下面陝(shǎn)鐵帶你了解什麼是超高性(xìng)能混凝土軌(guǐ)枕：

1.超(chāo)高(gāo)性能混凝土軌枕

混(hùn)凝土強度越來越高(gāo)，繼高強、高性能混凝土之後，超高性能混凝土( Ultra-High Performance Concrete，UHPC) 應運而生。超高性能混凝土以其超高力學性能、超高耐久性和優良的耐磨和抗爆性能及(jí)抗沖擊性能(néng)等特點，可以有效減小結構自重(zhòng)，作為建築行業的“新寵”，預制成預應力混凝土軌枕乃至不施加預應力(lì)的軌枕也是工程運用的一個(gè)重要(yào)方面。

1）UHPC的發展

UHPC也有(yǒu)人将其稱作活性粉末混凝土凝土（Reactive Powder Concrete，CRC）。UHPC不(bú)是憑(píng)空出現的，傳統混凝(níng)土到UHPC的發展史是我們走進UHPC的(de)..步。

盡管混凝土的曆史可以追溯到羅馬帝國時期，但通常認為混凝土的現代曆(lì)史始1824年，當時約瑟夫·阿斯丁(Joseph Aspdin)申請了一種叫做波特(tè)蘭水(shuǐ)泥的材料的..。它由(yóu)石(shí)灰石、粘土和其(qí)他礦物按一定比例混合而成，經(jīng)煅燒後磨成細顆粒。不久後人們就将(jiāng)這種水泥(ní)與鵝卵石、磚粉、沙子(zǐ)、礫石(shí)或其他集料混合，加入水(shuǐ)将(jiāng)它們全(quán)部粘合在一起，生(shēng)産出我們目前所稱的(de)混凝土。

混凝土在早期工程應(yīng)用中存在的主要問題與材料本身的抗(kàng)拉強度低和延性不足有關。在19世紀中葉，人們(men)注意(yì)到這些問題可以(yǐ)通(tōng)過在混凝土拌和物(wù)中添加(jiā)鋼棒來部分解決，奠定了(le)建築技術革命的基礎，逐漸發(fā)展成為20世紀...的建(jiàn)築材料。

随着混凝(níng)土技術、設計規範在整(zhěng)個20世紀得到改進和發展，混凝土持續發展存在的(de)主要問題：質量大(dà)、拉壓比低、低強質比、體積穩定性(xìng)差、韌性差、耐久性(xìng)差。主要方向成為：增強抗壓強度(dù)、在混合物(wù)中添加纖維、優化顆粒堆積(jī)密度。

20世紀中葉，學者開始緻力于提高混凝土強度，與(yǔ)此同時，本身的抗拉(lā)強度和粘結強(qiáng)度也逐步升高。

20世紀70年代，纖維開始加入混凝土(tǔ)之(zhī)中(zhōng)，自此，纖維增(zēng)強混凝土(FRC)誕生(shēng)，其被用來指任何類型的(de)纖(xiān)維增(zēng)強混凝土，無論纖維的形狀、縱橫比、用量或材(cái)料如何。

20世紀80年代，利用低水膠(jiāo)比、集料顆粒的特殊選(xuǎn)擇和級配以及(jí)減水劑的摻合料(liào)，研究者提出高性能混(hùn)凝土(tǔ)（HPC）一詞(cí)，指的是抗壓強度在50至120MPa之間,有(yǒu)較好耐久性的混凝土。HPC以其(qí)現有的微觀結構(gòu)形(xíng)式達到了.大的抗壓強度(dù)。然而，在(zài)這樣的強度水平下(xià)，粗骨料成(chéng)為混凝土中.薄弱的一環。為了進一步提高混凝土的抗壓強度，必須去除粗(cū)集料。

1993年，法國Bouygues公司Richard等人結合以上理念，率先研(yán)究出活性粉末(mò)混凝土(RPC)，這是一種由非常細(xì)的粉末(水泥、沙子、石英(yīng)粉和矽粉組成，沒有粗集(jí)料或礫石)、鋼纖維、超塑(sù)化(huà)劑和極低的水膠比(bǐ)組成(chéng)的緻密顆粒填料。由于RPC是一種..産品，為了(le)避免知識産權的糾紛，1994年法國Larrard DF等随後又提出(chū)了超高性能混凝土（UHPC）的概念。其為：超高性能混凝土一般為抗壓強(qiáng)度不低于150MPa，水膠比小于(yú)0.25，含有較高比例的微細短(duǎn)鋼纖維的增強材料(liào)，由.大堆積密度理(lǐ)論組成的.佳比例(lì)的不同粒徑顆粒(lì)，并加(jiā)入高(gāo)效減水劑等的水泥基結構工(gōng)程材料。

2）UHPC性能(néng)

