設計規範在整(zhěng)個20世紀(jì)得(dé)到改(gǎi)進和發展，混凝(níng)土持續發(fā)展存(cún)在(zài)的(de)主要問題(tí)：質量大、拉壓比(bǐ)低、低(dī)強質(zhì)比、體積穩定(dìng)性差、韌(rèn)性差、耐久性差。主要方向成為(wéi)：增強(qiáng)抗(kàng)壓(yā)強度(dù)、在混合(hé)物中添(tiān)加纖(xiān)維(wéi)、優化顆(kē)粒堆(duī)積(jī)密(mì)度。

20世(shì)紀中(zhōng)葉，學者開(kāi)始緻(zhì)力于提高(gāo)混凝土強(qiáng)度，與(yǔ)此同時，本身的(de)抗拉(lā)強度(dù)和粘(zhān)結強度也逐步(bù)升高。

20世紀70年(nián)代，纖維(wéi)開始(shǐ)加入(rù)混凝(níng)土(tǔ)之中，自(zì)此，纖維增強混(hùn)凝土(frc)誕生，其被(bèi)用來指任何類型的纖維(wéi)增強(qiáng)混凝土，無論纖(xiān)維的(de)形狀(zhuàng)、縱橫比、用量或(huò)材料(liào)如何。

20世紀80年代，利用低水(shuǐ)膠比(bǐ)、集料顆(kē)粒的特(tè)殊選擇(zé)和級配(pèi)以及(jí)減水劑的(de)摻合料(liào)，研究(jiū)者(zhě)提出(chū)高(gāo)性能混凝土（hpc）一詞，指的(de)是抗壓強度在(zài)50至(zhì)120mpa之(zhī)間,有較好(hǎo)耐久性的混凝(níng)土。hpc以其現有的(de)微觀結(jié)構形式(shì)達到了.大(dà)的抗壓強(qiáng)度。然(rán)而，在(zài)這樣的強度水平下，粗(cū)骨(gǔ)料成(chéng)為混(hùn)凝土中.薄(báo)弱的(de)一環。為了(le)進一(yī)步(bù)提(tí)高混(hùn)凝土的抗(kàng)壓強(qiáng)度，必(bì)須(xū)去除粗集料。

1993年，法國bouygues公(gōng)司richard等人結(jié)合以(yǐ)上理(lǐ)念(niàn)，率先研(yán)究出(chū)活性粉末(mò)混凝土(rpc)，這是一(yī)種由非常細的(de)粉末(mò)(水泥、沙子、石英粉和(hé)矽粉(fěn)組成，沒有粗集(jí)料或礫石(shí))、鋼纖(xiān)維、超(chāo)塑(sù)化劑和(hé)極低(dī)的水(shuǐ)膠比(bǐ)組成的緻(zhì)密顆(kē)粒填料。由(yóu)于rpc是一種..産品(pǐn)，為了(le)避免知識産權(quán)的糾(jiū)紛(fēn)，1994年(nián)法國(guó)larrard df等随後又(yòu)提出(chū)了超高(gāo)性(xìng)能混(hùn)凝土(tǔ)（uhpc）的概(gài)念。其(qí)為：超高性能混(hùn)凝土一般為抗壓強度不(bú)低于(yú)150mpa，水膠比小于0.25，含(hán)有較高比例的微細(xì)短(duǎn)鋼纖維的增(zēng)強材料，由(yóu).大堆積(jī)密度理(lǐ)論組成的(de).佳比(bǐ)例的不同粒徑顆粒，并加入高(gāo)效減水劑(jì)等的水泥基結構工(gōng)程材料(liào)。

2）uhpc性(xìng)能

uhpc為(wéi)一種高強(qiáng)度、高(gāo)韌性以(yǐ)及優良耐久性的水泥(ní)基複(fú)合材料，它(tā)剔除(chú)了傳統混(hùn)凝土使用(yòng)的粗(cū)骨料(liào)，選(xuǎn)用石英(yīng)砂作為填充骨(gǔ)料，添(tiān)加粉煤灰(huī)、矽灰、超細(xì)礦(kuàng)粉(fěn)等活(huó)性摻合料(liào)的同時，加入高(gāo)效減(jiǎn)水劑(jì)，并且(qiě)嚴格(gé)控制(zhì)水膠(jiāo)比，從(cóng)而實現其(qí)優異(yì)性能。由于(yú)活性摻合料的(de)微集料(liào)效應和火山灰效應，使(shǐ)得uhpc比普通混凝(níng)土更密實(shí)，抗壓(yā)強度與耐久性大幅提高。

