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下面陜鐵帶你了解什么是超高性能混凝土軌枕：

1.超高性能混凝土軌枕

混凝土強(qiáng)度越來越高，繼高強(qiáng)、高性能混凝土之后，超高性能混凝土( Ultra-High Performance Concrete，UHPC) 應(yīng)運(yùn)而生。超高性能混凝土以其超高力學(xué)性能、超高耐久性和優(yōu)良的耐磨和抗爆性能及抗沖擊性能等特點(diǎn)，可以有效減小結(jié)構(gòu)自重，作為建筑行業(yè)的“新寵”，預(yù)制成預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕乃至不施加預(yù)應(yīng)力的軌枕也是工程運(yùn)用的一個(gè)重要方面。

1）UHPC的發(fā)展

UHPC也有人將其稱作活性粉末混凝土凝土（Reactive Powder Concrete，CRC）。UHPC不是憑空出現(xiàn)的，傳統(tǒng)混凝土到UHPC的發(fā)展史是我們走進(jìn)UHPC的..步。

盡管混凝土的歷史可以追溯到羅馬帝國(guó)時(shí)期，但通常認(rèn)為混凝土的現(xiàn)代歷史始1824年，當(dāng)時(shí)約瑟夫·阿斯丁(Joseph Aspdin)申請(qǐng)了一種叫做波特蘭水泥的材料的..。它由石灰石、粘土和其他礦物按一定比例混合而成，經(jīng)煅燒后磨成細(xì)顆粒。不久后人們就將這種水泥與鵝卵石、磚粉、沙子、礫石或其他集料混合，加入水將它們?nèi)空澈显谝黄穑a(chǎn)出我們目前所稱的混凝土。

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拉強(qiáng)度低和延性不足有關(guān)。在19世紀(jì)中葉，人們注意到這些問題可以通過在混凝土拌和物中添加鋼棒來部分解決，奠定了建筑技術(shù)革命的基礎(chǔ)，逐漸發(fā)展成為20世紀(jì)...的建筑材料。

隨著混凝土技術(shù)、設(shè)計(jì)規(guī)范在整個(gè)20世紀(jì)得到改進(jìn)和發(fā)展，混凝土持續(xù)發(fā)展存在的主要問題：質(zhì)量大、拉壓比低、低強(qiáng)質(zhì)比、體積穩(wěn)定性差、韌性差、耐久性差。主要方向成為：增強(qiáng)抗壓強(qiáng)度、在混合物中添加纖維、優(yōu)化顆粒堆積密度。

20世紀(jì)中葉，學(xué)者開始致力于提高混凝土強(qiáng)度，與此同時(shí)，本身的抗拉強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度也逐步升高。

20世紀(jì)70年代，纖維開始加入混凝土之中，自此，纖維增強(qiáng)混凝土(FRC)誕生，其被用來指任何類型的纖維增強(qiáng)混凝土，無論纖維的形狀、縱橫比、用量或材料如何。

20世紀(jì)80年代，利用低水膠比、集料顆粒的特殊選擇和級(jí)配以及減水劑的摻合料，研究者提出高性能混凝土（HPC）一詞，指的是抗壓強(qiáng)度在50至120MPa之間,有較好耐久性的混凝土。HPC以其現(xiàn)有的微觀結(jié)構(gòu)形式達(dá)到了.大的抗壓強(qiáng)度。然而，在這樣的強(qiáng)度水平下，粗骨料成為混凝土中.薄弱的一環(huán)。為了進(jìn)一步提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，必須去除粗集料。

1993年，法國(guó)Bouygues公司Richard等人結(jié)合以上理念，率先研究出活性粉末混凝土(RPC)，這是一種由非常細(xì)的粉末(水泥、沙子、石英粉和硅粉組成，沒有粗集料或礫石)、鋼纖維、超塑化劑和極低的水膠比組成的致密顆粒填料。由于RPC是一種..產(chǎn)品，為了避免知識(shí)產(chǎn)權(quán)的糾紛，1994年法國(guó)Larrard DF等隨后又提出了超高性能混凝土（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0.25，含有較高比例的微細(xì)短鋼纖維的增強(qiáng)材料，由.大堆積密度理論組成的.佳比例的不同粒徑顆粒，并加入高效減水劑等的水泥基結(jié)構(gòu)工程材料。