UHPC為一種高強度、高韌性以及(jí)優良(liáng)耐久性的水泥(ní)基複(fú)合(hé)材料，它剔除了傳統混(hùn)凝土使用(yòng)的粗骨料，選用(yòng)石英砂作為填充骨(gǔ)料，添加粉煤灰、矽灰、超細(xì)礦粉等(děng)活性摻合料的同時(shí)，加入(rù)高效減(jiǎn)水劑(jì)，并且嚴格控制水膠比，從而實現其優異性能。由于活性(xìng)摻合(hé)料的微集(jí)料效應和火山灰(huī)效應，使得UHPC比普通混凝(níng)土更(gèng)密實，抗壓強度與耐久性(xìng)大幅提高。

國内外(wài)有許多關于超高(gāo)性能混凝土的耐久性研究。德國卡塞爾大學的學者(zhě)在UHPC的研究中發現，超高性能混凝土相比于高性能混凝土，其耐久性能具有顯著提高，這是由于超高性能混凝土的毛(máo)細孔結構相對較為密。在法國超高性能(néng)混凝土規(guī)範《Ultra High Performance Fibre-Reinforced Concretes》中定義了超高性能混凝土基體的耐久性相關指标包括(kuò)：(1)孔隙水含量；(2)透氣性；(3)電阻率；(4)Ca(OH)2含量；(5)氯(lǜ)離子擴散系數等。從粉體顆粒緊密堆積的理(lǐ)論出發，将不同細度的物(wù)質粉(fěn)體顆粒進行合理摻配，使亞微觀範圍内的膠凝(níng)材料顆(kē)粒形成(chéng)緊(jǐn)密堆(duī)積的填充效(xiào)果，可有(yǒu)效降低水(shuǐ)泥基體的(de)孔隙率，改善孔結構，對混凝土的各項性能(néng)具有改善作用。

黃(huáng)政宇教(jiāo)授通過矽(xī)酸(suān)鹽水泥矽灰、高效減水劑，體積(jī)含量為6%短鋼纖維，熱水養護條件下配制出強度超過200Mpa的(de)超高強混凝土。随後(hòu)國内高(gāo)校陸續(xù)開展配合比、礦物摻合料、養護制度(dù)等對其力學性能影響以及微觀結構下UHPC的增韌機理等方面的研究。

由于UHPC的材料價格昂貴，限(xiàn)制了UHPC在實際工程的推(tuī)廣和應用。有部分的學者使用天然河砂代替石英砂，更有甚(shèn)者使用碎石、河(hé)砂等材料制備(bèi)含有(yǒu)粗骨料超高性能混凝土，意在保障優良(liáng)性能的同時，減少生産成本。

劉(liú)斯鳳等結合我國(guó)國情，研究天然細骨料和外摻料代替石英粉和矽灰(huī)配制的超高性能混凝土，測試其在(zài)不同養護制度下的力學性能發展規律，并在市政井蓋上應用，取得了良好的經濟效益。

丁慶軍等研究表明:在河砂制備(bèi)的UHPC與石英砂制備的UHPC的抗壓/抗折強度均可達140MPa/20MPa以上。河砂的價格較低，可降低(dī)UHPC的成本，良好的替代傳統UHPC中的石英砂(shā)。

李信等(děng)研究加入5-10mm粗骨(gǔ)料、河(hé)砂，制備粗骨料超高(gāo)性能混凝土，通過引入5～10 mm粒徑的粗骨(gǔ)料，優(yōu)化鋼(gāng)纖維體(tǐ)積摻量，減少了早期收縮，制備出了性能優良的(de)含粗骨料(liào)超高性能混凝土。

李聰等研究(jiū)加入粗骨料，發現(xiàn)粗集料的摻入有利于減小UHPC早期自(zì)收縮，提(tí)高彈性模量和抗壓強度，且當級配合适時對抗拉強度影響很小。初步建議UHPC标準中(zhōng)可适當(dāng)放寬對(duì)粗集料的限制(zhì)。

3）預應力UHPC軌枕

韓國鐵路(lù)研究所(KRRI)研發的UHPC軌枕在首爾舉(jǔ)行的JEC亞洲國際複合材料大(dà)會(2017年11月1日(rì)至3日)上獲得創新(xīn)獎。由KRRI開發的UHPC軌枕使用粗細集料使軌枕可使成本(běn)降低22%。預應力UHPC軌枕.大限度地減少(shǎo)了鐵路軌枕中的鋼筋，預應(yīng)力筋(jīn)的直徑可以從11毫米減少(shǎo)到9.2mm，用鋼量比普通混凝(níng)土軌枕減少(shǎo)了25%以上。此(cǐ)外，UHPC的高耐久性(xìng)、延性和(hé)抗沖擊性能使其壽命比普通混凝(níng)土枕(zhěn)木延(yán)長五倍(bèi)。