國内(nèi)外有(yǒu)許多(duō)關于(yú)超高性能混凝(níng)土的耐久性研究。德國(guó)卡塞爾(ěr)大學的學者在(zài)uhpc的(de)研究(jiū)中發現(xiàn)，超高性能混(hùn)凝(níng)土相比于高性(xìng)能混凝土，其耐久性能具(jù)有顯(xiǎn)著提(tí)高(gāo)，這是由(yóu)于超高性能混凝土的毛細孔結構相對較為(wéi)密。在法國(guó)超高(gāo)性能混凝土規(guī)範《ultra high performance fibre-reinforced concretes》中定義了(le)超高性(xìng)能混(hùn)凝土(tǔ)基體的耐久性(xìng)相關指标包括(kuò)：(1)孔隙水含量；(2)透氣性；(3)電阻率(lǜ)；(4)ca(oh)2含(hán)量；(5)氯離子(zǐ)擴散(sàn)系數等(děng)。從粉體(tǐ)顆粒緊密堆積的理論(lùn)出發，将(jiāng)不同(tóng)細(xì)度的物(wù)質粉體(tǐ)顆粒進(jìn)行合(hé)理(lǐ)摻(chān)配，使(shǐ)亞微觀範圍内(nèi)的膠凝材料顆粒形(xíng)成緊密堆(duī)積的填充效果，可有(yǒu)效降低水(shuǐ)泥基(jī)體(tǐ)的(de)孔隙(xì)率，改(gǎi)善孔(kǒng)結構(gòu)，對混凝土的各(gè)項性(xìng)能具有改善作用(yòng)。

黃政宇(yǔ)教授(shòu)通過矽酸(suān)鹽水(shuǐ)泥矽灰、高(gāo)效減水劑，體積(jī)含量為6%短鋼纖(xiān)維，熱水(shuǐ)養護條(tiáo)件下配制(zhì)出強度超(chāo)過200mpa的超高(gāo)強混(hùn)凝土。随(suí)後國内高校陸續開展配(pèi)合比、礦物摻合料(liào)、養護(hù)制度(dù)等對其力(lì)學性能影響(xiǎng)以(yǐ)及微觀(guān)結(jié)構下(xià)uhpc的增(zēng)韌(rèn)機理等方面(miàn)的研究。

由于uhpc的(de)材料價格(gé)昂貴，限制(zhì)了uhpc在(zài)實際(jì)工程的推(tuī)廣和應用。有部分的(de)學者(zhě)使用(yòng)天然河砂代替(tì)石英砂，更有甚者使(shǐ)用碎(suì)石、河(hé)砂等材料制備(bèi)含有粗(cū)骨料超高性能(néng)混凝土(tǔ)，意在保(bǎo)障(zhàng)優良(liáng)性能(néng)的(de)同時，減(jiǎn)少生(shēng)産(chǎn)成本。

劉斯鳳(fèng)等結合我國國情，研(yán)究天(tiān)然細(xì)骨料和(hé)外(wài)摻料(liào)代替(tì)石英(yīng)粉和(hé)矽灰配制(zhì)的超(chāo)高性(xìng)能混凝土，測試(shì)其在(zài)不同(tóng)養(yǎng)護制度(dù)下的力學(xué)性能(néng)發展規律(lǜ)，并在市政井蓋(gài)上應用(yòng)，取(qǔ)得了(le)良好(hǎo)的經(jīng)濟效(xiào)益。

丁(dīng)慶軍等研究表(biǎo)明:在河砂制備(bèi)的uhpc與石英砂制備的(de)uhpc的抗壓/抗(kàng)折強度均可達140mpa/20mpa以上。河(hé)砂(shā)的價(jià)格較低(dī)，可(kě)降低(dī)uhpc的成本，良好的(de)替代傳統uhpc中的(de)石英砂。

李信等(děng)研究加入5-10mm粗骨(gǔ)料、河砂，制備粗骨料(liào)超高性能混凝土，通(tōng)過引(yǐn)入5～10 mm粒徑的粗骨料，優(yōu)化(huà)鋼纖維(wéi)體積摻(chān)量(liàng)，減少了早期收縮，制(zhì)備出了性能優(yōu)良的含粗骨料(liào)超高性能(néng)混凝土。

李聰(cōng)等研究(jiū)加入粗骨料，發(fā)現(xiàn)粗(cū)集料的摻(chān)入有(yǒu)利于減小uhpc早期自(zì)收縮，提(tí)高彈性(xìng)模(mó)量和(hé)抗壓強度，且當(dāng)級配合适時對抗拉(lā)強度影響(xiǎng)很小。初步建議(yì)uhpc标準中可(kě)适當(dāng)放寬(kuān)對(duì)粗(cū)集料(liào)的限(xiàn)制。

3）預應力(lì)uhpc軌枕

韓國鐵路(lù)研究(jiū)所(krri)研發的uhpc軌枕在首爾舉行的jec亞洲國際(jì)複合材料大會(huì)(2017年11月1日至(zhì)3日(rì))上獲得(dé)創新(xīn)獎。由krri開發(fā)的uhpc軌(guǐ)枕使(shǐ)用粗(cū)細(xì)集(jí)料使(shǐ)軌枕可(kě)使成本(běn)降低22%。預應力uhpc軌枕.大限度地減(jiǎn)少了鐵(tiě)路軌枕中的(de)鋼筋，預應(yīng)力筋的直徑可(kě)以從(cóng)11毫米(mǐ)減少到9.2mm，用鋼量(liàng)比普(pǔ)通混凝(níng)土軌枕減少了25%以(yǐ)上。此外，uhpc的(de)高(gāo)耐久性(xìng)、延性和抗(kàng)沖(chòng)擊(jī)性能使其(qí)壽命(mìng)比普通混(hùn)凝土枕木延長五倍(bèi)。