2）UHPC性能

UHPC為一種高強(qiáng)度、高韌性以及優(yōu)良耐久性的水泥基復(fù)合材料，它剔除了傳統(tǒng)混凝土使用的粗骨料，選用石英砂作為填充骨料，添加粉煤灰、硅灰、超細(xì)礦粉等活性摻合料的同時(shí)，加入高效減水劑，并且嚴(yán)格控制水膠比，從而實(shí)現(xiàn)其優(yōu)異性能。由于活性摻合料的微集料效應(yīng)和火山灰效應(yīng)，使得UHPC比普通混凝土更密實(shí)，抗壓強(qiáng)度與耐久性大幅提高。

國(guó)內(nèi)外有許多關(guān)于超高性能混凝土的耐久性研究。德國(guó)卡塞爾大學(xué)的學(xué)者在UHPC的研究中發(fā)現(xiàn)，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細(xì)孔結(jié)構(gòu)相對(duì)較為密。在法國(guó)超高性能混凝土規(guī)范《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(guān)指標(biāo)包括：(1)孔隙水含量；(2)透氣性；(3)電阻率；(4)Ca(OH)2含量；(5)氯離子擴(kuò)散系數(shù)等。從粉體顆粒緊密堆積的理論出發(fā)，將不同細(xì)度的物質(zhì)粉體顆粒進(jìn)行合理摻配，使亞微觀范圍內(nèi)的膠凝材料顆粒形成緊密堆積的填充效果，可有效降低水泥基體的孔隙率，改善孔結(jié)構(gòu)，對(duì)混凝土的各項(xiàng)性能具有改善作用。

黃政宇教授通過硅酸鹽水泥硅灰、高效減水劑，體積含量為6%短鋼纖維，熱水養(yǎng)護(hù)條件下配制出強(qiáng)度超過200Mpa的超高強(qiáng)混凝土。隨后國(guó)內(nèi)高校陸續(xù)開展配合比、礦物摻合料、養(yǎng)護(hù)制度等對(duì)其力學(xué)性能影響以及微觀結(jié)構(gòu)下UHPC的增韌機(jī)理等方面的研究。

由于UHPC的材料價(jià)格昂貴，限制了UHPC在實(shí)際工程的推廣和應(yīng)用。有部分的學(xué)者使用天然河砂代替石英砂，更有甚者使用碎石、河砂等材料制備含有粗骨料超高性能混凝土，意在保障優(yōu)良性能的同時(shí)，減少生產(chǎn)成本。

劉斯鳳等結(jié)合我國(guó)國(guó)情，研究天然細(xì)骨料和外摻料代替石英粉和硅灰配制的超高性能混凝土，測(cè)試其在不同養(yǎng)護(hù)制度下的力學(xué)性能發(fā)展規(guī)律，并在市政井蓋上應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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

李信等研究加入5-10mm粗骨料、河砂，制備粗骨料超高性能混凝土，通過引入5～10 mm粒徑的粗骨料，優(yōu)化鋼纖維體積摻量，減少了早期收縮，制備出了性能優(yōu)良的含粗骨料超高性能混凝土。

李聰?shù)妊芯考尤氪止橇?，發(fā)現(xiàn)粗集料的摻入有利于減小UHPC早期自收縮，提高彈性模量和抗壓強(qiáng)度，且當(dāng)級(jí)配合適時(shí)對(duì)抗拉強(qiáng)度影響很小。初步建議UHPC標(biāo)準(zhǔn)中可適當(dāng)放寬對(duì)粗集料的限制。

3）預(yù)應(yīng)力UHPC軌枕

韓國(guó)鐵路研究所(KRRI)研發(fā)的UHPC軌枕在首爾舉行的JEC亞洲國(guó)際復(fù)合材料大會(huì)(2017年11月1日至3日)上獲得創(chuàng)新獎(jiǎng)。由KRRI開發(fā)的UHPC軌枕使用粗細(xì)集料使軌枕可使成本降低22%。預(yù)應(yīng)力UHPC軌枕.大限度地減少了鐵路軌枕中的鋼筋，預(yù)應(yīng)力筋的直徑可以從11毫米減少到9.2mm，用鋼量比普通混凝土軌枕減少了25%以上。此外，UHPC的高耐久性、延性和抗沖擊性能使其壽命比普通混凝土枕木延長(zhǎng)五倍。